Toll样受体在支气管哮喘发生中作用的研究进展

张军，李成城

(济南市槐荫人民医院，济南 250021)

支气管哮喘(简称哮喘)是一种由多种细胞及细胞组分参与的，以Th2细胞损伤反应为主的气道慢性炎症性疾病[1]。根据气道内炎症细胞的不同，临床将哮喘分为嗜酸粒细胞性哮喘、中性粒细胞性哮喘和寡细胞性哮喘[2]。Th2细胞损伤反应主要刺激IL-4和IL-5分泌，促进Th0细胞向Th2细胞分化，刺激B细胞分泌IgE，诱导嗜酸性粒细胞增殖、分化[3]。Toll样受体(TLRs)是自然界中存在的一类相对保守的跨膜蛋白，广泛存在于人体内免疫细胞及上皮细胞等各种细胞，包括气道上皮细胞。越来越多的研究发现，TLRs参与了哮喘的发生。现就TLRs在哮喘发生中作用的研究进展进行综述。

1 TLRs的分布及功能

TLRs是固有免疫家庭中的模式识别受体，参与人体抵御病原入侵的第一道屏障。人体内共有10个TLRs成员(TLR1～TLR10)，可以识别不同的病原体，按其与细胞膜的位置关系分为膜外部分、膜内部分和核内部分。膜外TLRs分布于细胞表面的细胞膜上，为富含亮氨酸的C端，包括TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6，主要识别脂质及蛋白类配体；膜内TLRs为与IL-1/18具有同源性结构域的D端。膜外与膜内TLRs通过跨膜区相连将配体的刺激信号传递到细胞内产生生物学效应。核内TLRs包括TLR3、TLR7、TLR8、TLR9，主要识别病毒的核酸。一旦相应的受体与配体结合后，信号会通过Toll-IL1受体域接头蛋白和髓样分化因子88(MyD88)触发一系列级联反应，最终导致干扰素调节因子3/调节因子7、激活蛋白1(AP1)和核因子-κB(NF-κB)移向核内，诱导相关靶基因表达，激活抗原提呈细胞，影响T细胞极化和发展，调节炎性细胞因子和黏蛋白表达，抑制或促进组织损伤[4]。TLRs的激活对免疫耐受亦有着双重作用[5]，既可以通过促进辅助性T细胞由Th2型转向Th1型，使Th2型细胞因子IL-4、IL-5和IL-13释放增多；也可通过促进调节性T细胞成熟而影响获得性免疫[6]。

2 TLRs在哮喘发生中的作用

2.1 TLR2、TLR4 研究发现，TLR2、TLR4和促炎细胞因子IL-1、IL-8升高与中性粒细胞性哮喘的发生有关；诱发哮喘发作的常见物质之一——尘螨可通过TLR2/TLR4信号通路异常激活气道内中性粒细胞、单核细胞及CD4+Th2型淋巴细胞，产生大量IL-4、IL-5和IL-13，上调IgE，增加气道高反应性等，促使哮喘急性发作[7,8]。一项Meta分析结果显示，TLR2中rs3804099、Arg753Gln及TLR4中rs4986791、Asp299Gly的变异会增加哮喘的发生风险，增加普通人群的哮喘易感性[9]。流行病学资料显示，波多黎各人哮喘的发病率在所有黑人中最高，这可能与当地沙尘暴高度相关，在这种恶劣环境中，体内的基因发生相应改变，促进尘土中的颗粒物进入呼吸道引起炎症反应，从而加重哮喘症状[10]。在非沙漠地带，哮喘的患病率随PM2.5增加而升高。PM2.5是存在于空气中的直径小于2.5 μm的一类颗粒混合物，其化学成分包括多环芳香烃、SO42-、NO3-、Fe、Cu、Ni、脂多糖和β-葡聚糖等，后三种物质被吸入呼吸道后可激活TLRs信号通路，活化大量免疫细胞释放IL-5、IL-8、IL-13、IL-1β炎症因子，嗜酸性粒细胞趋化因子和单核细胞趋化蛋白，募集中性粒细胞浸润气道，促进杯状细胞增生及Th2型免疫反应，产生特异性IgE和IgG1，引起上述炎性细胞和细胞因子增殖、分泌，诱发哮喘；而TLR2、TLR4或MyD88缺失可以减轻上述反应[11]。TLR4活化还可促进Th2细胞过度表达胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)。目前认为，TSLP是气道上皮细胞分泌的、加速气道重塑的关键因子。尘螨哮喘模型小鼠预防性应用TLR4拮抗剂TAK242后哮喘小鼠肺泡灌洗液和血液中TSLP、IL-4、IL-13和IFN-γ水平明显降低，气管壁胶原沉积减少，气道壁增厚减轻[12]。

在非嗜酸性粒细胞型哮喘患者体内存在大量Th17细胞，该细胞可分泌IL-17，募集中性粒细胞到气管内，产生激素抵抗[13]。在卵清蛋白致敏模型中，致敏物可刺激TLR4-TRIF通路产生大量Th17细胞和中性粒细胞，分布于肺组织、肺泡灌洗液、痰液或血清中，分泌IL-17、IL-22等促炎性因子。因此抑制TLR4-TRIF通路可能会成为一种新的、非选择性的治疗哮喘的方法。但另一项研究[14]与上述研究结果相反，发现TLR4-TRIF信号途径也可通过募集主要分泌IL-10的CD4+ICOS+T细胞到肺，减缓呼吸道过敏性疾病的发展。常用于快速缓解哮喘症状的吸入性糖皮质激素布地奈德即通过调节哮喘患者CD4+/CD25+调节性T细胞TLR2、TLR4和IL-10的表达以及外周血单核细胞IL-6和TNF-α的释放，使Th2型免疫反应向Th1转变，从而起到抗炎作用[15]。上述研究结果说明了机体损伤与抗损伤反应的相互制衡，了解TLR2/4的致炎和保护作用的关键点有助于更好地控制哮喘的炎症反应，减轻哮喘症状。

肺内活性氧(ROS)参与调控TLRs激活后的气道炎症反应，其产生主要依赖于NADPH氧化酶家族。适量ROS有助于人体发挥免疫效应，杀灭病原，然而过量的、超出肺内抗氧化酶中和的ROS则会刺激气道上皮细胞、内皮细胞和气道平滑肌细胞，激活NF-κB，直接触发炎症反应，损伤机体细胞、组织。哮喘发作时ROS含量增加，使体内产生大量损伤相关分子模式，激活TLR2/TLR4-MyD88信号通路，促进过敏性免疫反应、气道炎症反应、气道重塑和黏液分泌，进一步加重哮喘症状[16]。由此可见，人体内错综复杂的信号交叉均有激活TLR2/4信号通路的可能，但亦说明可针对更多的靶点控制哮喘的发作与进展。

2.2 TLR3、TLR7、TLR8、TLR9 TLR3、TLR7、TLR8、TLR9主要位于细胞核内，主要识别RNA，参与识别病毒感染。呼吸道合胞病毒、鼻病毒、流感病毒等病毒感染是哮喘发作或加重的因素之一[17]。在所有哮喘发作的诱因中，呼吸道病毒感染约占80%[18]，可能与哮喘患者Ⅰ型干扰素产生异常，导致体内固有抗病毒体系减弱有关[19]。研究发现，小鼠局部应用双链RNA类似物poly(I:C)可诱发过敏性哮喘，导致黏液分泌增多、气道炎症加重并伴有气道高反应性[20]。一旦TLR3与病毒的双链RNA结合，便激活NF-κB、MAPK、干扰素调节因子3信号通路，促进IL-8、嗜酸性粒细胞趋化因子等多种细胞因子和Ⅰ型干扰素大量表达，辅助杀灭病毒，但同时也会加重哮喘症状[21]。在中国汉族人群中，TLR3单核苷酸多态性(SNPs)与哮喘的发生无关，但TLR3的基因实变会影响哮喘患者症状与肺功能、血液中嗜酸性粒细胞、IgE水平[22]。

TLR7、TLR8和TLR9主要在支气管上皮细胞、气道平滑肌细胞和一些免疫细胞中表达，通过识别病毒RNA启动TLRs信号通路[23]。TLR7信号通路激活后可通过抑制肺内Th2型细胞因子、嗜酸性粒细胞趋化因子及IgE，促进Th1型免疫反应，维持Th2/Th1平衡，从而清除病毒、降低气道高反应性、减轻气道炎症，而TLR7缺失会增加机体对病毒的易感性、加速Th2驱动型炎症反应，这一现象在哮喘动物模型和哮喘患者中均有体现[18]。另外，TLR7的激动剂可通过激活转录因子NF-E2相关因子2(MyD88-Nrf2)通路上调铜锌超氧化物歧化酶(Cu/ZnSOD)含量，中和过量的ROS，减轻过敏性免疫反应、气道炎症反应，缓解哮喘症状[24]。流感病毒疫苗抑制哮喘急性发作频率的原理之一正是通过激活TLR7而发挥其预防病毒感染相关性疾病的作用[25]。但病毒感染可同时激活呼吸道上皮细胞内的TLR8受体，使中性粒细胞增殖，释放大量趋化因子8、中性粒细胞弹性蛋白酶和基质金属蛋白酶9(MMP-9)，引起气道炎症反应[26]，部分限制TLR7的抗损伤作用。目前认为，TLR8与TLR7的作用相反，但TLR8在人和鼠体内的功能并不相同，更多的关于哮喘患者体内TLR8作用的例证尚不充分，还需继续研究。

TLR9的作用与TLR7相似，可以通过MyD88途径调节Th2/Th1平衡，减轻气道过敏反应、抑制气道重塑，是机体的一种保护性受体，由此看来，TLR9配体可能会成为下一代哮喘辅助治疗药物[18]。之后的研究[27,28]也发现，TLR7、TLR8和TLR9激动剂均可以快速缓解乙酰胆碱相关性气道痉挛从而减轻哮喘症状；TLR7激动剂resiquimod和TLR9激动剂CpG-ODN还能减少肺内IgE、嗜碱性粒细胞和胶原Ⅰ的产生。TLR9激动剂可减轻IL-4和IL-5释放、增加IFN-γ、IL-1β、IL-10和IL-12表达，促进Th1反应[29]。在一项随机双盲的Ⅱ期临床试验中，TLR9激动剂QbG10不仅可以促进具有抗感染作用的Th1反应，还可以抑制Th2反应，减少哮喘急性发作次数，使第一秒呼气流速(FEV1)长期保持不变，优于安慰剂组[30]，另一TLR9激动剂CpG可减轻重症哮喘患者血液中单核细胞α干扰素的释放，但不减少哮喘发作的频率[31]。然而也有研究显示TLR9激动剂对哮喘治疗无效[32]，关于TLR9激动剂的作用还需更多数据验证。

2.3 TLR1、TLR5 TLR1能够特异性识别革兰阳性菌，TLR5可识别细菌的鞭毛蛋白，二者作用与TLR7相似，均有保护细胞、组织的作用。一项对125例小于6月龄的住院细支气管炎患儿的随访发现，11～13岁时TLR1 rs5743618和TLR10 rs4129009基因型变异不仅会增加患哮喘的风险，而且哮喘时需持续吸入激素的时间是无上述基因变异哮喘者的3～7倍[33]，但这种保护功能的具体机制尚不清楚。在呼吸道内，TLR5主要表达于支气管上皮细胞、Ⅱ型肺泡上皮细胞、浆细胞、巨噬细胞及中性粒细胞，识别细菌鞭毛蛋白中的高度保守序列，阻止细菌入侵。流行病学资料显示，重度哮喘患者支气管上皮细胞内TLR5表达明显低于轻、中度患者，提示其免疫防御功能不足[34]。

3 TLRs信号通路负向调节因子在哮喘发生中的作用

随着TLRs与哮喘相关研究的日益增多，更多的证据表明TLRs-NF-κB通路激活可促进哮喘的发生与进展。IL-1受体相关性激酶M(IRAK-M)表达于呼吸道上皮细胞、单核细胞和巨噬细胞，可负向调控TLRs信号通路，防止炎症过程中细胞因子的过度合成与分泌。若IRAK-M缺乏，p38-MARK和NF-κB信号通路会过度激活，使胸腺基质淋巴生成素、IL-33和IL-25的生成均增加，刺激Th2反应，加重气道过敏性炎症和气道高反应性。流行病学资料显示，哮喘患者气道上皮细胞IRAK-M表达明显高于正常人[35]，从另一方面证实抑制TLRs-NF-κB通路的激活可缓解哮喘症状、减少哮喘的发作频率。

综上所述，在不同诱因刺激哮喘发作时，机体可激活不同的损伤性和(或)保护性TLRs相关信号通路，启动气道炎症反应、过敏性免疫反应、氧化应激反应等，与其他信号通路共同调节哮喘的转归。随着TLRs通路与哮喘发病机制研究的深入，两者的关系日益明确，临床可根据不同类型哮喘的发病机制给予个体精准化治疗。