TLR4信號通路在心力衰竭中的研究進展*

李文倩 綜述，萬少枝，李冊興，孫培媛，呂建峰 審校

(三峽大學心腦血管研究所/三峽大學附屬仁和醫院心血管內科，湖北 宜昌 443000)

心力衰竭(HF)是所有心血管疾病發展的最嚴重階段，即使治療HF的方法得到了很大改善，但隨著人口老齡化的增加，各種心血管疾病患病率也是增加的，最終導致進展為HF的結局是不可避免的。據估計，全世界有6 430萬人患有HF，預計未來25年內因HF入院者將增加50%[1]。

HF發病原因多種多樣，包括心肌損害、心臟負荷過重及不足均能導致HF的發生、發展。流行學數據表明，原發性心肌損害，如缺血性心肌病是HF的頭號發病原因[2]，其次為炎癥及免疫炎癥導致的心肌損害，如心肌炎、擴張型心肌病等。其他病因包括代謝性疾病、高血壓、風濕性心臟病、心律失常、感染、過度勞累均能加速HF的進展。心肌細胞數量減少、心肌肥厚和心肌纖維化是HF的主要病理過程，導致心室重構，進而造成心肌順應性下降，最終發生心臟舒縮功能障礙引起HF。大量研究表明，炎癥、免疫炎性反應參與了HF的病理發展過程[3]。Toll受體4(TLR4)是模式識別受體中的一員，可激活下游相關信號通路,導致炎癥過程的級聯反應，從而作為影響HF的發生、發展的潛在靶點。現重點介紹TLR4信號通路在HF發展中的作用，并更新最近的發現。

1 TLR4概述

1.1TLR4結構 TLR4是在哺乳動物中發現的第1個Toll樣受體，主要由內質網產生并分泌，表達于細胞膜表面。TLR4是Ⅰ型跨膜蛋白，由細胞外域、跨膜區及胞漿區三部分組成。胞外域結構(氨基末端結構域)由22～29個富含亮氨酸的重復序列組成，形成1個馬蹄形結構，胞漿區結構域(羧基末端結構域)與白細胞介素-1 (IL-1) 受體組成，稱為Toll/IL-1R 域，并且由于這種同源性，可激活與IL-1R共享的通路而發揮重要作用[4]。前者可結合病原體相關分子模式和損傷相關分子模式激活下游信號通路,誘導一系列炎性反應。既能結合外源性配體，如被脂多糖(LPS)激活，也可識別內源性配體，如熱休克蛋白、高遷移率族框1和纖維蛋白原等，介導機體的炎癥過程進而參與HF的過程[5]。

1.2TLR4信號途徑 TLR4主要由髓分化因子88(MyD88)和非MyD88依賴性信號傳導通路構成。分別由MyD88和含TIR結構域(Toll/IL-1R 域)的銜接蛋白誘導干擾素β介導的轉錄因子TRIF兩種銜接蛋白與胞內區Toll/IL-1R 域結合激活下游信號，導致促炎性細胞因子和干擾素的產生，從而發生一系列炎性反應。在MyD88依賴性信號途徑中MyD88招募一系列適配器蛋白，這些適配器蛋白能參與核因子-κB(NF-κB)和絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)途徑的激活，從而促進各種細胞因子和趨化因子的產生，如IL-6、IL-1β、腫瘤壞死因子-α、單核細胞趨化蛋白-1等[6]。同時，MyD88下游的其他途徑，如Ca2+/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)，也可激活并促進依賴于NF-κB信號途徑炎性細胞因子的分泌。在TRIF依賴性途徑中一方面誘導1型干擾素的生成；另一方面也可激活NF-κB和MAPK信號通路，進一步促進炎性細胞因子的釋放[7]。

2 TLR4信號通路與HF的關系

TLRs中TLR4在心肌細胞的表達最多。有研究表明，HF患者TLR4表達明顯增多[8]。當與其配體相結合后可激活下游相關炎癥信號通路進而促進HF的發生。

2.1TLR4/NF-κB信號通路與HF 一項臨床觀察性研究發現，TLR4表達與HF嚴重程度呈正相關[9]。ALVRS等[10]發現，與正常組比較，肥胖組患者心臟重構更加明顯及舒張功能明顯受限，且表達更多的TLR4、NF-κB和細胞因子。心臟中存在獨立的腎素-血管緊張素系統，局部心肌腎素-血管緊張素系統的激活可調節心肌細胞的生長、增殖、分化和凋亡。在體外培養大鼠的心肌細胞中發現，LPS配體與TLR4結合后激活NF-κB信號通路刺激血管緊張素原和血管緊張素受體上調，從而加重LPS誘導的心肌細胞損傷，NF-κB抑制劑可抑制上述途徑進而在HF中發揮保護作用[11]。由于TLR4的活化需要與骨髓分化蛋白2形成復合物，接下來TLR4/骨髓分化蛋白2與MyD88直接接觸，進一步觸發NF-κB以誘導廣泛的促炎癥介質[12]。半乳糖凝集素-3(Gal-3)是一種與HF患者心肌細胞纖維化和炎癥相關的生物標志物。Gal-3抑制劑可下調TLR4、MyD88、NF-κB的表達，并抑制炎性反應和改善心功能不全的指標[13]。心肌肥大是HF不可逆的關鍵階段，激活TLR4/MyD88信號通路可逐漸導致心肌肥大[14]。因此，可以認為TLR4/ MyD88/NF-κB是通過增加Gal-3的表達，促進炎性反應進而導致心肌肥大。c-Jun N-末端激酶(JNK)和p38 MAPK是介導HF患者心肌細胞凋亡的標志物。伊伐布雷定可阻止心肌細胞發生凋亡，并且是通過抑制JNK/p38 MAPK介導的[15]。HU等[16]發現，TLR4基因敲除大鼠改善了心肌收縮能力和細胞內Ca2+，可能是通過抑制NF-κB/JNK依賴性自噬激活實現的。由此可見，TLR4可通過激活NF-κB /JNK信號通路促進細胞凋亡導致心功能不全。因此，TLR4/NF-κB信號通路可通過炎性反應、細胞自噬參與HF的發生。

2.2TLR4/高遷移性蛋白質1(HMGB1)信號通路與HF HMGB1是核小體形成和基因轉錄的關鍵調節因子，已被確定為心肌炎癥的重要介質，并與HF的進展相關。有研究發現，HMGB1在HF中升高并且與疾病嚴重程度相關，是HF患者死亡和心臟移植聯合終點的獨立預測因子[17]。TASKIN[18]等發現，阿霉素可導致心肌毒性作用進而導致HF，而HMGB1抑制劑可通過抑制細胞凋亡途徑防止心肌細胞數量的減少，并下調TLR4的表達，表明阿霉素是通過TLR4/HMGB1信號通路改善心肌細胞減少從而改善HF的。后來也有研究發現，TLR4/HMGB1信號通路能共同作用參與肺動脈壓導致右心HF的發展進程[19]。有趣的是，HMGB1高表達會造成心臟肥大和心臟功能障礙，對心肌細胞產生不利影響[20]。而另一項研究表明，在體外培養的大鼠心肌細胞中發現HMGB1對心肌細胞活力或凋亡無影響[21]。造成這種不同結果的原因可能是因為HMGB1的增加會減輕DNA損傷，改善心肌細胞肥大而預防HF[22]。最近又有研究發現，HMGB1在機械應力下的促心肌細胞肥厚作用可上調TLR4的表達，但阻斷TLR4后并沒有阻止HMGB1的激活，說明HMGB1的激活致心肌肥厚似乎不受TLR4受體的影響。由此可知，TLR4/HMGB1的相互作用所致HF發展尚需大量研究證實。

2.3TLR4/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4(NOX4)信號通路與HF NOX是產生活性氧(ROS)的主要來源，氧化應激是體內ROS增加導致細胞氧化損傷的病理過程，且ROS可能參與了心臟各種生理和病理過程，如心肌肥大、細胞凋亡等[23]。NOX4是NOX家族酶中的一員，在心肌細胞中表達最多。在體外用阿霉素誘導的HF細胞發現，NOX4高表達可促進阿霉素誘導的氧化應激和細胞凋亡導致HF的發生[24]。在缺血性HF中升高的血管緊張素Ⅱ會增加心臟NOX4的表達并誘導心肌纖維化和肥大，且NOX4能增強血管緊張素Ⅱ對心臟的作用，而NOX4敲除的小鼠心肌細胞中氧化應激、心肌肥大、心肌纖維化、左心室功能障礙均明顯減弱[25]。TLR4作為參與HF生理和病理機制的研究已被廣泛證實，其也參與了NOX4的活化。一項體外研究在用異丙腎上腺素處理的H9c2心肌細胞中觀察到鐵凋亡樣細胞死亡，導致細胞活力降低，可能是HF中心肌細胞死亡的一種原因[26]。CHEN[27]等發現，在HF模型中TLR4、NOX4、GPX4表達均明顯上調，TLR4敲除后可明顯抑制NOX4、GPX4的表達并阻止細胞死亡從而改善心臟功能。最近有研究發現，自噬在HF的作用上是一把雙刃劍，基礎自噬可清除受損細胞器維持穩態，過多自噬會消耗正常細胞的完整性導致疾病的發生[28]。一項動物實驗發現，LPS處理組TLR4、NOX4，以及自噬相關標記物——LC3、Beclin-1和p62均明顯升高，并導致嚴重的心臟功能障礙，表明TLR4/NOX4信號通路通過細胞自噬介導LPS誘導的心臟炎癥[29]。證明TLR4/NOX4信號通路與HF氧化應激和細胞自噬密切相關。

2.4其他TLR4信號通路與HF 除上述介紹的TLR4相關信號通路外，目前關于其他TLR4信號通路與HF的研究也日益增多。以往有研究表明，PI3K/Akt信號通路可通過調節細胞存活、細胞凋亡、細胞生長、心臟收縮參與調節心臟纖維化的發生、進展和病理形成過程[30]。微小RNA越來越被認為在心血管疾病中發揮了重要作用，并被提議作為HF的潛在診斷和預后生物標志物。ZHANG[31]等發現，在缺氧誘導的骨髓間充質干細胞中微小RNA、PI3K、Akt表達均下調，TLR4表達上調，并觀察到明顯的氧化應激及炎性反應。由此可知，TLR4可通過抑制PI3K/Akt信號通路誘導心臟肥大，并有助于減少TLR4缺陷小鼠的心臟重塑。從主要的TLR4-NF-κB信號通路到PI3K/Akt信號通路的轉變可能在HF中具有保護作用。KATARE等[32]發現，在用LPS處理的H9c2細胞中炎癥因子——腫瘤壞死因子-α和IL-6表達增加，其中p53、TLR4也增加，SIRT2的表達顯著下降，且增加了細胞凋亡。因此，SIRT2/p53軸在TLR4介導的纖維化和細胞凋亡中具有重要作用。有研究發現，SIRT2對病理性心肌肥大具有保護作用，能調節心肌細胞中的能量代謝，平衡心肌細胞的生存和死亡，從而抑制HF的發生[33]。由此可見，TLR4可作為HF未來研究的潛在靶點。

3 展 望

HF是各種心血管疾病進展的最后階段，且患病率、再住院率和死亡率仍居高不下，導致患者預后仍較差，盡管關于TLR4相關信號通路在HF的病理生理機制中取得了很大的進展，但對二者關系的了解仍不全面，向臨床應用的完全過渡仍存在許多未解決的問題，如TLR4/HMGB1的相互作用致HF的機制仍不夠明確；關于TLR4通過各種炎性反應對HF產生影響已經被證實，目前關于氧化應激、自噬介導HF的發展的研究也越來越多，但具體作用機制仍太少。因此，通過介紹TLR4信號通路與HF的關系提供新的思路進一步研究。