TLR4/NF-κB信号通路对变应性鼻炎的调控作用及中药治疗的研究进展

刘 朋 康成林 刘江琦 曾宪海 刘 悦 邱书奇

变应性鼻炎(allergic rhinitis,AR) 作为临床上常见的慢性鼻科病,在全球的发生率正逐年升高,较发达地区和国家尤为明显,逐渐成为困扰全球范围的健康问题[1]。目前经典信号通路在变应性疾病中的应用研究中已获得不少成果,继续针对信号转导通路具体发病机制的深入探讨,可以探索更有效的防治AR的方法,近年来的研究热点主要集中在可以减少AR炎性细胞因子释放的上游通路。Toll样受体(toll like receptor,TLR)可以借助依赖髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88,Myd88)及非依赖Myd88途径来影响AR的起病,其中TLR4是可以通过两种途径来激活核转录因子(nuclear factor-κB,NF-κB)信号通路的重要受体。当TLR4/NF-κB信号通路激活后,机体将不断分泌白细胞介素(interleukin,IL)-4、IL-5、IL-13等与AR发病相关的炎性细胞因子,将引起AR的典型临床症状[2]。既往研究表明,当抑制TLR4/NF-κB信号通路激活时,可减少炎性细胞因子的分泌量,同时能缓解患者的炎性反应。一项关于经玉屏风散干预后TLR4/NF-κB信号通路中相关蛋白改变的研究,结果表明玉屏风散可以减少TLR4/NF-κB信号通路中的基因表达及相关蛋白的生成,进而缓解AR的临床症状[3]。TLR4/NF-κB位于多种炎性细胞因子的上游,是调控细胞增殖、分化、转移的重要通路,在AR治疗中是多种抗炎药物以及中药疗法的潜在靶点,在AR中的作用机制中也是研究热点。研究发现,TLR4/NF-κB信号通路存在调控辅助性T细胞(T helper lymphocyte,Th)1/Th2平衡、参与调节性T细胞(T regulatory cell,Treg)和Th17细胞的增值与分化等分子途径的作用,可能成为治疗AR的潜在靶点。因此,该文对TLR4/NF-κB在AR中的调控作用及中药治疗研究进行综述。

一、TLR4/NF-κB的生物学特征及功能

TLR是一个跨膜受体家族,具有称为Toll/白细胞介素1受体(IL-1R)域的细胞质信号结构域,并在机体免疫细胞中广泛表达,从而调节机体的免疫应答[4]。位于B淋巴细胞表面的TLR被激活后不仅能使B淋巴细胞抗原递呈能力增加,还可以增加共刺激分子的表达,这使得B淋巴细胞和T淋巴细胞非特异性抗原更有效地相互作用,提升机体免疫应答敏感度[5]。

在TLR家族中,TLR4是第一个识别和响应病原体相关分子模式的TLR,包括质膜上的脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)[6]。TLR4由细胞膜外含有多个亮氨酸的重复序列(leucine-rich repeat,LRR)、中间跨膜区及细胞膜内的Toll-IL-1R域(TIR)3部分构成,TLR4利用TIR结构域和分化因子(MyD88)接合子样蛋白(myelin and lymphocyte,Mal)作用,然后Mal与MyD88相结合,当MyD88激活后可以使IL-1受体相关激酶(interleukin receptor associated kinase,IRAK)进行自动磷酸化[4]。而激活后的IRAK将和肿瘤坏死因子相关受体(transmissive right angle film,TRAF) 更深入的相互作用,其中TRAF-6是此转导中最重要的亚型[7,8]。当TRAF-6被激活后,进一步与二聚体泛素络合酶Ubc13-Ubc样蛋白Uev1合成复合物,促使K63泛素链的产生,紧接着转化生长因子β活化激酶1(transforming growth factor β-activated kinase,TAK1)被活化,经激活后的TAK1在TLR4/NF-κB信号通路中起关键作用。然而MyD88非依赖性通路的激活则需要TRIF转接分子(transverse rectus abdominis musculocuta-neous,TRAM)的参与,TRAM作为TLR和TIR结构域衔接蛋白(TIR-domain-containing adapter-induting interferon-β,TRIF)的关键转接分子,当TRAM-TRIF信号被激活,TRIF进一步经受体相关蛋白激酶1(receptor-interacting protein 1,RIP1)传递给TRAF-6,这是MyD88非依赖性通路的转导最后一步,同时,TAK1作为 IκB激酶(inhibitor of kappa B kinase,IKK)的上游蛋白可激活NF-κB信号通路[4,9]。

NF-κB是重要的核蛋白因子,不仅能调控多种蛋白的合成,还参与细胞分化、增殖、凋亡等过程。TAK1激活后会使IKKβ磷酸化,当IKK整体被激活时,可与IκB/p65复合物相互作用导致IκB的磷酸化[10]。NF-κB信号通路利用模式识别受体或细胞因子受体识别其配体时开始激活,使其受体改变活化IκB激酶α(IKKα),IKKα磷酸化NF-κB抑制蛋白α(IκBα),致IκBα活化解离,自由的NF-κB立即从胞质入核,开启基因转录过程,产生相关炎性细胞因子[7]。同时,IκB磷酸化后再经过泛素化,最终被26s蛋白水解酶水解,使p65从复合物中暴露,因此,核定位序列可将NF-κB拖拽至细胞核内,NF-κB p65与启动子和增强子元件结合,调节转录反应和染色质重塑,具体过程见图1[11]。

图1 TLR4/NF-κB通路激活介导炎性反应简图

二、TLR4/NF-κB信号通路在AR中的调控作用

1.TLR4/NF-κB信号通路调节Th1/Th2平衡的作用:AR的重要起病机制是Th2型细胞因子(如IL-4、IL-5等)分泌增加而导致的Th1/Th2细胞比例失衡,并伴有鼻腔黏膜内组胺的释放及嗜酸性粒细胞的浸润[12]。而TLR/NF-κB信号通路对Th1/Th2免疫细胞具有重要调节作用,已有充分研究证明,TLR能间接调控Th1/Th2细胞免疫炎性细胞因子的平衡,同时TLR可以调节与AR相关的肥大细胞、淋巴细胞等免疫细胞,其中关于TLR4的信号通路的研究尤其普遍[13]。在机体免疫应答反应进程中,通过TLR4/NF-κB信号通路可以调控Th1/Th2平衡及其细胞因子分泌和表面分子的表达。

研究发现,共轭亚油酸(conjugated linoleic acid,CLA)可以通过调节TLR4/MyD88/NF-κB和环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)/5-脂氧合酶(5-lipoxygenase,5-LOX)信号通路来有效减少血清免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)和IL-4水平,使Th1/Th2细胞因子维持平衡,以达到治疗小鼠特应性皮炎的目的[14]。在另一项研究中,黄芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)可以降低小鼠组织内TLR4、NF-κB p65蛋白的表达,同时使得Th1细胞因子IL-2、干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)比例升高,Th2细胞因子IL-4、IL-10比例降低,恢复Th1/Th2平衡[15]。相似的研究,通过降低TLR4、MyD88、NF-κB相关蛋白的表达水平,升高Th1相关的炎性细胞因子IFN-γ、IL-12,降低Th2相关的炎性细胞因子IL-4、IL-6,维持Th1/Th2平衡[16]。大量的研究表明,可以通过TLR4/NF-κB信号通路来调节机体维持Th1/Th2平衡。同时TLR4/NF-κB信号通路在上呼吸道疾病中的作用研究也在进一步开展,川穹内酯(ligustilide,LIG)通过TLR4/MyD88/NF-κB p65信号转导改善博莱霉素诱导的肺纤维化(pulmonary fibrosis,PF),改善通气,减少成纤维细胞,减少氧化应激和凋亡,并重新平衡Th1/Th2免疫[17]。一项关于小鼠哮喘的研究中发现,可通过阻断TLR4/NF-κB信号通路调节Th1/Th2平衡,提高IL-12水平,降低IL-4、IL-5和IL-13水平,并抑制哮喘中的炎性反应[18]。有关中成药鼻渊通窍颗粒治疗AR大鼠的研究发现,结果提示能有效阻断激活的TLR4/NF-κB信号通路,其中干预组大鼠Th1细胞亚群百分比显著升高,Th2细胞亚群百分比降低,能有效调控Th1/Th2细胞炎性细胞因子的平衡,减轻炎性反应及临床症状[19]。当TLR4参与的NF-κB信号通路被激活,其对自身免疫性疾病以及超敏反应等疾病中都有不可替代的作用,并且在激活后产生瀑布式反应,然后与相关炎性细胞因子发生交互作用,从而导致或加重炎性反应。上述研究均表明,可以通过调节TLR4/NF-κB信号通路来影响和改善AR中Th1/Th2的免疫平衡。

2.TLR4/NF-κB信号通路参与Th17/Treg的增值与分化:Th17、Treg细胞均是CD4+T细胞的亚群,对机体免疫稳态和炎症感染的调节中起着至关重要的作用。Th17/Treg细胞平衡失调已被证明与多种变态反应性疾病的发生、发展有关,且与多种因素相关,包括T淋巴细胞受体(T cell receptor,TCR)信号、细胞因子、代谢和表观遗传调节因子,可影响Th17及Treg细胞分化并影响其平衡[20]。研究表明,Th17细胞及其细胞因子是AR的主要参与者,推动AR病情的发展[21]。Th17/Treg细胞免疫失衡是导致AR发病的一种重要机制,基于Th17/Treg细胞轴来调控Th17的免疫应答与Treg的免疫抑制有利于AR疾病的转归[22]。

研究结果表明,Graves病患者的血清中IL-6、IL-17、TLR4和NF-κB含量增多,同时转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)含量减少,TLR4/NF-κB信号通路被激活后可能导致Treg/Th17细胞因子紊乱[23]。孕早期BPA暴露可通过激活TLR4/NF-κB信号通路造成仔鼠Th1/Th2失衡与Treg/Th17细胞分化异常[24]。以上研究均表明,当激活TLR4/NF-κB信号通路可引起机体Treg/Th17失衡。一项关于槲皮素(quercetin,QE)的研究发现,QE显著降低了TLR4相关蛋白质和mRNA表达,同时减少了NF-κB和其相关炎性细胞因子IL-6、IL-17,此外,阻断TLR4增强了QE调节Th17/Treg失衡的效果,Treg优势受TLR4/MyD88/NF-κB信号通路调节,表明QE可以恢复Th17/Treg平衡,并通过TLR4-MyD88-NF-κB途径介导。另有研究证明,纳曲酮(naltrexone,NTX)可抑制TLR4/NF-κB信号通路来调节T淋巴细胞亚群CD4+T细胞,恢复Th1/Th2细胞、Th17/Treg细胞免疫平衡,降低促炎性细胞因子肿瘤坏死因子-α(tumournecrosisfactor-α,TNF-α)、IL-6、IL-12α和IL-17的表达,增加抗炎性细胞因子IL-10的表达,并调节免疫反应以重建免疫平衡来减轻炎症[25]。研究表明,绿原酸改善AR相关症状和免疫反应的作用机制与其抑制CD4+T细胞分化为Th17细胞有关。上述研究均表明,通过干预TLR4/NF-κB信号通路通过负向调控Th17细胞的分化来调节Th17/Treg细胞免疫平衡缓解AR症状,这为研发治疗AR的新药提供了科学依据,具有广阔的应用前景和巨大的临床可行性。

三、中药通过抑制TLR4/NF-κB信号通路治疗AR

AR患者的治疗方式主要包括抗组胺药鼻腔黏膜减充血剂及糖皮质激素等,常伴有不少不良反应(如口干、嗜睡、头晕),其中一些可能会严重影响生活质量[1]。而中药或者联合中药的治疗方式,可提高AR的治疗的效果,同时减少不良反应。研究证明,消风宣窍汤可以有效抑制AR起病过程中TLR4/NF-κB信号通路相关蛋白的转录,通过恢复T淋巴细胞失衡,减少IgE的生成及黏膜组胺的释放,进而有效控制AR临床症状。研究发现,木犀草素通过调节TLR4/NF-κB信号通路促进Th1型细胞因子和抑制Th2型细胞因子的水平来改善AR大鼠的炎症和恢复Th1/Th2平衡。林甦等[3]通过玉屏风散干预AR小鼠的研究,数据显示,中、高剂量组IL-4、IL-5、IgE含量明显减少,IL-10、IFN-γ含量明显上升,提示玉屏风散可以有效改善AR相关炎性细胞因子水平,并进一步发现其可以明显降低TLR4、NF-κB p65基因及蛋白表达,表明其对TLR4/NF-κB信号通路具有明显的调控功能,当剂量越高调节作用相对较好。一项关于鼻渊通窍颗粒治疗AR大鼠的效果及机制研究,与对照组比较,模型组鼻黏膜组织中TLR4及NF-κB p65蛋白含量明显增多,与模型组比较,治疗组大鼠鼻黏膜组织中TLR4及NF-κB p65蛋白含量明显减少,结果提示,经鼻渊通窍颗粒经治疗后AR大鼠的炎性反应及局部症状明显缓解,同时能起到抑制TLR4/NF-κB信号通路的作用,并且阻扰TLR4/NF-κB信号通路的激活可能是其调控临床作用的分子机制[19]。刘书芹等[26]研究发现,通过黄连解毒汤治疗后,与对照组比较,鼻黏膜组织中的IL-4、IL-5含量较低,同时鼻黏膜组织中TLR4、NF-κB p65蛋白含量明显减少。以上研究均提示部分中药可以有效阻断TLR4/NF-κB信号通路治疗AR,但其具体分子机制仍需进一步探讨。

四、展 望

TLR4/NF-κB信号通路在AR中具有重要作用,目前AR发生、发展的炎性应激损伤机制尚未完全明确。近年来,AR发病机制逐渐发展为Th1/Th2免疫失衡及Th17/Treg细胞失衡。TLR4/NF-κB信号通路在免疫应急状态下不仅能调控Th1/Th2平衡,还可以调控Th17及Treg细胞的分化,同时抑制TLR4/NF-κB信号通路可以引起IgE含量降低、炎性细胞因子分泌减少。因此,通过研究靶向TLR4/NF-κB信号通路的药物去治疗AR前景巨大,可为治疗AR的新思路。但目前研究针对TLR4/NF-κB信号通路分子层面的研究较少,对参与TLR4/NF-κB通路的蛋白K63泛素链等研究不深,信号通路链有待于进一步完善。再者,中药治疗AR机制较为复杂,接下来的研究可以利用TLR4/NF-κB信号通路全面探索中药治疗AR的具体机制。既往研究数据证明,miRNA在机体免疫应答中具有重要调节作用,而且miRNA种类、靶点较多,可以在现有通路研究的基础上,深入研究免疫炎症相关miRNA与TLR4/NF-κB通路的关系。同时,中药也可基于miRNA/TLR4/NF-κB做进一步研究,深入探讨中药治疗的作用机制,这可以拓展中药在现今科研领域的影响,同时可以作为临床应用的理论基础。