TLR4/MyD88信號通路在膝骨關節炎滑膜炎中的作用

韓憲富 李寧,2* 謝興文 黃委委 李輝

1.甘肅中醫藥大學中醫臨床學院，甘肅 蘭州 730000 2.甘肅中醫藥大學附屬醫院康復骨科，甘肅 蘭州 730020 3.甘肅中醫藥大學附屬醫院老年骨科，甘肅 蘭州 730030

膝骨關節炎(knee osteoarthritis，KOA)是由多重因素引起的關節退行性病變，其病程中常伴有滑膜炎癥，KOA滑膜炎的發病機理尚不完全明確，但相關研究[1]表明固有免疫應答在KOA滑膜炎的發病中起著重要作用。Toll樣受體4(toll-like receptor4，TLR4)是一種重要的固有免疫模式識別受體，通過識別及感知損傷相關分子模式(damage related molecular patterns，DAMPs)、病原相關分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)，啟動髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依賴及非依賴途徑，引起固有免疫應答啟動后可激活及加速下游信號分子的傳遞而引起滑膜炎癥[2]。TLR4/MyD88信號傳導通路是TLR4信號傳導的主要通路[3]，本文僅對TLR4/MyD88信號通路對KOA滑膜炎發病的作用作一綜述，以期為KOA滑膜炎的診療提供理論依據和參考。

1 TLR4/MyD88信號通路

TLR4是Toll樣受體之一，由胞外識別區、跨膜區和胞內信號區等3部分組成。TLR4的胞外配體識別區主要作用是識別、感知DAMPs及PAMPs。TLR4能夠感知呼吸道合胞病毒F蛋白、乳癌病毒膜蛋白、雙萜紫杉醇、LTA等外源性配體，識別LPS此類的天然配體，另外還可識別纖連蛋白、熱休克蛋白、高遷移率族蛋白-1、抵抗素、細胞外基質組分等內源性配體[4]。跨膜區可結合包膜來固定受體，此區對TLR4亞細胞的定位和分子特性的決定起一定作用。胞內區與IL-1受體相似，隨命名為 Toll/IL-1受體同源結構域(TIR)，可募集下游含有TIR的信號轉接蛋白進入胞內，引導其間互相作用并形成信號復合體[5]。MyD88是重要的TIR銜接蛋白分子，其結構由N端、中間及C端區域等3部分組成。由于其C端結構與TIR相似，遂與TLR4胞內信號區結合。TLR4可通過MyD88依賴性途徑介導下游信號轉導，MyD88在TLR4/MyD88依賴途徑信號轉導中的作用是不可或缺的[6]。TLR4/MyD88信號轉導通路是目前固有免疫領域研究的熱點，且與骨關節疾病的發病關系密切[7]。

TLR4的細胞外配體識別區識別配體后與之結合，使配體聚合物形成，再激活TLR4信號通路(見圖1)。活化后的TLR4募集胞質內銜接蛋白至TIR區，配體聚合物經與銜接蛋白結合后形成多聚體復合物，MyD88為第一個銜接蛋白，通過自身C端區域與TLR4的TIR結合形成TIR-TIR復合物，MyD88再利用胞內級聯反應募集其他的銜接蛋白，IRAK-4被募集至TIR-TIR復合物，IRAK-4通過Thr209、Thr387途徑誘導自身磷酸化并接下來激活IRAK-1[8]。IRAK-1脫離MyD88后與TRAF6銜接，引起TRAF6被激活。IRAK-1/TRAF6復合物在IKK酶的泛素化作用下，引起轉化生長因子-β活性酶(TAK1)和轉化生長因子-β活性酶結合蛋白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，再從IκB酶復合物中使NF-κB降解出來，NF-κB激活后再進入細胞核進行轉錄，引起一系列相關基因表達及分泌，最后產生致炎性細胞因子如TNF-α，IL-1β等[10]。TLR4除了可激活NF-κB途徑外，還能激活JNKs、ERKs、MAPK p38及兩種轉錄因子ATF、AP-1等[11]。

圖1 TLR4/MyD88信號通路示意圖Fig.1 Schematic diagram of TLR4/MyD88 signal path

2 TLR4/MyD88信號通路在KOA滑膜炎發病中的作用機制

2.1 TLR4、MyD88在KOA滑膜中的表達

TLR4作為固有免疫模式識別受體，除了分布在各類免疫細胞中，研究[12]還發現TLR4也表達在非免疫細胞中，如KOA的滑膜成纖維細胞。較正常滑膜相比，早期KOA滑膜中TLR4的表達量較高，且伴隨著關節腫脹、積液、疼痛等KOA滑膜炎相關臨床表現[13]。研究[14]發現TLR4在關節滑膜中的表達與年齡的增長呈正相關。Abdelwahab等[15]對9例血清陽性RA和4例OA患者的滑膜中TLR4水平進行免疫組化測定，結果發現RA滑膜中TLR4表達水平比OA高，但OA滑膜組織中的TLR4表達也升高。Radstake等[16]研究發現TLR4在KOA滑膜中出現表達升高，但正常滑膜中似乎沒有檢測到TLR4的表達。上述說明TLR4存在于KOA滑膜中且表達量較高。Wang等[17]通過對KOA Wistar大鼠滑膜中的MyD88、TLR4等基因相對表達量進行實時熒光PCR檢測，結果發現KOA模型組與假手術組、空白組相比，MyD88、TLR4等表達量顯著增強，結果表明MyD88、TLR4存在且高表達于KOA滑膜中。上述研究表明MyD88、TLR4存在于KOA滑膜中，且表達量較高。

2.2 TLR4/MyD88信號通路介導KOA滑膜炎癥

KOA滑膜炎病程中常涉及免疫細胞的參與，固有免疫作為人體預防病原體入侵的重要屏障，通過模式識別受體識別及感知DAMPs、PAMPs并與之結合，使配體聚合物形成，激活固有免疫反應后可引起和促進KOA滑膜炎。TLR4作為一種模式識別受體，除前述配體外，細胞外基質破壞、細胞應激所產生的小分子透明質酸及細胞粘合素C等內源性分子產物也能作為DAMPs激活TLR4[18]。此類DAMPs在滑膜中表達或滑液中分泌就成為導致KOA滑膜炎的危險因素，DAMPs與TLR4結合，TLR4激活后可啟動MyD88依賴途徑，激活NF-κB信號通路，引起致炎細胞因子表達、炎性介質分泌，引起滑膜炎癥，促進滑膜細胞增殖，且可加重滑膜炎。有研究[19]發現TLR4的配體LPS干預體外培養的滑膜細胞，可明顯誘導下游炎癥相關蛋白的表達；用KOA患者的關節液培養滑膜細胞同樣可引起輕微的炎癥反應；研究表明KOA患者的關節液中因含DAMPs可活化TLR4，引起滑膜細胞的炎癥反應。Nair等[20]通過觀察早期KOA伴半月板損傷患者關節液和TLR4刺激因子對滑膜細胞炎癥激活的影響，研究中從接受關節鏡半月板手術的KOA早期患者獲取關節液，關節液被用于刺激成纖維樣滑膜細胞，或與脂多糖結合刺激成纖維樣滑膜細胞；結果發現單純關節液不會促進成纖維樣滑膜細胞釋放IL-8，關節液結合脂多糖可促進成纖維樣滑膜細胞中IL-8的釋放；研究表明關節液可增強成纖維樣滑膜細胞對TLR4配體脂多糖的炎癥反應。有研究[21]發現配體激活TLR4后，可通過TLR4/MyD88信號通路增加IL-1β等促炎因子的表達；相反TAK242抑制TLR4活化則能抑制IL-1β的表迖，減輕滑膜炎癥反應。可見TLR4/MyD88信號轉導通路介導的滑膜固有免疫應答是引起KOA滑膜炎的重要環節。

2.3 TLR4/MyD88信號通路與KOA滑膜炎病程的關系

TLR4作為與KOA關系密切的模式識別受體，可通過MyD88依賴途徑啟動NF-κB 在內的轉錄因子信號傳導通路而引起相關促炎性細胞因子的表達與分泌。在KOA患者關節中一些PAMPs、DAMPs的濃度在其關節滑液或滑膜中表達增加，隨著TLR4和PAMPs、DAMPs在不同動物KOA模型中促進滑膜炎癥的能力被廣泛研究及認識，TLR4/MyD88通路在不同階段的KOA滑膜炎中可能發揮著不同的作用。Radstake等[16]發現中度KOA滑膜炎的滑膜中TLR4表達相對較低。王歡等[22]通過觀察KOA病程中不同時期滑膜組織TLR4的表達變化，研究發現TLR4的表達量隨著造模時間的延長而逐步減少，但仍高于正常滑膜組織，而NF-κB 表達隨造模時間延長而持續升高。表明TLR4激活早期KOA滑膜的炎癥反應后，在固有免疫反應啟動的同時，人體的保護機制也被觸發，接著反饋性的抑制TLR4的表達，使得TLR4表達量隨KOA病程進展逐漸降低。隨著KOA滑膜炎的病程發展，滑膜細胞壞死數量逐漸增多，其他受體的相關配體被釋放來維持KOA滑膜炎。

3 西藥干預TLR4/MyD88信號通路對KOA滑膜炎的影響

目前，已有相關文獻報道調節TLR4/MyD88信號通路后對RA滑膜炎癥的影響，但調節該信號通路對KOA滑膜炎影響的相關研究還較少，但此類策略也為KOA滑膜炎的治療提供了一定的參考。Zhu等[23]通過觀察TLR4拮抗劑(TAK-242)對CFA足底注射建立的RA模型大鼠TLR4/MyD88信號通路上下游因子表達的影響，取材后采用PCR、Western Blot法檢測滑膜組織中TLR4/MyD88通路上下游因子的表達情況；結果發現TAK-242干預RA模型大鼠后，滑膜TLR4、MyD88、IRAK1、TRAF6、NF-κB、IL-1β、TNF-α和IL-6 mRNA和蛋白表達水平顯著下降；研究表明TAK-242可阻斷TLR4/MyD88通路抑制該通路上下游因子的表達且減輕滑膜炎癥反應。邢丹丹等[24]研究發現右美托咪定可抑制TLR4/NF-κB通路相關蛋白的表達，增強 KOA大鼠成纖維樣滑膜細胞的凋亡, 使KOA滑膜炎癥反應減輕。Eisinger等[25]研究發現chemerin可通過增加KOA滑膜中TLR4 mRNA的表達而引起滑膜炎癥反應的加重。上述研究表明一些西藥激活TLR4/MyD88信號通路，可促進TLR4/MyD88信號通路相關蛋白、致炎細胞因子表達及炎性介質分泌，引起KOA滑膜炎，促進滑膜細胞增殖，加重滑膜炎。相反，阻斷TLR4/MyD88信號通路可減輕KOA滑膜炎。

4 中藥及有效提取物干預TLR4/MyD88信號通路對KOA滑膜炎的影響

楊黎黎等[26-27]研究發現通絡止痛方可抑制KOA滑膜炎病人滑膜細胞TLR4、MyD88、NF-κB等蛋白表達，通過阻斷TLR4/MyD88通路而減輕KOA滑膜炎癥。袁普衛等[28]研究發現蠲痹膠囊可抑制豚鼠KOA滑膜中TLR4、NF-κBp56、TNF-α等TLR4/MyD88通路上下游蛋白的表達而減輕KOA滑膜炎。王歡等[29]通過觀察桂皮及白芍的提取物桂皮醛(CA)、白芍總苷(TGP)對脂多糖活化的滑膜成纖維細胞的影響，結果發現CA、TGP均可抑制IL-1β、TNF-α、MMP-13的分泌，抑制TLR4、MyD88、NF-κ B的表達，可促進滑膜細胞凋亡，調節細胞周期，能抑制成纖維樣滑膜細胞的過度增殖。研究表明CA、TGP均可通過抑制TLR4/MyD88信號通路減少炎癥介質及炎性因子分泌、抑制滑膜細胞的過量增殖而減輕KOA滑膜炎。Yan等[30]研究發現姜黃素可下調KOA模型大鼠關節滑液IL-1β、TNF-α的表達，下調由脂多糖誘導的滑膜炎癥反應中TLR4、NF-κB表達而抑制滑膜炎癥，研究表明姜黃素可阻滯TLR4介導的信號通路減輕滑膜炎。上述表明一些中藥及有效提取物可抑制TLR4/MyD88信號通路減輕KOA滑膜炎，研究中藥及有效提取物干預TLR4/MyD88信號通路對KOA滑膜炎的影響具有一定的前景。

5 結語

TLR4激活后可啟動MyD88依賴途徑，激活NF-κB信號通路，導致致炎細胞因子表達、炎性介質分泌，引起KOA滑膜炎癥，促進滑膜細胞增殖。TLR4/MyD88信號通路在KOA滑膜炎的發病中起到重要作用，在KOA滑膜炎發病中存在固有免疫的激活。探究TLR4/MyD88信號通路在KOA滑膜炎中的作用能為闡釋KOA滑膜炎的發病機制及病理過程提供參考，以該信號通路上相關蛋白和下游炎癥介質等為靶點可為KOA滑膜炎的治療提供新策略，成為其治療的新方向。但目前相關藥物干預TLR4/MyD88信號通路對KOA滑膜炎影響的研究尚屬初級階段，研究結論多來自于動物或體外實驗，臨床治療應用的有效性、安全性尚不完全明確，還需進一步更深入的探索。