TLR4/MyD88信号通路在膝骨关节炎滑膜炎中的作用

韩宪富 李宁,2* 谢兴文 黄委委 李辉

1.甘肃中医药大学中医临床学院，甘肃 兰州 730000 2.甘肃中医药大学附属医院康复骨科，甘肃 兰州 730020 3.甘肃中医药大学附属医院老年骨科，甘肃 兰州 730030

膝骨关节炎(knee osteoarthritis，KOA)是由多重因素引起的关节退行性病变，其病程中常伴有滑膜炎症，KOA滑膜炎的发病机理尚不完全明确，但相关研究[1]表明固有免疫应答在KOA滑膜炎的发病中起着重要作用。Toll样受体4(toll-like receptor4，TLR4)是一种重要的固有免疫模式识别受体，通过识别及感知损伤相关分子模式(damage related molecular patterns，DAMPs)、病原相关分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)，启动髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依赖及非依赖途径，引起固有免疫应答启动后可激活及加速下游信号分子的传递而引起滑膜炎症[2]。TLR4/MyD88信号传导通路是TLR4信号传导的主要通路[3]，本文仅对TLR4/MyD88信号通路对KOA滑膜炎发病的作用作一综述，以期为KOA滑膜炎的诊疗提供理论依据和参考。

1 TLR4/MyD88信号通路

TLR4是Toll样受体之一，由胞外识别区、跨膜区和胞内信号区等3部分组成。TLR4的胞外配体识别区主要作用是识别、感知DAMPs及PAMPs。TLR4能够感知呼吸道合胞病毒F蛋白、乳癌病毒膜蛋白、双萜紫杉醇、LTA等外源性配体，识别LPS此类的天然配体，另外还可识别纤连蛋白、热休克蛋白、高迁移率族蛋白-1、抵抗素、细胞外基质组分等内源性配体[4]。跨膜区可结合包膜来固定受体，此区对TLR4亚细胞的定位和分子特性的决定起一定作用。胞内区与IL-1受体相似，随命名为 Toll/IL-1受体同源结构域(TIR)，可募集下游含有TIR的信号转接蛋白进入胞内，引导其间互相作用并形成信号复合体[5]。MyD88是重要的TIR衔接蛋白分子，其结构由N端、中间及C端区域等3部分组成。由于其C端结构与TIR相似，遂与TLR4胞内信号区结合。TLR4可通过MyD88依赖性途径介导下游信号转导，MyD88在TLR4/MyD88依赖途径信号转导中的作用是不可或缺的[6]。TLR4/MyD88信号转导通路是目前固有免疫领域研究的热点，且与骨关节疾病的发病关系密切[7]。

TLR4的细胞外配体识别区识别配体后与之结合，使配体聚合物形成，再激活TLR4信号通路(见图1)。活化后的TLR4募集胞质内衔接蛋白至TIR区，配体聚合物经与衔接蛋白结合后形成多聚体复合物，MyD88为第一个衔接蛋白，通过自身C端区域与TLR4的TIR结合形成TIR-TIR复合物，MyD88再利用胞内级联反应募集其他的衔接蛋白，IRAK-4被募集至TIR-TIR复合物，IRAK-4通过Thr209、Thr387途径诱导自身磷酸化并接下来激活IRAK-1[8]。IRAK-1脱离MyD88后与TRAF6衔接，引起TRAF6被激活。IRAK-1/TRAF6复合物在IKK酶的泛素化作用下，引起转化生长因子-β活性酶(TAK1)和转化生长因子-β活性酶结合蛋白1、2(TAB1、2)的活化[9]。TAK1激活后可使NF-κB抑制蛋白酶(IKK)磷酸化，再从IκB酶复合物中使NF-κB降解出来，NF-κB激活后再进入细胞核进行转录，引起一系列相关基因表达及分泌，最后产生致炎性细胞因子如TNF-α，IL-1β等[10]。TLR4除了可激活NF-κB途径外，还能激活JNKs、ERKs、MAPK p38及两种转录因子ATF、AP-1等[11]。

图1 TLR4/MyD88信号通路示意图Fig.1 Schematic diagram of TLR4/MyD88 signal path

2 TLR4/MyD88信号通路在KOA滑膜炎发病中的作用机制

2.1 TLR4、MyD88在KOA滑膜中的表达

TLR4作为固有免疫模式识别受体，除了分布在各类免疫细胞中，研究[12]还发现TLR4也表达在非免疫细胞中，如KOA的滑膜成纤维细胞。较正常滑膜相比，早期KOA滑膜中TLR4的表达量较高，且伴随着关节肿胀、积液、疼痛等KOA滑膜炎相关临床表现[13]。研究[14]发现TLR4在关节滑膜中的表达与年龄的增长呈正相关。Abdelwahab等[15]对9例血清阳性RA和4例OA患者的滑膜中TLR4水平进行免疫组化测定，结果发现RA滑膜中TLR4表达水平比OA高，但OA滑膜组织中的TLR4表达也升高。Radstake等[16]研究发现TLR4在KOA滑膜中出现表达升高，但正常滑膜中似乎没有检测到TLR4的表达。上述说明TLR4存在于KOA滑膜中且表达量较高。Wang等[17]通过对KOA Wistar大鼠滑膜中的MyD88、TLR4等基因相对表达量进行实时荧光PCR检测，结果发现KOA模型组与假手术组、空白组相比，MyD88、TLR4等表达量显著增强，结果表明MyD88、TLR4存在且高表达于KOA滑膜中。上述研究表明MyD88、TLR4存在于KOA滑膜中，且表达量较高。

2.2 TLR4/MyD88信号通路介导KOA滑膜炎症

KOA滑膜炎病程中常涉及免疫细胞的参与，固有免疫作为人体预防病原体入侵的重要屏障，通过模式识别受体识别及感知DAMPs、PAMPs并与之结合，使配体聚合物形成，激活固有免疫反应后可引起和促进KOA滑膜炎。TLR4作为一种模式识别受体，除前述配体外，细胞外基质破坏、细胞应激所产生的小分子透明质酸及细胞粘合素C等内源性分子产物也能作为DAMPs激活TLR4[18]。此类DAMPs在滑膜中表达或滑液中分泌就成为导致KOA滑膜炎的危险因素，DAMPs与TLR4结合，TLR4激活后可启动MyD88依赖途径，激活NF-κB信号通路，引起致炎细胞因子表达、炎性介质分泌，引起滑膜炎症，促进滑膜细胞增殖，且可加重滑膜炎。有研究[19]发现TLR4的配体LPS干预体外培养的滑膜细胞，可明显诱导下游炎症相关蛋白的表达；用KOA患者的关节液培养滑膜细胞同样可引起轻微的炎症反应；研究表明KOA患者的关节液中因含DAMPs可活化TLR4，引起滑膜细胞的炎症反应。Nair等[20]通过观察早期KOA伴半月板损伤患者关节液和TLR4刺激因子对滑膜细胞炎症激活的影响，研究中从接受关节镜半月板手术的KOA早期患者获取关节液，关节液被用于刺激成纤维样滑膜细胞，或与脂多糖结合刺激成纤维样滑膜细胞；结果发现单纯关节液不会促进成纤维样滑膜细胞释放IL-8，关节液结合脂多糖可促进成纤维样滑膜细胞中IL-8的释放；研究表明关节液可增强成纤维样滑膜细胞对TLR4配体脂多糖的炎症反应。有研究[21]发现配体激活TLR4后，可通过TLR4/MyD88信号通路增加IL-1β等促炎因子的表达；相反TAK242抑制TLR4活化则能抑制IL-1β的表迖，减轻滑膜炎症反应。可见TLR4/MyD88信号转导通路介导的滑膜固有免疫应答是引起KOA滑膜炎的重要环节。

2.3 TLR4/MyD88信号通路与KOA滑膜炎病程的关系

TLR4作为与KOA关系密切的模式识别受体，可通过MyD88依赖途径启动NF-κB 在内的转录因子信号传导通路而引起相关促炎性细胞因子的表达与分泌。在KOA患者关节中一些PAMPs、DAMPs的浓度在其关节滑液或滑膜中表达增加，随着TLR4和PAMPs、DAMPs在不同动物KOA模型中促进滑膜炎症的能力被广泛研究及认识，TLR4/MyD88通路在不同阶段的KOA滑膜炎中可能发挥着不同的作用。Radstake等[16]发现中度KOA滑膜炎的滑膜中TLR4表达相对较低。王欢等[22]通过观察KOA病程中不同时期滑膜组织TLR4的表达变化，研究发现TLR4的表达量随着造模时间的延长而逐步减少，但仍高于正常滑膜组织，而NF-κB 表达随造模时间延长而持续升高。表明TLR4激活早期KOA滑膜的炎症反应后，在固有免疫反应启动的同时，人体的保护机制也被触发，接着反馈性的抑制TLR4的表达，使得TLR4表达量随KOA病程进展逐渐降低。随着KOA滑膜炎的病程发展，滑膜细胞坏死数量逐渐增多，其他受体的相关配体被释放来维持KOA滑膜炎。

3 西药干预TLR4/MyD88信号通路对KOA滑膜炎的影响

目前，已有相关文献报道调节TLR4/MyD88信号通路后对RA滑膜炎症的影响，但调节该信号通路对KOA滑膜炎影响的相关研究还较少，但此类策略也为KOA滑膜炎的治疗提供了一定的参考。Zhu等[23]通过观察TLR4拮抗剂(TAK-242)对CFA足底注射建立的RA模型大鼠TLR4/MyD88信号通路上下游因子表达的影响，取材后采用PCR、Western Blot法检测滑膜组织中TLR4/MyD88通路上下游因子的表达情况；结果发现TAK-242干预RA模型大鼠后，滑膜TLR4、MyD88、IRAK1、TRAF6、NF-κB、IL-1β、TNF-α和IL-6 mRNA和蛋白表达水平显著下降；研究表明TAK-242可阻断TLR4/MyD88通路抑制该通路上下游因子的表达且减轻滑膜炎症反应。邢丹丹等[24]研究发现右美托咪定可抑制TLR4/NF-κB通路相关蛋白的表达，增强 KOA大鼠成纤维样滑膜细胞的凋亡, 使KOA滑膜炎症反应减轻。Eisinger等[25]研究发现chemerin可通过增加KOA滑膜中TLR4 mRNA的表达而引起滑膜炎症反应的加重。上述研究表明一些西药激活TLR4/MyD88信号通路，可促进TLR4/MyD88信号通路相关蛋白、致炎细胞因子表达及炎性介质分泌，引起KOA滑膜炎，促进滑膜细胞增殖，加重滑膜炎。相反，阻断TLR4/MyD88信号通路可减轻KOA滑膜炎。

4 中药及有效提取物干预TLR4/MyD88信号通路对KOA滑膜炎的影响

杨黎黎等[26-27]研究发现通络止痛方可抑制KOA滑膜炎病人滑膜细胞TLR4、MyD88、NF-κB等蛋白表达，通过阻断TLR4/MyD88通路而减轻KOA滑膜炎症。袁普卫等[28]研究发现蠲痹胶囊可抑制豚鼠KOA滑膜中TLR4、NF-κBp56、TNF-α等TLR4/MyD88通路上下游蛋白的表达而减轻KOA滑膜炎。王欢等[29]通过观察桂皮及白芍的提取物桂皮醛(CA)、白芍总苷(TGP)对脂多糖活化的滑膜成纤维细胞的影响，结果发现CA、TGP均可抑制IL-1β、TNF-α、MMP-13的分泌，抑制TLR4、MyD88、NF-κ B的表达，可促进滑膜细胞凋亡，调节细胞周期，能抑制成纤维样滑膜细胞的过度增殖。研究表明CA、TGP均可通过抑制TLR4/MyD88信号通路减少炎症介质及炎性因子分泌、抑制滑膜细胞的过量增殖而减轻KOA滑膜炎。Yan等[30]研究发现姜黄素可下调KOA模型大鼠关节滑液IL-1β、TNF-α的表达，下调由脂多糖诱导的滑膜炎症反应中TLR4、NF-κB表达而抑制滑膜炎症，研究表明姜黄素可阻滞TLR4介导的信号通路减轻滑膜炎。上述表明一些中药及有效提取物可抑制TLR4/MyD88信号通路减轻KOA滑膜炎，研究中药及有效提取物干预TLR4/MyD88信号通路对KOA滑膜炎的影响具有一定的前景。

5 结语

TLR4激活后可启动MyD88依赖途径，激活NF-κB信号通路，导致致炎细胞因子表达、炎性介质分泌，引起KOA滑膜炎症，促进滑膜细胞增殖。TLR4/MyD88信号通路在KOA滑膜炎的发病中起到重要作用，在KOA滑膜炎发病中存在固有免疫的激活。探究TLR4/MyD88信号通路在KOA滑膜炎中的作用能为阐释KOA滑膜炎的发病机制及病理过程提供参考，以该信号通路上相关蛋白和下游炎症介质等为靶点可为KOA滑膜炎的治疗提供新策略，成为其治疗的新方向。但目前相关药物干预TLR4/MyD88信号通路对KOA滑膜炎影响的研究尚属初级阶段，研究结论多来自于动物或体外实验，临床治疗应用的有效性、安全性尚不完全明确，还需进一步更深入的探索。