Toll樣受體與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

邢云 鄧偉 唐其柱

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管內(nèi)科 代謝與相關(guān)慢病湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430060)

Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)是最早發(fā)現(xiàn)于果蠅的一類模式識別受體[1]，在果蠅胚胎發(fā)育過程中，dToll基因決定著果蠅的背腹側(cè)分化，其編碼的蛋向質(zhì)稱為Toll樣蛋白，參與果蠅的免疫反應(yīng)。Medzhitov等[2]首先發(fā)現(xiàn)與dToll同源的人hToll基因及其編碼的Toll樣蛋白，并將Toll樣蛋白命名為TLRs。

1 TLRs概述

1.1 TLRs的發(fā)現(xiàn)與分布

TLRs是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白，包括富含亮氨酸重復(fù)序列的膜外區(qū)(識別并結(jié)合病原相關(guān)分子)、跨膜區(qū)和含有Toll/白介素(interleukin，IL)-1受體同源區(qū)結(jié)構(gòu)域(Toll/IL-1 receptor domain，TIR結(jié)構(gòu)域)的胞質(zhì)區(qū)(介導(dǎo)下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo))。在質(zhì)膜上表達(dá)的TLRs識別病原體細(xì)胞外區(qū)的成分，包括脂蛋白(TLR1、2和6)、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)(TLR4)和細(xì)菌鞭毛蛋白(TLR5)。在內(nèi)小體室中表達(dá)的TLRs識別病原體細(xì)胞內(nèi)室中的成分，包括雙鏈RNA(dsRNA)TLR3，單鏈RNA(ssRNA)TLR7和TLR8以及非甲基化胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤(CpG)-DNA(TLR9)[3]。目前，在哺乳動(dòng)物體中已發(fā)現(xiàn)13種TLRs，其中人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)10種，小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)12種[4]。TLRs主要分布在淋巴細(xì)胞、白細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞表面，在非淋巴組織中也有不同程度的表達(dá)[5]。見表1。

表1 TLRs的激活和分布

1.2 TLRs有關(guān)的信號通路

TLRs的胞漿區(qū)與白介素-1受體(IL-1R)家族成員胞漿區(qū)高度同源，即TIR結(jié)構(gòu)域。TIR是TLRs向下游傳導(dǎo)信號的核心部位，目前已鑒定出5種含有TIR結(jié)構(gòu)域的配體，其中包含髓樣分化因子88(MyD88)、MyD88配體樣蛋白和含有TIR結(jié)構(gòu)域的配體蛋白誘導(dǎo)β干擾素產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄因子(TRIF)、TRIF相關(guān)配體分子(TRAM)和一種含基序蛋白[6]。TLR信號可分為兩種通路，即MyD88依賴通路和依賴于TRIF的信號通路。僅TLR3依賴于TRIF的信號通路，而TLR4則二者均可觸發(fā)[7]。

TLRs通過多種識別分子與其配體結(jié)合[8]后，通過依賴于MyD88的信號通路和依賴于TRIF的信號通路，激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor，IRF)、絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)p38和Jun激酶等[9]，誘導(dǎo)免疫相關(guān)基因的表達(dá)。且TLR4與髓樣分化蛋白-2(MD-2)和CD14能協(xié)同識別可導(dǎo)致機(jī)體敗血癥和感染性休克的革蘭氏陰性菌的LPS[10]。下面以TLR4為例介紹兩種傳導(dǎo)途徑。

1.2.1 依賴于MyD88的信號通路

以MyD88、IL-1受體相關(guān)激酶(IRAK)[4]等復(fù)合物的形成為開始，以NF-κB和MAPK的早期活化為特征。TLR4與配體結(jié)合后通過TIR結(jié)構(gòu)域與MyD88羧基端的TIR結(jié)構(gòu)域相互作用后，經(jīng)過一系列過程，使磷酸化的IRAK與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子(TRAF)6結(jié)合[11]，而后通過適配體蛋白激活轉(zhuǎn)化生長因子-β活化激酶1，最終NF-κB抑制蛋白的活化導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活和轉(zhuǎn)位[6]。同時(shí)，TRAF6還可結(jié)合Toll途經(jīng)中進(jìn)化保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中間體將TRAF6與MAPK通路聯(lián)合起來，激活Jun激酶和p38 MAPK通路[12]，最終導(dǎo)致相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。見圖1。

1.2.2 依賴于TRIF的信號通路

依賴于TRIF的信號通路通過TRIF和TRAF3激活[13]，導(dǎo)致IκB激酶/TANK結(jié)合激酶1(IKKε/TBK1)的募集、IRF3磷酸化以及β干擾素的表達(dá)。依賴于TRIF的信號通路主要負(fù)責(zé)LPS誘導(dǎo)的干擾素誘導(dǎo)蛋白10(IP-10)、糖皮質(zhì)激素終止反應(yīng)基因16(GARG-16)、IRF1表達(dá)[14]以及樹突狀細(xì)胞成熟。見圖1。

2 TLRs與心血管疾病

TLRs參與炎癥和免疫反應(yīng)的激活，是先天免疫的第一道防線。TLRs在各種病理?xiàng)l件下發(fā)揮著廣泛的作用，包括心血管疾病、過敏性疾病、肥胖相關(guān)代謝性疾病、神經(jīng)元變性、自身免疫性疾病、傳染病和炎癥性腸病。其中，TLRs在心肌炎癥信號通路中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，包括動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、心肌梗死(myocardial infarction，MI)、心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)和病毒性心肌炎(viral myocarditis,VMC)等[15]。接下來就TLRs與相關(guān)心血管疾病的關(guān)系展開介紹。

2.1 TLRs與AS

AS進(jìn)展過程中，心肌細(xì)胞出現(xiàn)巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞的廣泛浸潤，炎癥成分與斑塊破裂有關(guān)，可導(dǎo)致MI或卒中。在AS的發(fā)生和發(fā)展過程中，病變部位的血管細(xì)胞表達(dá)多個(gè)TLRs，表明這些TLRs可能是影響AS的關(guān)鍵因素。

目前，已證實(shí)TLRs參與微生物感染后AS進(jìn)展的信號通路。有研究表明，TLR2和TLR4在肺炎鏈球菌感染后激活巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，抑制膽固醇外流和促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成方面起著重要作用[16]?；罨难“逋ㄟ^TLR4信號通路促進(jìn)血小板微粒的分泌，且二者相互作用可產(chǎn)生很強(qiáng)的促凝功能，因此特異性阻斷TLR4可防止血小板微粒與血小板相互作用，且可能成為未來抗血栓治療的潛在靶點(diǎn)[17]。研究指出，TLR7在T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞以及毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，TLR7轉(zhuǎn)錄水平與不良心血管事件的發(fā)生相關(guān)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TLR7可通過抑制炎癥因子的表達(dá)調(diào)節(jié)AS中的炎癥反應(yīng)，因此TLR7可能成為AS預(yù)后的重要標(biāo)志物[18]。另外，TLR9基因敲除小鼠的粥樣硬化斑塊中的脂質(zhì)沉積和巨噬細(xì)胞數(shù)量比非基因敲除小鼠大大減少，這表明TLR9在血管炎癥和AS的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[19]。在病變的動(dòng)脈外膜，成纖維細(xì)胞可表達(dá)TLR4，并可在LPS的刺激下合成大量的炎性細(xì)胞因子，包括促進(jìn)T細(xì)胞表達(dá)與分泌調(diào)節(jié)因子、γ干擾素誘導(dǎo)蛋白-10(interferon γ-inducible protein-10，IP-10)、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白和IL-8等炎性因子[20]。這些因子均被證實(shí)與AS的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。因此，TLRs的激活可能為AS的治療提供新思路。

2.2 TLRs與MI

MI患者預(yù)后不良的部分原因是心肌細(xì)胞大量凋亡、壞死，心臟愈合和血管生成受限以及心功能不全，免疫細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致MI后傷口不愈合或愈合不良。TLRs作為天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞存活和傷口愈合中起著至關(guān)重要的作用。在MI動(dòng)物模型中，干擾NLRP3炎性小體、TLR2和TLR4可使梗死面積減小，并可改善MI后心功能[21]，因此NLRP3炎性小體、TLR2和TLR4炎癥反應(yīng)信號可能是臨床治療的潛在干預(yù)靶點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)敲除TLR7基因可抑制心肌缺血后的炎癥進(jìn)程，同時(shí)促進(jìn)小鼠MI后的心肌細(xì)胞存活，并可減少左心室重塑[22]。同時(shí)，本研究團(tuán)隊(duì)揭示了高遷移率族蛋白A1(HMGA1)和TLR9的相互作用可促進(jìn)心肌細(xì)胞的存活、傷口愈合和MI后血管生成[23]。另有研究表明，細(xì)胞衍生因子-1能減少M(fèi)I患者中心肌細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)血管再生，改善心功能，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這與TLR4/NF-κB信號通路的激活有關(guān)[24]。有實(shí)驗(yàn)者用TLR3配體對新生心肌細(xì)胞進(jìn)行體外處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞糖酵解代謝和心肌細(xì)胞增殖得到顯著增強(qiáng)，因此TLR3可能是MI后心臟再生和修復(fù)所必需的[25]。

因此，TLRs與不同病因所致MI相關(guān)，盡管MI后短期給藥對減少心臟損傷和不良心血管事件的發(fā)生作用有限，但考慮到炎癥因素對缺血性心臟病的長期影響，發(fā)病后針對TLRs的抗炎癥治療仍可取得較大的收益。

2.3 TLRs與MIRI

缺血和再灌注改變細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，誘導(dǎo)大量促炎因子釋放，后者使TLRs激活并促進(jìn)中性粒細(xì)胞釋放活性氧/活性氮和蛋白水解酶[26]，從而導(dǎo)致大量炎性細(xì)胞浸潤和氧化應(yīng)激反應(yīng)，加劇組織損傷[27-28]。研究發(fā)現(xiàn)外源性RNA可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-2、腫瘤壞死因子α等炎性因子，而在TLR7基因缺陷的細(xì)胞中，RNA誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞因子的功能被部分抑制，表明外源性RNA可通過TLR7活化的信號通路誘導(dǎo)細(xì)胞炎癥因子的產(chǎn)生[29]。

細(xì)胞凋亡在MIRI中起著重要作用，MIRI時(shí)引起的細(xì)胞凋亡由氧化應(yīng)激、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、酸中毒以及壞死細(xì)胞分解釋放的細(xì)胞毒素引起的炎癥反應(yīng)所致，尤其是再灌注時(shí)產(chǎn)生大量活性氧導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，蛋白質(zhì)和酶分子失活。最近的研究發(fā)現(xiàn)，損傷細(xì)胞可通過釋放RNA激活TLR3，進(jìn)而促進(jìn)心臟移植后MIRI的發(fā)生和發(fā)展，揭示了TLR3在再灌注引起的炎癥損傷中的作用[30]。通常認(rèn)為TLR2、TLR3和TLR4的激活在MI中有害，然而近來發(fā)現(xiàn)TLR5在限制心肌損傷、炎癥激活和預(yù)防心肌功能損害方面發(fā)揮了有利作用[31]。另外，阻斷TLR9介導(dǎo)的信號通路可減輕炎癥，降解梗死釋放的細(xì)胞外線粒體DNA，減輕MIRI，因此TLR9可作為MIRI的治療靶點(diǎn)[32]。這些發(fā)現(xiàn)為TLRs作為未來藥物治療靶點(diǎn)和防止MIRI的發(fā)生提供了思路。

2.4 TLRs與VMC

VMC常由腸道病毒、腺病毒、人類細(xì)小病毒B19、人類皰疹病毒6型和柯薩奇病毒B組(CVB)引起，其中CVB等嗜心性病毒引起的直接損傷及其所誘發(fā)的免疫反應(yīng)是心臟損害的主要原因，具體機(jī)制可能是病毒引起炎性細(xì)胞大量釋放，炎性細(xì)胞識別CVB3并感染觸發(fā)NF-κB激活，分泌IL-6、IL-1β、腫瘤壞死因子α和IL-8等炎性因子，從而引起炎癥損傷[33]。研究表明，Th1(以介導(dǎo)細(xì)胞免疫反應(yīng)為主)型免疫通過減少病毒復(fù)制來減輕急性心肌炎的臨床癥狀，并通過抑制Th2(以介導(dǎo)體液免疫反應(yīng)為主)反應(yīng)來阻止慢性心肌炎和擴(kuò)張型心肌病的進(jìn)展，而Th2型免疫反應(yīng)通過調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和抗炎細(xì)胞因子抑制Th1反應(yīng)來減輕急性心肌炎[34]。不同的病理狀態(tài)下，Th1和Th2免疫反應(yīng)的升高對于從心肌炎到擴(kuò)張型心肌病和心力衰竭的進(jìn)展至關(guān)重要。

近期，Tatsumi等[35]以CVB3或甲型H1N1流感病毒感染小鼠來源的心肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)刺激蛋白酶激活受體4(PAR4)可增強(qiáng)TLR3依賴的趨化因子10的表達(dá)。且PAR4基因缺陷小鼠的抗病毒作用被抑制，表現(xiàn)為CVB3介導(dǎo)的VMC惡化，死亡率增加。此研究表明，PAR4具有作為干預(yù)靶點(diǎn)減輕CVB3和甲型H1N1流感病毒感染導(dǎo)致的心肌損傷的潛在優(yōu)勢。此外，有研究者發(fā)現(xiàn)中藥黃芪中的黃芪多糖通過抑制TLR4/NF-κB p65信號通路的激活而減輕炎癥反應(yīng)，改善CVB3誘導(dǎo)的VMC[36]。另外，MyD88基因敲除可抑制病毒感染介導(dǎo)的促炎因子(如IL-1β)分泌，同時(shí)提高心肌細(xì)胞生存率[37]。

此外，非微生物因素也可通過TLRs激活參與炎癥反應(yīng)。例如，壞死細(xì)胞RNA通過TLR7-MyD88信號誘導(dǎo)細(xì)胞因子的產(chǎn)生引發(fā)心肌炎[38]。體外血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)激損傷的線粒體被心肌細(xì)胞中的自噬/溶酶體系統(tǒng)降解后將導(dǎo)致TLR9介導(dǎo)的心肌細(xì)胞炎癥反應(yīng)，并能誘導(dǎo)心肌炎和擴(kuò)張型心肌病[39]。

以上證據(jù)表明，TLRs在CVB3甚至非微生物因素誘導(dǎo)的VMC中起著重要作用，且TLRs基因在嚴(yán)重心力衰竭患者心臟組織中的表達(dá)增加[40]。因此抑制TLRs可能為臨床治療VMC提供新方法。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，TLRs在AS、MI、MIRI和VMC等心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。TLRs通過MyD88依賴通路和TRIF依賴通路促進(jìn)大量炎癥因子、細(xì)胞表面分子和化學(xué)因子的分泌，進(jìn)一步加劇了心肌的損傷。目前，以TLRs為靶點(diǎn)的藥物研究日益受到重視，通過干預(yù)、調(diào)節(jié)抑制TLRs的表達(dá)可望成為一種心血管疾病防治的新手段。