TLR4信号通路在心力衰竭中的研究进展*

李文倩 综述，万少枝，李册兴，孙培媛，吕建峰 审校

(三峡大学心脑血管研究所/三峡大学附属仁和医院心血管内科，湖北 宜昌 443000)

心力衰竭(HF)是所有心血管疾病发展的最严重阶段，即使治疗HF的方法得到了很大改善，但随着人口老龄化的增加，各种心血管疾病患病率也是增加的，最终导致进展为HF的结局是不可避免的。据估计，全世界有6 430万人患有HF，预计未来25年内因HF入院者将增加50%[1]。

HF发病原因多种多样，包括心肌损害、心脏负荷过重及不足均能导致HF的发生、发展。流行学数据表明，原发性心肌损害，如缺血性心肌病是HF的头号发病原因[2]，其次为炎症及免疫炎症导致的心肌损害，如心肌炎、扩张型心肌病等。其他病因包括代谢性疾病、高血压、风湿性心脏病、心律失常、感染、过度劳累均能加速HF的进展。心肌细胞数量减少、心肌肥厚和心肌纤维化是HF的主要病理过程，导致心室重构，进而造成心肌顺应性下降，最终发生心脏舒缩功能障碍引起HF。大量研究表明，炎症、免疫炎性反应参与了HF的病理发展过程[3]。Toll受体4(TLR4)是模式识别受体中的一员，可激活下游相关信号通路,导致炎症过程的级联反应，从而作为影响HF的发生、发展的潜在靶点。现重点介绍TLR4信号通路在HF发展中的作用，并更新最近的发现。

1 TLR4概述

1.1TLR4结构 TLR4是在哺乳动物中发现的第1个Toll样受体，主要由内质网产生并分泌，表达于细胞膜表面。TLR4是Ⅰ型跨膜蛋白，由细胞外域、跨膜区及胞浆区三部分组成。胞外域结构(氨基末端结构域)由22～29个富含亮氨酸的重复序列组成，形成1个马蹄形结构，胞浆区结构域(羧基末端结构域)与白细胞介素-1 (IL-1) 受体组成，称为Toll/IL-1R 域，并且由于这种同源性，可激活与IL-1R共享的通路而发挥重要作用[4]。前者可结合病原体相关分子模式和损伤相关分子模式激活下游信号通路,诱导一系列炎性反应。既能结合外源性配体，如被脂多糖(LPS)激活，也可识别内源性配体，如热休克蛋白、高迁移率族框1和纤维蛋白原等，介导机体的炎症过程进而参与HF的过程[5]。

1.2TLR4信号途径 TLR4主要由髓分化因子88(MyD88)和非MyD88依赖性信号传导通路构成。分别由MyD88和含TIR结构域(Toll/IL-1R 域)的衔接蛋白诱导干扰素β介导的转录因子TRIF两种衔接蛋白与胞内区Toll/IL-1R 域结合激活下游信号，导致促炎性细胞因子和干扰素的产生，从而发生一系列炎性反应。在MyD88依赖性信号途径中MyD88招募一系列适配器蛋白，这些适配器蛋白能参与核因子-κB(NF-κB)和丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)途径的激活，从而促进各种细胞因子和趋化因子的产生，如IL-6、IL-1β、肿瘤坏死因子-α、单核细胞趋化蛋白-1等[6]。同时，MyD88下游的其他途径，如Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)，也可激活并促进依赖于NF-κB信号途径炎性细胞因子的分泌。在TRIF依赖性途径中一方面诱导1型干扰素的生成；另一方面也可激活NF-κB和MAPK信号通路，进一步促进炎性细胞因子的释放[7]。

2 TLR4信号通路与HF的关系

TLRs中TLR4在心肌细胞的表达最多。有研究表明，HF患者TLR4表达明显增多[8]。当与其配体相结合后可激活下游相关炎症信号通路进而促进HF的发生。

2.1TLR4/NF-κB信号通路与HF 一项临床观察性研究发现，TLR4表达与HF严重程度呈正相关[9]。ALVRS等[10]发现，与正常组比较，肥胖组患者心脏重构更加明显及舒张功能明显受限，且表达更多的TLR4、NF-κB和细胞因子。心脏中存在独立的肾素-血管紧张素系统，局部心肌肾素-血管紧张素系统的激活可调节心肌细胞的生长、增殖、分化和凋亡。在体外培养大鼠的心肌细胞中发现，LPS配体与TLR4结合后激活NF-κB信号通路刺激血管紧张素原和血管紧张素受体上调，从而加重LPS诱导的心肌细胞损伤，NF-κB抑制剂可抑制上述途径进而在HF中发挥保护作用[11]。由于TLR4的活化需要与骨髓分化蛋白2形成复合物，接下来TLR4/骨髓分化蛋白2与MyD88直接接触，进一步触发NF-κB以诱导广泛的促炎症介质[12]。半乳糖凝集素-3(Gal-3)是一种与HF患者心肌细胞纤维化和炎症相关的生物标志物。Gal-3抑制剂可下调TLR4、MyD88、NF-κB的表达，并抑制炎性反应和改善心功能不全的指标[13]。心肌肥大是HF不可逆的关键阶段，激活TLR4/MyD88信号通路可逐渐导致心肌肥大[14]。因此，可以认为TLR4/ MyD88/NF-κB是通过增加Gal-3的表达，促进炎性反应进而导致心肌肥大。c-Jun N-末端激酶(JNK)和p38 MAPK是介导HF患者心肌细胞凋亡的标志物。伊伐布雷定可阻止心肌细胞发生凋亡，并且是通过抑制JNK/p38 MAPK介导的[15]。HU等[16]发现，TLR4基因敲除大鼠改善了心肌收缩能力和细胞内Ca2+，可能是通过抑制NF-κB/JNK依赖性自噬激活实现的。由此可见，TLR4可通过激活NF-κB /JNK信号通路促进细胞凋亡导致心功能不全。因此，TLR4/NF-κB信号通路可通过炎性反应、细胞自噬参与HF的发生。

2.2TLR4/高迁移性蛋白质1(HMGB1)信号通路与HF HMGB1是核小体形成和基因转录的关键调节因子，已被确定为心肌炎症的重要介质，并与HF的进展相关。有研究发现，HMGB1在HF中升高并且与疾病严重程度相关，是HF患者死亡和心脏移植联合终点的独立预测因子[17]。TASKIN[18]等发现，阿霉素可导致心肌毒性作用进而导致HF，而HMGB1抑制剂可通过抑制细胞凋亡途径防止心肌细胞数量的减少，并下调TLR4的表达，表明阿霉素是通过TLR4/HMGB1信号通路改善心肌细胞减少从而改善HF的。后来也有研究发现，TLR4/HMGB1信号通路能共同作用参与肺动脉压导致右心HF的发展进程[19]。有趣的是，HMGB1高表达会造成心脏肥大和心脏功能障碍，对心肌细胞产生不利影响[20]。而另一项研究表明，在体外培养的大鼠心肌细胞中发现HMGB1对心肌细胞活力或凋亡无影响[21]。造成这种不同结果的原因可能是因为HMGB1的增加会减轻DNA损伤，改善心肌细胞肥大而预防HF[22]。最近又有研究发现，HMGB1在机械应力下的促心肌细胞肥厚作用可上调TLR4的表达，但阻断TLR4后并没有阻止HMGB1的激活，说明HMGB1的激活致心肌肥厚似乎不受TLR4受体的影响。由此可知，TLR4/HMGB1的相互作用所致HF发展尚需大量研究证实。

2.3TLR4/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4(NOX4)信号通路与HF NOX是产生活性氧(ROS)的主要来源，氧化应激是体内ROS增加导致细胞氧化损伤的病理过程，且ROS可能参与了心脏各种生理和病理过程，如心肌肥大、细胞凋亡等[23]。NOX4是NOX家族酶中的一员，在心肌细胞中表达最多。在体外用阿霉素诱导的HF细胞发现，NOX4高表达可促进阿霉素诱导的氧化应激和细胞凋亡导致HF的发生[24]。在缺血性HF中升高的血管紧张素Ⅱ会增加心脏NOX4的表达并诱导心肌纤维化和肥大，且NOX4能增强血管紧张素Ⅱ对心脏的作用，而NOX4敲除的小鼠心肌细胞中氧化应激、心肌肥大、心肌纤维化、左心室功能障碍均明显减弱[25]。TLR4作为参与HF生理和病理机制的研究已被广泛证实，其也参与了NOX4的活化。一项体外研究在用异丙肾上腺素处理的H9c2心肌细胞中观察到铁凋亡样细胞死亡，导致细胞活力降低，可能是HF中心肌细胞死亡的一种原因[26]。CHEN[27]等发现，在HF模型中TLR4、NOX4、GPX4表达均明显上调，TLR4敲除后可明显抑制NOX4、GPX4的表达并阻止细胞死亡从而改善心脏功能。最近有研究发现，自噬在HF的作用上是一把双刃剑，基础自噬可清除受损细胞器维持稳态，过多自噬会消耗正常细胞的完整性导致疾病的发生[28]。一项动物实验发现，LPS处理组TLR4、NOX4，以及自噬相关标记物——LC3、Beclin-1和p62均明显升高，并导致严重的心脏功能障碍，表明TLR4/NOX4信号通路通过细胞自噬介导LPS诱导的心脏炎症[29]。证明TLR4/NOX4信号通路与HF氧化应激和细胞自噬密切相关。

2.4其他TLR4信号通路与HF 除上述介绍的TLR4相关信号通路外，目前关于其他TLR4信号通路与HF的研究也日益增多。以往有研究表明，PI3K/Akt信号通路可通过调节细胞存活、细胞凋亡、细胞生长、心脏收缩参与调节心脏纤维化的发生、进展和病理形成过程[30]。微小RNA越来越被认为在心血管疾病中发挥了重要作用，并被提议作为HF的潜在诊断和预后生物标志物。ZHANG[31]等发现，在缺氧诱导的骨髓间充质干细胞中微小RNA、PI3K、Akt表达均下调，TLR4表达上调，并观察到明显的氧化应激及炎性反应。由此可知，TLR4可通过抑制PI3K/Akt信号通路诱导心脏肥大，并有助于减少TLR4缺陷小鼠的心脏重塑。从主要的TLR4-NF-κB信号通路到PI3K/Akt信号通路的转变可能在HF中具有保护作用。KATARE等[32]发现，在用LPS处理的H9c2细胞中炎症因子——肿瘤坏死因子-α和IL-6表达增加，其中p53、TLR4也增加，SIRT2的表达显著下降，且增加了细胞凋亡。因此，SIRT2/p53轴在TLR4介导的纤维化和细胞凋亡中具有重要作用。有研究发现，SIRT2对病理性心肌肥大具有保护作用，能调节心肌细胞中的能量代谢，平衡心肌细胞的生存和死亡，从而抑制HF的发生[33]。由此可见，TLR4可作为HF未来研究的潜在靶点。

3 展 望

HF是各种心血管疾病进展的最后阶段，且患病率、再住院率和死亡率仍居高不下，导致患者预后仍较差，尽管关于TLR4相关信号通路在HF的病理生理机制中取得了很大的进展，但对二者关系的了解仍不全面，向临床应用的完全过渡仍存在许多未解决的问题，如TLR4/HMGB1的相互作用致HF的机制仍不够明确；关于TLR4通过各种炎性反应对HF产生影响已经被证实，目前关于氧化应激、自噬介导HF的发展的研究也越来越多，但具体作用机制仍太少。因此，通过介绍TLR4信号通路与HF的关系提供新的思路进一步研究。