TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的研究进展

鲍璐璐，崔立红

1.安徽医科大学，安徽 合肥 230001； 2.中国人民解放军总医院第六医学中心消化内科

TLR4/MyD88/NF-κB信号通路主要包括toll样受体4(toll-like receptor 4，TLR4)、髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)和核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)，在免疫及炎症机制中发挥作用。肠易激综合征(irritable bowel syndrome,IBS)在生活中很常见，该病的发生率及罹患率高[1-2]，但实际临床发现IBS的治疗效果不佳[3]。在分子机制的研究中，TLR4/MyD88/NF-κB信号通路在IBS尤其是IBS-D中的机制逐渐被人们重视。因此，进一步认识TLR4/MyD88/NF-κB及IBS显得尤为重要。

1 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路

哺乳动物Toll样受体(TLR)家族由13个成员组成，并识别微生物组分的特定模式，称为病原体相关分子模式(PAMP)[4]。而TLR仅仅是几种不同类型的模式识别受体(PRR)之一，包括NLR、CLR、AIM2样受体(ALR)、RIG-1样受体(RLRs)和细胞内DNA传感器，包括环状GMP-AMP合成酶(cGAS)[5]。TLR4对脂多糖(LPS)的识别是通过TLR4的变体来完成的，TLR4单核苷酸多态性(SNP)在LPS识别中起重要作用[6]。巨噬细胞和树突细胞在先天免疫中起主导作用，使用PRR来感测细菌及微生物入侵和危险信号，在这些PRR中，TLR通过识别来自细菌和病毒的PRR，及来自死亡或损伤的细胞的损伤相关分子模式，在免疫应答中起中心作用[7]。这些TLR家族分子不仅促进了病原体的消除，而且促进了包括动脉硬化、癌症和代谢综合征在内的各种疾病的发展[7]。

现有研究[4]证明，主要有两条TLR传导途径：一种是由MyD88衔接蛋白介导的MyD88信号通路；另一种是非依赖性MyD88信号通路。

1.1 依赖性MyD88信号通路TLR表现出对其配体的识别具有特异性。不同的TLR识别不同区域PAMP和DAMP。TLR3识别病毒dsRNA /病毒RNA类似物poly I：C，TLR4识别LPS，TLR5识别细菌鞭毛蛋白，TLR7/8识别单链RNA，TLR9识别含CpG的寡脱氧核苷酸(CpG-ODN)[8-10]。除了TLR3之外的所有TLR已被证明能激活该途径[11]。依赖性MyD88途径是TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR7和TLR9的下游。该途径导致促炎细胞因子的产生，并且由活化的TIR结构域和MyD88的缔合引起，IRAK1、IRAK4和TRAF6募集到TLR-MyD88复合体，并导致IRAK1和TRAF6的磷酸化。该信号由该磷酸化衔接子分子复合物传播到下游MAP激酶-AP1和IKK复合物NF-κB，导致转录因子的激活[12]。

1.2 非依赖性MyD88信号通路TLR3、TLR4激活延迟NF-κB信号在另一条通路中起作用[11]。MyD88是TLR2、TLR4、TLR5、TLR7、TLR8、TLR9和TLR11的关键信号适配器，而TLR3通过TRIF适配器通路以独立于MyD88的方式传递信号[13]。非依赖性 MyD88通路的细胞内信号传导通过含 Toll/白细胞介素-1受体的IFN-β诱导蛋白(TIR-domain-containing adapter inducing IFN-β，TRIF)和TRIF相关的接头分子(TRIF-related adaptor molecule，TRAM)作为衔接子分子的作用而传播。因此，信号激活IKK通路以产生IFN-β[12]。如，它可以诱导树突细胞成熟代替细胞因子生成。该途径诱导Rho GTP酶-Rac1和Cdc42的快速和瞬时激活。将活性Rac1和PI3 K募集到TLR2胞质结构域激活Akt激酶，NF-κB的 p65亚基进入细胞核并使特异性细胞因子释放[14]。

2 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与肿瘤

众所周知[15]，TLR4需要与骨髓分化因子2(MD2)作为共同受体来识别其配体。TLR基因内的核苷酸的多态性与感染性、过敏性和炎性疾病及癌症易感性相关[16]。越来越多的证据表明，TLR4在肿瘤微环境中的激活不仅可以提高抗肿瘤免疫力，还可以引起免疫监视和肿瘤进展[17]。TLR信号在调节长期受损的癌前器官的损伤反应和促进恶性细胞发生、发展中发挥作用[18]。大量国内外研究认为，TLR对肿瘤的发生有重要影响，在多种肿瘤中均有表达，特别是与炎症反应相关的癌症[19]。

2.1 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与肝癌TLR4可以激活细胞内信号传导，从而激活参与免疫相关或恶性基因转录的转录因子[20]。TLR4增加T淋巴细胞和肝滤泡辅助性细胞的数量，促进炎症和恶性相关分子(包括细胞因子、NANOG、Caspase-1、Ephrin-A1、NO和BCL6)发展[20]。随着社会生活水平逐步提高，脂肪肝的发生越来越多，它是多种肿瘤发生的危险因素，而TRIF依赖的TLR信号传导途径与肝脂肪变性有关[21]。已知脂肪肝对肉毒素敏感，而TLR4又是肉毒素的先天受体，EARL等[19]通过研究发现，脂肪肝中TLR4的水平显著升高，而通过利用小鼠结肠癌细胞系MC38中使用iRNA沉默TLR4表达后，肥胖动物的肿瘤负荷显著降低。TLR和MYD88传导途径与肝脏炎症和肝癌细胞的表达有关，这似乎是肝癌发生的必要条件，这表明更好地了解TLR信号通路可能更好地了解肿瘤发生的机制[22]。GU等[23]通过研究发现，LPS刺激TLR4可使其水平上调，激活TLR4下游的NF-κB信号，介导IL-6、IL-8和TNF-α的产生，激活环加氧酶-2/前列腺素信号轴及STAT3途径来诱导肝癌细胞表达炎症因子并介导肝癌细胞增殖和多药耐药性的产生。同时，LPS可以诱导肝星状细胞(HSC)分泌促血管生成因子可促进内皮细胞迁移和血管生成[24]。ZHI-FENG等[25]发现，TLR4依赖的免疫应答可能通过增强GM-CSF、VEGFR-2和TRAIL在TIF中的表达来促进放射性肝病(RILD)。目前，RNA(microRNA)模拟物MXR34已进入针对肝癌的I期临床研究，它是通过TLR通路来治疗癌症[26]。

2.2 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与结直肠癌(colorectal cancer，CRC)CRC是西方国家癌症相关死亡的主要原因。特别是在转移期(mCRC)，5年生存率保持在15%左右[27]。TLR4在小鼠和人类炎症相关CRC中高表达，且缺乏TLR4的小鼠可以减少结肠癌发生[28]。YE等[29]利用RT-PCR和Western blotting检测CRC组织和细胞株中TLR4和Acyl辅酶ACAT1的表达，发现TLR4和ACAT1均有表达。此外[29]，他们还发现TLR4 siRNA可以通过抑制ACAT1表达抑制细胞增殖、迁移和侵袭。在一项Meta分析[30]中显示，TLR4 Asp299Gly的GG纯合子载体和TLR4 Thr399Ile的TT纯合子载体的多态性可能与CRC风险增加相关，表明它们可能作为CRC的遗传风险因子。KUO等[31]研究显示，正常人结肠细胞是CD14(+)TLR4(-)，而癌组织是CD14(+)TLR4(+)，CD14/TLR4拮抗作用的功能障碍可能有助于正常的上皮细胞向癌变过渡。YE等[32]研究发现，B-淋巴瘤BMI-1可调控TLR4/MD-2/MyD88复合物的NF-κB信号通路，从而参与与炎症相关的癌症发生。

3 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与IBS

功能性胃肠道疾病(FGIDs)至少占胃肠病学医师转诊的40%[33]。在33例公认的成年FGIDs中，IBS是最普遍的，影响多达20%的成年人[34]。IBS对患者的工作和社会生活影响很大，平均每例患者因IBS降低的生活质量将牺牲10～15年的寿命来得到治愈[35]。一项Meta分析[36]显示，在所研究的260 960例受试者中IBS的患病率为11.2%，且年轻人及女性人群发病率高。IBS对社会造成巨大的经济负担，近期有报道称，在中国，全国管理IBS的总成本为123.83亿元(约19.99亿美元)，其中IBS-M型患者的年度总成本最高，每例为人民币18 891.18元(3 034美元)，这可能占整个中华民族医疗保健总额的3.3%[37]。因此，IBS的准确诊断，减少IBS的发生，制定合理的治疗方案，在减轻患者及社会的经济负担方面起至关重要的作用。IBS可以分为IBS-D、IBS-C、IBS-M及IBS-U[38]。

IBS的发病受多种因素影响，造成肠道黏膜屏障功能的破坏、胃肠道动力异常、内脏高敏感性，进而产生相关症状[39-42]。近年，国内外肠道感染和肠道低度炎症成为热点[43-44]。而在分子机制的研究方面，TLR4/MyD88/NF-κB途径在IBS尤其是IBS-D肠道低度炎症中的作用逐渐被人们重视。

3.1 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与内脏敏感性内脏超敏反应是发生在这些胃肠道疾病中腹痛的主要原因[45]。目前，内脏超敏反应的病理生理学尚未得到充分的阐述，但还有一些机制，如炎症、心理社会因素和/或感觉运动改变[46]。YUAN等[47]使用1～7周龄的SD大鼠检测新生儿结肠炎(NCI)诱导的对照组和IBS大鼠结肠背根神经节(DRG)中TLR4、NF-κB的表达，发现NCI显著上调结肠相关DRG中TLR4的表达，且使用TLR4选择性抑制剂CLI-095鞘内给药显著增强了NCI大鼠的结直肠扩张阈值。同样有实验[48]表明，脊髓中的TLR4/MyD88/NF-κB信号通路刺激IL-1β和TNF-α的产生，导致大鼠新生儿的脏器超敏反应。

3.2 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与炎症免疫肠黏膜的正常免疫系统，也称为肠道MALT，而肠中的免疫系统是黏膜MALT中的一份子[49]。肠道黏膜在免疫机制中表达重要的作用，多种炎症免疫因子与肠管低度炎症有关[44]。FGIDs肠黏膜炎性浸染中肥大细胞激活可以引起上皮和神经肌肉功能障碍，并促进内脏超敏反应和FGIDs[50]。CLARKE等[51]通过研究TLR活化可以影响色氨酸的代谢，而色氨酸的代谢产物可能成为检测IBS的生物标志物。CHEN等[52]利用PI-IBS造模发现，TLR4增加导致IL1-β、IL-6、IL-10增加，从而增加了小肠细菌过度生长的概率。MCKERNAN等[53]通过30例IBS患者和30名健康对照者研究发现，TLR4激动剂诱导的细胞因子(IL1β和TNFα)释放显著增强，活性升高，表明IBS患者体内有免疫失衡。

3.3 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路与感染后IBS(post-infectious IBS，PI-IBS)PI-IBS被认为是IBS的亚组，其症状可在感染微生物剂后呈现[54]。无序的免疫反应和细胞因子的释放导致肠道炎症和功能障碍似乎是PI-IBS的关键特征[43]。有研究发现，感染后IBS小鼠内脏敏感性升高[52]。COMPARE等[55]发现，PI-IBS中IL-1α、IL-6和IL-8 mRNA水平及TLR-4蛋白表达均升高，且干酪乳杆菌DG(LC-DG)及其后衍生物(PB)可显著降低促炎细胞因子和TLR-4 mRNA水平。有研究[56]显示，空肠弯曲杆菌可以修饰大肠杆菌破坏TLR4基因表达，并诱导结肠肠细胞中促炎因子CXCL-8基因表达。BEATTY等[57]认为，消化系统的不良微生物群落可以导致TLR4信号通路的激活，从而产生炎症免疫机制失衡。

4 结论

目前，多项研究及实验均证实TLR信号通路与多种疾病相关，其在炎症免疫过程中发挥着重要作用。IBS中肠道微生物-宿主相互作用越来越得到重视，而TLR的表达可能受肠道微生物的影响，进而促进IBS的发生、发展[58-60]。因此，免疫调节剂、TLR信号通路抑制剂、控制肠道炎症药物、益生菌等药物的使用是否为干预IBS的进展提供一个新的治疗策略，而TLR又是通过何种具体机制调控，如何在IBS中发挥炎症免疫作用，值得我们进一步研究。