TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与动脉粥样硬化性心血管疾病的相关性研究进展

李红梅，王显

• 综述 •

TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与动脉粥样硬化性心血管疾病的相关性研究进展

李红梅1,2，王显1,2

动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）是近年提出的一个新概念，包括心、脑及外周血管等疾病，其病因和发病机制尚未阐明。目前认为ASCVD是一种慢性非特异性炎性疾病，由免疫反应介导并与细胞因子失衡、炎症细胞活化等密切相关[1]。多种原因导致血管内膜增生是动脉血管对各种损伤的一种反应，也是经皮冠状动脉介入术（PCI）术后再狭窄的重要标志[2,3]。血管平滑肌细胞（VSMC）被各种损伤刺激激活后，由静息状态转变为增殖表型并移行到内膜下，参与合成各种细胞外基质，在内膜增生过程中具有重要作用。越来越多的证据表明各种组织损伤能够通过诱导先天免疫反应，激活Toll样受体4（TLR4），并介导下游信号传递分子髓样分化因子88（MyD88）进行胞内信号转导，使NF-κB移位到细胞核，启动肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）等炎性细胞因子的转录，级联式放大炎症反应，诱导血管损伤，最终导致ASCVD的发生[4-6]。本文就TLR4/MyD88/NF-κB信号通路在ASCVD中的作用作一综述。

1 TLR4启动的炎症反应与AS发生发展的相关性

1.1 TLR4的结构、分布及配体Toll样受体（TLR）最早在

果蝇胚胎发育过程中被发现[7]，而TLR4是第一个进行深入研究的哺乳动物TLR。TLR4属于I型跨膜蛋白，由紧密相连的胞外区、跨膜区和胞内区3个部分组成，胞外区由富含亮氨酸的数百个重复序列构成，可识别配体—病原相关分子模式，跨膜区由富含半胱氨酸的结构域组成，可将信号转导入细胞，胞内区则与白介素1受体1的结构相似，含有Toll同源结构域和不同长短梭基端的短尾肽，在介导信号通路活化过程中发挥重要作用[8]。TLR4在除B细胞、T细胞、自然杀伤细胞以外的免疫细胞及心肌细胞、微血管内皮细胞、巨噬细胞、平滑肌细胞、脂肪细胞、中性粒细胞等中均有分布，其配体涵盖热休克蛋白60、脂多糖（LPS）、类脂A和纤维蛋白原等，不同配体结合可产生不同生物学效应[9]。

1.2 TLR4的生物学活性及在ASCVD病程进展中的作用目

前认为ASCVD虽然与血浆脂质增加有关，但更多的是与斑块不同形成阶段所伴随的炎症和免疫反应相关。越来越多的证据指向同一个重要角色——TLR4，TLR4在ASCVD的起始、进展、斑块不稳定乃至破裂等不同时期均发挥着重要作用，其介导的信号通路已成为研究ASCVD发病机制的

新靶点。TLR4是介导免疫炎症反应的主要模式识别受体之一，当病原体入侵或损伤部位存在内源性配体，如氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）时，TLR4通路即被活化，激活NF-κB，释放大量炎症因子，诱导单核/巨噬细胞在内膜下聚集、促使平滑肌细胞增殖迁移并激活蛋白酶联反应，导致弹性蛋白、基质蛋白及胶原蛋白降解，加之持续的炎症反应，使动脉壁变薄，不稳定性增加，最终引起斑块破裂、血栓形成而出现急性心血管事件。有研究围绕激活TLR4的两种活性氧化脂质展开，即氧化低密度脂蛋白27（27-OH）和醛4-羟基壬烯酸（HNE），两者都在动脉粥样硬化（AS）斑块和AS的发病过程中起到重要作用，其机制可能与持续释放的炎症因子激活巨噬细胞TLR4及其NF-κB下游信号，导致斑块不稳定和破裂有关[10]。多项研究发现[11-14]，TLR4信号通路激活后可合成大量白介素家族的炎症因子, 且这些因子均被证实与AS密切相关，可直接促使平滑肌细胞增生，加速冠状动脉粥样硬化炎症过程。基础研究发现，应用TLR4配体刺激AS小鼠，可使小鼠颈动脉斑块面积增加，大量炎性细胞浸润在不稳定斑块纤维帽部位，提示激动TLR4可刺激斑块形成，且TLR4与血管炎症和血管重构有关，参与易损斑块的形成和发展[15]。

2 MyD88——潜在的AS治疗靶点

2.1 MyD88的生物学性状MyD88是含有TLR结构域的接头蛋白，属于TLR信号通路中的下游信号分子，主要在肾、肝、脾、肌肉组织等多种非髓样组织中表达，也常分布在胸腺细胞、单核细胞等免疫细胞中，具有重要的生物学作用[16]。MyD88有3个功能结构域，即N端死亡区（DD）、中间区及C端的Toll区，其中DD区是信号转导接头分子相互作用的核心结构，DD区和中间区共同被表达后可与白细胞介素-1受体相关激酶（IRAK）结合并引发其自磷酸化，继而迅速激活下游NF-κB分子，促使炎性细胞因子的合成和释放，终致炎症反应的发生[17,18]。

2.2 TLR4/MyD88信号通路与ASCVD的相关性随着研究的深入，我们发现AS是一种炎症反应过程，贯穿AS病变全程，Toll样受体尤其是TLR4作为经典的炎症反应通路跨膜信号转导受体，在AS过程中起到关键作用。由TLR4介导的信号通路包括MyD88依赖性和非依赖性途径。MyD88依赖途径主要通过TIR区域向胞内进行信号传递，激活c-Jun氨基端蛋白激酶（JNK）和NF-κB等转录因子，促发炎性细胞和化学因子释放。MyD88非依赖途径则通过部分TIR区域分别与MyD88衔接子样蛋白进行交互作用，最终激活NF-κB而引发炎症反应[19]。研究发现[20]，AS早期血管平滑肌细胞迁移至内膜下转变为泡沫细胞过程中，可在中层平滑肌细胞中检测到表达上调的TLR4及MyD88分子，而管腔内持续的炎症反应又可促使胶原进一步暴露，引起动脉内膜结构改变，大幅度加快易损斑块形成。新近有学者对MyD88与动脉粥样硬化之间的相互关系做了部分前期工作，发现高脂饲养的MyD88基因敲除小鼠动脉粥样硬化发展速度明显减慢，TLR4/MyD88通路失去活性，化学因子水平减低，对巨噬细胞募集力减弱，可有效抑制AS进程[21]。现有研究已明确，急性心血管事件的发生与斑块的易损性有着密切联系，斑块的形成与发展是炎症反应进展的结果，炎性细胞聚集产生基质降解酶，促发斑块内血管新生并改变局部斑块结构，使其不稳定性增加而易于破裂。动物实验发现，Apo-E基因敲除小鼠合并TLR4基因缺陷，可对斑块的组成产生直接影响，使斑块中脂质和巨噬细胞成分降低，抑制促炎因子表达，维持斑块稳定性[22,23]。有学者研究发现，缺陷型MyD88模型鼠血管粥样斑块的局部炎症反应较正常小鼠为轻，下游TNF-α的表达量减少，血管内皮完整性及斑块稳定性更好[24]。由此可见，TLR4/MyD88信号通路在ASCVD发生发展的多个环节起到关键作用，切断此通路对维持斑块稳定性至关重要，找出此通路特定靶点进行干预，或许可为防治ASCVD提供有效策略。

3 NF-κB与AS易损斑块的相关性

3.1 NF-κB的结构与功能NF-κB是一种首先在成熟B细胞和浆细胞中发现的特殊蛋白，其转录因子由Rel/NF-κB家族的多肽成员组成，广泛存在于人体的组织细胞中，其激活后以血管壁炎症为主要特征，在AS中扮演了非常重要的角色，为ASCVD发病的始动机制之一[25,26]。NF-κB通过不同的二聚体形式对不同靶基因进行精细的表达调控，其中发挥主要生理作用的二聚体是NF-κB p65和p50组成的异源二聚体。NF-κB在ASCVD病变过程中通过精细调控血管平滑肌细胞、内皮细胞、巨噬细胞，静息状态下，NF-κB与抑制蛋白IKB结合成无活性状态的三聚体存在于细胞质中，当受到细胞外刺激信号后，NF-κB诱导激酶被激活发生磷酸化，暴露出核定位位点，使激活后的NF-κB转移至细胞核中，大量分泌炎症因子及趋化因子，造成局部血管脂质沉积，快速促发平滑肌细胞增殖迁移，单核细胞聚集，细胞大量凋亡、泡沫细胞形成，直接影响斑块稳定性[27,28]。

3.2 NF-κB在AS进展中的作用研究发现[29]，NF-κB信号通路的异常激活与AS发生发展密切相关。在AS病变早期，ox-LDL在血管内皮沉积，导致局部炎性反应及内皮细胞黏附因子表达，而这些因子的表达，主要由NF-κB的基因调控完成[30]。随后在AS病变进展中，NF-κB调控单核和平滑肌细胞迁移分化为泡沫细胞并大量释放IL-1β，TNFα，IL-6，白细胞介素-12（IL-12）和IFNγ等炎症因子，加剧斑块局部炎症反应[31,32]。有实验研究发现[33]，通过高脂喂养的AS模型小鼠在AS形成过程中存在IKK介导的内皮细胞内NF-κB信号通路激活。此外，细胞内基质降解在AS斑块的形成和失稳定中起到重要作用，核心因子基质金属蛋白酶与组织中的NF-κB存在协同作用，共同破坏血管基底膜，加速AS的发生及粥样硬化斑块的不稳定[34]。

3.3 NF-κB与易损斑块形成目前已在多项实验研究中证实易损斑块中NF-κB表达增强，研究发现，NF-κB可通过调节P-选择素、E-选择素、ICAM-1、VCAM-1等黏附因子，促进已迁移入病灶的单核细胞向内皮移行，增强淋巴细胞与单核细胞间的相互作用，介导更多细胞形成泡沫细胞并进入斑块内，形成大的脂质核心，加剧斑块易损性[35,36]。这与临床研究中得到的结论相一致，有研究报道不稳定心绞痛患者NF-κB表达显著增强，其诱发因素与ox-LDL直接相关，其变化趋势与C反应蛋白（CRP）的改变相同[37]。另有研究发现，CRP可扩大NF-κB激活后产生的炎症反应及斑块易损性，此病理变化在ACS中最为突出，且研究证实NF-κB的激活发生在ACS事件之前，严重影响转归，推测NF-κB活化导致易损斑块破裂继发急性血栓形成是ACS发病重要机制之一[38]。

4 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路激活影响ASCVD病程进展的分子机制

研究证实NF-κB通过TLR4参与ASCVD的发生和发展，TLR4的信号传导途径最终都能够激活NF-κB来完成炎症反应和趋化因子释放以及内皮细胞黏附因子的表达，当ox-LDL内源性配体侵入血管内皮细胞时，TLR4通路即被活化，启动胞内信号转导，通过中间关键分子MyD88而最终激活NF-κB，诱导单核/巨噬细胞在内膜下聚集移行，摄取大量脂质转化为泡沫细胞，泡沫细胞崩解形成脂质斑块。此外，多种TLRs的配体PAMP在诱发炎症反应的同时尚能诱导细胞自噬的发生，TLR4即可通过IFN诱导MyD88活化从而激活细胞自噬。AS早期的细胞自噬能减少泡沫细胞的积聚，抑制斑块的形成和发展，而在AS中晚期，血管平滑肌细胞的自噬则可促进斑块纤维帽变薄，使斑块向不稳定方向发展。综上所述，TLR4/MyD88/NF-κB信号通路在ASCVD发生发展过程中发挥着重要作用，通过诱导免疫细胞的浸润和活化、促进脂质核心形成、降低纤维帽厚度等方式增加斑块易损性并最终诱发斑块破裂，造成临床急性心血管事件的发生。

5 小结与展望

TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与机体的免疫炎症反应关系密切，参与了ASCVD的发生发展，不论是其上游的TLR4、MyD88、NF-κB等关键分子，还是其下游产物IL-1、IL-6、TNF-α等，在ACS发生过程中皆有明显升高，可见此通路与ASCVD之间具有密切的相关性，其关键分子和蛋白不仅可作为ASCVD的危险度预警因子，也可作为心血管事件发生的治疗和预后评价指标。近年来，各学者通过基因敲除、基因沉默和蛋白通道化学阻断剂阻断TLR4/MyD88/NF-κB信号通路等方法在分子水平、细胞水平及动物整体水平对ASCVD发生发展过程的研究取得了很大进展，但深入的机制研究和基因靶向干预药物研发仍然是目前亟待解决的难题。我们期待有更多对TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的深入研究，以便进一步明确其分子机制，为治疗ASCVD及靶向药物的研发提供新的思路和干预靶点。

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本文编辑：孙竹

R543.5 【文献标志码】 A 【文献标志码】1674-4055(2017)09-1132-03

国家自然基金课题(81473519);北京中医药大学重点学科开放课题(2013-ZDXKKF-27)

1100700 北京,北京中医药大学东直门医院;2100700北京,北京中医药大学心血管病研究所

王显,E-mail:wx650515@163.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2017.09.33