Toll样受体与Barrett食管相关性的研究进展

杨宁宁 金世柱 李 宁

哈尔滨医科大学附属第二医院消化内科(150081)

Barrett食管(Barrett’s esophagus, BE)是一种以鳞状上皮异常转化为肠型柱状上皮为特征的常见疾病，是惟一可识别的食管腺癌(esophageal adenocarcinoma, EAC)的癌前病变，BE患者发生EAC的风险是普通人群的30～40倍[1-2]。然而，BE的具体发病机制尚未完全阐明，目前认为其发生与慢性炎症、损伤、局部微生态变化等因素有关。Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)是一种重要的模式识别受体，参与识别病原体相关分子模式和宿主自身产生的各种损伤相关分子模式，在先天免疫和适应性免疫中发挥核心作用[3]。研究证实TLRs表达异常参与了BE发生及其向EAC进展的过程[4],干扰TLRs通路可能成为治疗BE或预防其向EAC进展的新途径。本文就TLRs与BE相关性的研究进展作一综述。

一、BE

BE的具体发病机制尚未完全明确，目前较受认可的机制为胃食管反流的胃酸和胆汁引起慢性炎症损伤，导致SHH-BMP4/pSMAD-CDX2、Wnt、Notch等信号通路上调或重新表达，从而驱动上皮细胞柱状表型的表达。在此过程中，食管微生物群的转化亦不可忽视。研究[5]表明，食管远端微生物群在食管炎和BE过程中发生明显变化，主要表现为微生物群由需氧菌转变为革兰阴性厌氧菌。聚类分析显示，与正常对照组相比，BE和反流性食管炎患者食管中革兰阴性厌氧菌和微需氧菌的比例增高，链球菌减少。尽管食管微生物组在BE和EAC中的表现具有特征性，但其确切致病意义尚未阐明，可能与TLRs通路有关。目前尚缺乏有效诊断BE的临床参数和生物学标志物，对TLRs通路的深入研究将有助于完善与BE诊断和治疗相关的分子生物学标志物。

二、TLRs

TLRs作为一种重要的模式识别受体，是一种进化保守的先天免疫组分。TLRs可识别来自病原体或宿主的广泛的分子模式，激活细胞内信号通路，诱导促炎因子如炎症细胞因子、趋化因子、抗原呈递分子、共刺激分子等表达，从而产生炎症反应[6-7]。目前已在人体内发现了11种TLRs，在实验大鼠中发现了13种TLRs，其中人类TLR11无功能，因为其编码基因中存在一个终止密码子[8]。通过对氨基酸序列的比较研究，可将人类TLRs的功能成员分为5个族(TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR9)，其中TLR2族包括TLR1、TLR2、TLR6和TLR10；TLR9族包括TLR7、TLR8和TLR9[9]。

1. TLRs的结构和功能：TLRs为Ⅰ型跨膜蛋白分子，其包括一个介导配体识别的富含亮氨酸重复序列的胞外结构域，一个跨膜域和一个介导下游信号通路的胞内结构域[10]。一类TLRs在细胞表面表达，包括TLR2、TLR4、TLR5族，可识别脂质、脂蛋白、蛋白质等微生物膜成分；另一类在核内体中表达，包括TLR3、TLR9族，识别来自细菌、病毒、寄生虫的核酸，以及上述病原体感染后机体产生的双链RNA[11]。生理情况下，TLRs几乎在每一种免疫细胞中均有表达，参与了对几乎所有病原体的识别，包括细菌、病毒、真菌以及动物体内的寄生虫，与感染、炎症、生殖、发育、自身免疫、癌症、同种异体移植等过程密切相关。在初始水平，TLRs针对感染和组织损伤诱导的炎症反应是一种保护性免疫反应，但随着激活的延长可能转变为慢性炎症。TLRs过度激活可能导致自身免疫紊乱，发生脓毒症和慢性炎症性疾病[12]。

2. TLRs信号通路：配体与TLRs的胞外结构域结合后，诱导其二聚体化，通过胞内结构域与下游衔接蛋白结合，启动信号转导通路。大多数TLRs形成同源二聚体，少数例外，如TLR1、TLR6、TLR10可作为TLR2的共同受体，与其形成异二聚体。TLRs的下游衔接蛋白包括5种，但其信号转导主要依赖髓样分化因子88(MyD88)和TLRs相关干扰素激活因子(TRIF)[13-14]。TLR4可通过两条通路调节炎症反应，其余TLRs仅能执行一条通路：MyD88依赖性通路(TLR1、TLR2、TLR5、TLR6、TLR10)或TRIF依赖性通路(TLR3、TLR7、TLR8、TLR9)[9]。

①MyD88依赖性通路：MyD88通过C端与TLRs结合，并通过N端死亡结构域与白细胞介素-1(IL-1)受体相关激酶(IRAK)家族成员结合，主要为IRAK1和IRAK4，其自身磷酸化后，与肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)结合，TRAF6 活化引起两条不同途径的信号转导，分别为NF-κB通路和JNK/SAPK通路，从而引起细胞反应[15]。

②TRIF依赖性通路：TLR3直接招募TRIF，TLR4则通过TRIF相关衔接蛋白分子(TRAM)与TRIF相关联。TRIF与TRAF3或TRAF6相互作用。 TRAF3通过NF-κB抑制蛋白激酶(IKK)相关激酶导致干扰素调节因子3(IRF3)磷酸化，之后磷酸化的IRF3发生二聚体化和核转位，Ⅰ型干扰素基因表达上调，刺激树突细胞成熟。另一方面，TRIF-TRAF6交互调节NF-κB和MAPK通路，介导炎症细胞因子表达[14]。

三、TLRs在BE发生、发展中的作用

TLRs不仅连接先天免疫与适应性免疫，亦是连接炎症与癌症的重要环节。迄今为止，在实验大鼠正常食管上皮细胞和腺癌细胞中已识别出全部13种TLRs，并发现这些分子的表达存在明显差异[4]。在人类正常食管鳞状上皮中亦鉴定出了全部10种功能性TLRs。

1. TLRs在BE上皮细胞中的表达变化：研究[16]表明，TLR1、TLR2、TLR4、TLR6与BE的发生、发展密切相关，在正常食管鳞状上皮细胞中表达最低，在化生、异型增生、EAC中表达逐步增高。TLR3、TLR7、TLR8在正常食管鳞状上皮、柱状上皮化生、异型增生和EAC中均有丰富表达，在异型增生和EAC中表达最高[17]。主要识别细菌鞭毛蛋白的TLR5和主要识别DNA的TLR9亦与BE的发生相关。食管上皮中，TLR5的表达随柱状异型增生的发生而增高，可作为柱状异型增生的标志物[18]；TLR9的表达在癌前和癌后变化中均增高，TLR9的激活可刺激腺癌细胞侵袭，腺癌细胞高表达TLR9常提示预后不良[19]。

2. TLRs参与BE发生、发展的机制：TLRs参与BE发生、发展的机制尚未明确。通常认为食管内微生态紊乱是BE发生、发展的重要介质，细菌感染通过TLRs改变细胞因子和趋化因子表达，从而影响癌症的发生。食管内微生物多为革兰阴性菌，其脂多糖(LPS)通过TLR4信号通路产生前IL1b(pro-IL1b)、pro-IL18以及炎症小体NLRP3，随后NLRP3炎症小体活化并裂解细胞凋亡蛋白酶caspase-1，活化的caspase-1催化蛋白水解，将pro-IL1b和pro-IL18裂解为成熟的活性形式，并由细胞分泌，诱导炎症反应和细胞凋亡[20]。Caspase-1诱导的细胞凋亡是一种独特的程序性细胞死亡形式，濒死细胞将其胞质中的促炎物质释放至胞外，引发进一步的炎症反应[21]。另有研究表明，TLRs在BE中的作用与其信号通路下游分子环氧合酶-2(COX-2)、IL-8、NF-κB、一氧化氮(NO)等有关[22]。TLR4激活可促进COX-2在 BE中的表达。BE组织中IL-8水平升高与异型增生、EAC以及停止抑酸治疗后症状复发有关。NF-κB可通过促进炎症反应和调节初始化生导致BE。

此外，反流的酸性物质和胆汁对细胞具有损伤作用，坏死细胞中的某些颗粒可被TLRs(尤其是TLR3、TLR9)识别[4,23]，进而通过级联反应激活ILs、NF-κB、基质金属蛋白酶(MMPs),导致炎症性损伤反应。此种损伤反应可促进细菌通过上皮细胞，引起宿主菌群稳态失衡，进而导致细菌成分异常并激活TLRs。炎症反应和炎症性损伤反应造成细胞损伤的恶性循环，这可能是食管上皮化生和癌变的主要原因[4]。

四、结语

BE是目前惟一可识别的EAC癌前病变，其发病机制尚未完全明确。TLRs介导的炎症反应在初始阶段对人体具有保护作用，但当TLRs异常激活导致炎症不可控或转为慢性炎症时，即会对机体产生损害作用，参与多种炎症性疾病和癌症的发生。目前，TLRs与BE之间关系的研究尚少，现有观点认为食管微生物群改变、胃酸刺激等因素导致上皮细胞损伤、通过TLRs信号通路介导的慢性炎症反应在BE发生、发展以及进展为EAC的过程中起关键作用。针对TLRs信号通路的靶向检测和治疗有望应用于BE和EAC的诊治，并可能成为防止BE进展为EAC的重要手段。