Toll樣受體在支氣管哮喘發(fā)生中作用的研究進展

張軍，李成城

(濟南市槐蔭人民醫(yī)院，濟南 250021)

支氣管哮喘(簡稱哮喘)是一種由多種細胞及細胞組分參與的，以Th2細胞損傷反應為主的氣道慢性炎癥性疾病[1]。根據(jù)氣道內(nèi)炎癥細胞的不同，臨床將哮喘分為嗜酸粒細胞性哮喘、中性粒細胞性哮喘和寡細胞性哮喘[2]。Th2細胞損傷反應主要刺激IL-4和IL-5分泌，促進Th0細胞向Th2細胞分化，刺激B細胞分泌IgE，誘導嗜酸性粒細胞增殖、分化[3]。Toll樣受體(TLRs)是自然界中存在的一類相對保守的跨膜蛋白，廣泛存在于人體內(nèi)免疫細胞及上皮細胞等各種細胞，包括氣道上皮細胞。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，TLRs參與了哮喘的發(fā)生。現(xiàn)就TLRs在哮喘發(fā)生中作用的研究進展進行綜述。

1 TLRs的分布及功能

TLRs是固有免疫家庭中的模式識別受體，參與人體抵御病原入侵的第一道屏障。人體內(nèi)共有10個TLRs成員(TLR1～TLR10)，可以識別不同的病原體，按其與細胞膜的位置關(guān)系分為膜外部分、膜內(nèi)部分和核內(nèi)部分。膜外TLRs分布于細胞表面的細胞膜上，為富含亮氨酸的C端，包括TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6，主要識別脂質(zhì)及蛋白類配體；膜內(nèi)TLRs為與IL-1/18具有同源性結(jié)構(gòu)域的D端。膜外與膜內(nèi)TLRs通過跨膜區(qū)相連將配體的刺激信號傳遞到細胞內(nèi)產(chǎn)生生物學效應。核內(nèi)TLRs包括TLR3、TLR7、TLR8、TLR9，主要識別病毒的核酸。一旦相應的受體與配體結(jié)合后，信號會通過Toll-IL1受體域接頭蛋白和髓樣分化因子88(MyD88)觸發(fā)一系列級聯(lián)反應，最終導致干擾素調(diào)節(jié)因子3/調(diào)節(jié)因子7、激活蛋白1(AP1)和核因子-κB(NF-κB)移向核內(nèi)，誘導相關(guān)靶基因表達，激活抗原提呈細胞，影響T細胞極化和發(fā)展，調(diào)節(jié)炎性細胞因子和黏蛋白表達，抑制或促進組織損傷[4]。TLRs的激活對免疫耐受亦有著雙重作用[5]，既可以通過促進輔助性T細胞由Th2型轉(zhuǎn)向Th1型，使Th2型細胞因子IL-4、IL-5和IL-13釋放增多；也可通過促進調(diào)節(jié)性T細胞成熟而影響獲得性免疫[6]。

2 TLRs在哮喘發(fā)生中的作用

2.1 TLR2、TLR4 研究發(fā)現(xiàn)，TLR2、TLR4和促炎細胞因子IL-1、IL-8升高與中性粒細胞性哮喘的發(fā)生有關(guān)；誘發(fā)哮喘發(fā)作的常見物質(zhì)之一——塵螨可通過TLR2/TLR4信號通路異常激活氣道內(nèi)中性粒細胞、單核細胞及CD4+Th2型淋巴細胞，產(chǎn)生大量IL-4、IL-5和IL-13，上調(diào)IgE，增加氣道高反應性等，促使哮喘急性發(fā)作[7,8]。一項Meta分析結(jié)果顯示，TLR2中rs3804099、Arg753Gln及TLR4中rs4986791、Asp299Gly的變異會增加哮喘的發(fā)生風險，增加普通人群的哮喘易感性[9]。流行病學資料顯示，波多黎各人哮喘的發(fā)病率在所有黑人中最高，這可能與當?shù)厣硥m暴高度相關(guān)，在這種惡劣環(huán)境中，體內(nèi)的基因發(fā)生相應改變，促進塵土中的顆粒物進入呼吸道引起炎癥反應，從而加重哮喘癥狀[10]。在非沙漠地帶，哮喘的患病率隨PM2.5增加而升高。PM2.5是存在于空氣中的直徑小于2.5 μm的一類顆粒混合物，其化學成分包括多環(huán)芳香烴、SO42-、NO3-、Fe、Cu、Ni、脂多糖和β-葡聚糖等，后三種物質(zhì)被吸入呼吸道后可激活TLRs信號通路，活化大量免疫細胞釋放IL-5、IL-8、IL-13、IL-1β炎癥因子，嗜酸性粒細胞趨化因子和單核細胞趨化蛋白，募集中性粒細胞浸潤氣道，促進杯狀細胞增生及Th2型免疫反應，產(chǎn)生特異性IgE和IgG1，引起上述炎性細胞和細胞因子增殖、分泌，誘發(fā)哮喘；而TLR2、TLR4或MyD88缺失可以減輕上述反應[11]。TLR4活化還可促進Th2細胞過度表達胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素(TSLP)。目前認為，TSLP是氣道上皮細胞分泌的、加速氣道重塑的關(guān)鍵因子。塵螨哮喘模型小鼠預防性應用TLR4拮抗劑TAK242后哮喘小鼠肺泡灌洗液和血液中TSLP、IL-4、IL-13和IFN-γ水平明顯降低，氣管壁膠原沉積減少，氣道壁增厚減輕[12]。

在非嗜酸性粒細胞型哮喘患者體內(nèi)存在大量Th17細胞，該細胞可分泌IL-17，募集中性粒細胞到氣管內(nèi)，產(chǎn)生激素抵抗[13]。在卵清蛋白致敏模型中，致敏物可刺激TLR4-TRIF通路產(chǎn)生大量Th17細胞和中性粒細胞，分布于肺組織、肺泡灌洗液、痰液或血清中，分泌IL-17、IL-22等促炎性因子。因此抑制TLR4-TRIF通路可能會成為一種新的、非選擇性的治療哮喘的方法。但另一項研究[14]與上述研究結(jié)果相反，發(fā)現(xiàn)TLR4-TRIF信號途徑也可通過募集主要分泌IL-10的CD4+ICOS+T細胞到肺，減緩呼吸道過敏性疾病的發(fā)展。常用于快速緩解哮喘癥狀的吸入性糖皮質(zhì)激素布地奈德即通過調(diào)節(jié)哮喘患者CD4+/CD25+調(diào)節(jié)性T細胞TLR2、TLR4和IL-10的表達以及外周血單核細胞IL-6和TNF-α的釋放，使Th2型免疫反應向Th1轉(zhuǎn)變，從而起到抗炎作用[15]。上述研究結(jié)果說明了機體損傷與抗損傷反應的相互制衡，了解TLR2/4的致炎和保護作用的關(guān)鍵點有助于更好地控制哮喘的炎癥反應，減輕哮喘癥狀。

肺內(nèi)活性氧(ROS)參與調(diào)控TLRs激活后的氣道炎癥反應，其產(chǎn)生主要依賴于NADPH氧化酶家族。適量ROS有助于人體發(fā)揮免疫效應，殺滅病原，然而過量的、超出肺內(nèi)抗氧化酶中和的ROS則會刺激氣道上皮細胞、內(nèi)皮細胞和氣道平滑肌細胞，激活NF-κB，直接觸發(fā)炎癥反應，損傷機體細胞、組織。哮喘發(fā)作時ROS含量增加，使體內(nèi)產(chǎn)生大量損傷相關(guān)分子模式，激活TLR2/TLR4-MyD88信號通路，促進過敏性免疫反應、氣道炎癥反應、氣道重塑和黏液分泌，進一步加重哮喘癥狀[16]。由此可見，人體內(nèi)錯綜復雜的信號交叉均有激活TLR2/4信號通路的可能，但亦說明可針對更多的靶點控制哮喘的發(fā)作與進展。

2.2 TLR3、TLR7、TLR8、TLR9 TLR3、TLR7、TLR8、TLR9主要位于細胞核內(nèi)，主要識別RNA，參與識別病毒感染。呼吸道合胞病毒、鼻病毒、流感病毒等病毒感染是哮喘發(fā)作或加重的因素之一[17]。在所有哮喘發(fā)作的誘因中，呼吸道病毒感染約占80%[18]，可能與哮喘患者Ⅰ型干擾素產(chǎn)生異常，導致體內(nèi)固有抗病毒體系減弱有關(guān)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠局部應用雙鏈RNA類似物poly(I:C)可誘發(fā)過敏性哮喘，導致黏液分泌增多、氣道炎癥加重并伴有氣道高反應性[20]。一旦TLR3與病毒的雙鏈RNA結(jié)合，便激活NF-κB、MAPK、干擾素調(diào)節(jié)因子3信號通路，促進IL-8、嗜酸性粒細胞趨化因子等多種細胞因子和Ⅰ型干擾素大量表達，輔助殺滅病毒，但同時也會加重哮喘癥狀[21]。在中國漢族人群中，TLR3單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與哮喘的發(fā)生無關(guān)，但TLR3的基因?qū)嵶儠绊懴颊甙Y狀與肺功能、血液中嗜酸性粒細胞、IgE水平[22]。

TLR7、TLR8和TLR9主要在支氣管上皮細胞、氣道平滑肌細胞和一些免疫細胞中表達，通過識別病毒RNA啟動TLRs信號通路[23]。TLR7信號通路激活后可通過抑制肺內(nèi)Th2型細胞因子、嗜酸性粒細胞趨化因子及IgE，促進Th1型免疫反應，維持Th2/Th1平衡，從而清除病毒、降低氣道高反應性、減輕氣道炎癥，而TLR7缺失會增加機體對病毒的易感性、加速Th2驅(qū)動型炎癥反應，這一現(xiàn)象在哮喘動物模型和哮喘患者中均有體現(xiàn)[18]。另外，TLR7的激動劑可通過激活轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2(MyD88-Nrf2)通路上調(diào)銅鋅超氧化物歧化酶(Cu/ZnSOD)含量，中和過量的ROS，減輕過敏性免疫反應、氣道炎癥反應，緩解哮喘癥狀[24]。流感病毒疫苗抑制哮喘急性發(fā)作頻率的原理之一正是通過激活TLR7而發(fā)揮其預防病毒感染相關(guān)性疾病的作用[25]。但病毒感染可同時激活呼吸道上皮細胞內(nèi)的TLR8受體，使中性粒細胞增殖，釋放大量趨化因子8、中性粒細胞彈性蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)，引起氣道炎癥反應[26]，部分限制TLR7的抗損傷作用。目前認為，TLR8與TLR7的作用相反，但TLR8在人和鼠體內(nèi)的功能并不相同，更多的關(guān)于哮喘患者體內(nèi)TLR8作用的例證尚不充分，還需繼續(xù)研究。

TLR9的作用與TLR7相似，可以通過MyD88途徑調(diào)節(jié)Th2/Th1平衡，減輕氣道過敏反應、抑制氣道重塑，是機體的一種保護性受體，由此看來，TLR9配體可能會成為下一代哮喘輔助治療藥物[18]。之后的研究[27,28]也發(fā)現(xiàn)，TLR7、TLR8和TLR9激動劑均可以快速緩解乙酰膽堿相關(guān)性氣道痙攣從而減輕哮喘癥狀；TLR7激動劑resiquimod和TLR9激動劑CpG-ODN還能減少肺內(nèi)IgE、嗜堿性粒細胞和膠原Ⅰ的產(chǎn)生。TLR9激動劑可減輕IL-4和IL-5釋放、增加IFN-γ、IL-1β、IL-10和IL-12表達，促進Th1反應[29]。在一項隨機雙盲的Ⅱ期臨床試驗中，TLR9激動劑QbG10不僅可以促進具有抗感染作用的Th1反應，還可以抑制Th2反應，減少哮喘急性發(fā)作次數(shù)，使第一秒呼氣流速(FEV1)長期保持不變，優(yōu)于安慰劑組[30]，另一TLR9激動劑CpG可減輕重癥哮喘患者血液中單核細胞α干擾素的釋放，但不減少哮喘發(fā)作的頻率[31]。然而也有研究顯示TLR9激動劑對哮喘治療無效[32]，關(guān)于TLR9激動劑的作用還需更多數(shù)據(jù)驗證。

2.3 TLR1、TLR5 TLR1能夠特異性識別革蘭陽性菌，TLR5可識別細菌的鞭毛蛋白，二者作用與TLR7相似，均有保護細胞、組織的作用。一項對125例小于6月齡的住院細支氣管炎患兒的隨訪發(fā)現(xiàn)，11～13歲時TLR1 rs5743618和TLR10 rs4129009基因型變異不僅會增加患哮喘的風險，而且哮喘時需持續(xù)吸入激素的時間是無上述基因變異哮喘者的3～7倍[33]，但這種保護功能的具體機制尚不清楚。在呼吸道內(nèi)，TLR5主要表達于支氣管上皮細胞、Ⅱ型肺泡上皮細胞、漿細胞、巨噬細胞及中性粒細胞，識別細菌鞭毛蛋白中的高度保守序列，阻止細菌入侵。流行病學資料顯示，重度哮喘患者支氣管上皮細胞內(nèi)TLR5表達明顯低于輕、中度患者，提示其免疫防御功能不足[34]。

3 TLRs信號通路負向調(diào)節(jié)因子在哮喘發(fā)生中的作用

隨著TLRs與哮喘相關(guān)研究的日益增多，更多的證據(jù)表明TLRs-NF-κB通路激活可促進哮喘的發(fā)生與進展。IL-1受體相關(guān)性激酶M(IRAK-M)表達于呼吸道上皮細胞、單核細胞和巨噬細胞，可負向調(diào)控TLRs信號通路，防止炎癥過程中細胞因子的過度合成與分泌。若IRAK-M缺乏，p38-MARK和NF-κB信號通路會過度激活，使胸腺基質(zhì)淋巴生成素、IL-33和IL-25的生成均增加，刺激Th2反應，加重氣道過敏性炎癥和氣道高反應性。流行病學資料顯示，哮喘患者氣道上皮細胞IRAK-M表達明顯高于正常人[35]，從另一方面證實抑制TLRs-NF-κB通路的激活可緩解哮喘癥狀、減少哮喘的發(fā)作頻率。

綜上所述，在不同誘因刺激哮喘發(fā)作時，機體可激活不同的損傷性和(或)保護性TLRs相關(guān)信號通路，啟動氣道炎癥反應、過敏性免疫反應、氧化應激反應等，與其他信號通路共同調(diào)節(jié)哮喘的轉(zhuǎn)歸。隨著TLRs通路與哮喘發(fā)病機制研究的深入，兩者的關(guān)系日益明確，臨床可根據(jù)不同類型哮喘的發(fā)病機制給予個體精準化治療。