Toll樣受體-4在急性重癥胰腺炎中作用的相關研究進展

袁麗娟 張志強

急性重癥胰腺炎（SAP）是一種急性腹部極其兇險的疾病，預后很差，具有極高的病死率。隨著SAP 早期促炎細胞因子的快速升高，炎癥反應進展為胰腺壞死，最終導致全身炎癥反應綜合征（SIRS）和多系統器官衰竭（MODS）的發生，最常見的SAP 相關并發癥包括肺、腎、胃腸道、心血管和中樞神經系統功能障礙[1]。炎癥因子及其信號通路在急性胰腺炎發病的進程中具有重要的作用，是目前研究重癥急性胰腺炎發病機制的關鍵點。越來越多的研究表明，Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）的活化及其下游信號通路的激活在SAP 進展中起著舉足輕重的作用。

TLRs 作為感知微生物及細菌入侵，然后誘導免疫反應的第一道宿主免疫防御屏障，激活其下游信號通路，然后最終致使促炎介質因子的活化，TLRs 與多種細胞的發生發展過程密切相關。Toll樣受體4（TLR4）有兩條關鍵的信號通路，主要是通過TLR4/NF-κB 信號通路，也是SAP 發病機制中的罪魁禍首，從而加重胰腺組織損傷程度及炎癥反應[2-3]。

1 Toll樣受體4（TLR4）的概述

1.1 TLR4 的初識

TLR4 最初發現是與果蠅Toll 蛋白同源的Toll蛋白基因及其編碼的Toll 樣受體蛋白，它是最早被發現的類似Toll 的受體，是一種模式識別的自然免疫系統受體，也是Toll 家族的成員之一，作為脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）受體，介導LPS 或內毒素引起的胞內信號傳遞，從而在病原體相關分子模式（PAMP）和TLR 之間建立了聯系，發揮著對外來致病微生物的防御作用，構成機體天然的第一道防線[4]。PAMP 可作為TLR 配體，被認為是急性胰腺炎發病機制的重要媒介[5]。且在先前的研究中已經證實TLR4 在急性胰腺炎中的作用，而且TLR4缺陷的小鼠會受到保護，可免受局部和遠處損傷[3]。

1.2 TLR4 的結構

Toll 樣受體4（TLR4）是一種跨膜蛋白，結構分為胞外結構域、胞內結構域和跨膜結構域三個部分。胞外結構域特征是含有富含亮氨酸重復序列（LRR），可以與CD14 結合，而含有高度保守區域即Toll/IL-1 受體（TIR）結構域的細胞質尾部則構成胞內結構域，以及連接外結構域和內結構域的跨膜結構域。細胞外結構域主要負責配體結合、受體二聚化和細胞內信號的啟動，而細胞內結構域與白細胞介素-1 受體（IL-1R）具有高度同源性，稱為Toll 樣受體/白介素-1 受體同源域（TIR），是TLRs 與IL-1R 向下游轉導信號的核心原件[4，6-7]。

1.3 TLR4 的分布

TLR4 分布廣泛，可見于哺乳動物全身多處組織，如腦、肺、腎、脾、心臟、胃腸道、肝臟、胰腺等，據先前研究表明，在SAP 發病過程中胰腺損傷及相關臟器損傷中均可以發現TLR4 的大量表達。TLR4 也可見于不同的細胞，主要表達在參與宿主防御功能的細胞上，如單核巨噬細胞、粒細胞、樹突狀細胞、淋巴細胞、內皮細胞和上皮細胞，可以推斷，不同的細胞類型以不同的方式運輸和利用TLR4。某些TLR4 也可見于非免疫細胞，如血管內皮細胞、神經細胞、胰腺腺泡細胞、肺上皮細胞、腸上皮細胞等，以及各種腫瘤細胞等[4]。

1.4 TLR4 的配體

TLR4 配體可分為外源性及內源性配體兩大類，其中，外源性配體主要是一種內毒素/脂多糖（LPS），是一種革蘭陰性細菌的細胞壁成分，還有呼吸道合胞病毒融合蛋白、逆轉錄病毒胞膜蛋白及人工合成的抗癌藥物紫杉醇等。TLR4 也能識別內源性配體，如：熱休克蛋白、硫酸乙酰肝素（HS）、纖維蛋白原、透明質酸等[8]。TLR4 配體為病原體的代表，以不同的方式與胞外結構域相結合，從而導致募集啟動信號級聯的銜接子，其中以LSP 為代表的外源性配體，與TLR4 相結合，通過髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88） 依賴性途徑發出信號，激活下游TLR4/NF-κB 信號通路，導致SAP 并加重相關的臟器損傷。TLR4、彈性蛋白酶或HS 的單獨或聯合抑制可能會改善SAP的胰腺損傷，從而顯著降低SAP 的發病風險[9]。

1.5 TLR4 介導的信號傳導通路

MyD88 依賴性及非依賴性兩種途徑是TLR4誘導炎癥因子及刺激因子釋放的主要信號轉導通路。MyD88 依賴性途徑主要介導NF-κB 激活和產生細胞因子的過程，在細胞外，當LPS 的信號作用于TLR4 時，TLR4 聚合使信號向胞內傳遞。MyD88 的羧基端與TLR4 的胞內TIR 區域結合，N-末端與IL-1 受體相關激酶（interleukin-1 receptorassociated kinase，IRAK）結 合，引 起IRAK 自 身磷酸化，促使腫瘤壞死因子受體相關因子6（TNFreceptor association factor 6，TRAF-6）激活，進而激活其下游轉化生長因子B 激活激酶（TAK）1、2 及3，然后活化NF-κB 抑制物激酶（inhibitor of NFκB kinases IKKs）復合物，導致轉錄因子NF-κB的激活和轉位，同時激活c-jun 氨基末端活化蛋白激酶（JNK）和絲裂原活化蛋白激酶P38 形成轉錄因子1（AP-1），最終促使炎癥因子如IL-1β、IL-6、IL-8 等的大量釋放，從而在SAP 中發揮作用，NF-κB 通路激活直接增加了胰腺炎的嚴重程度[4，8]。此外，TLR4 可以通過Toll 受體相關的干擾素激活蛋白（Toll receptor-associated interferonactivating proteins，TRIF）依賴性途徑（MyD88 非依賴性途徑）發出信號，募集TRIF 相關適配器分子TRAM，然后活化NF-κB 抑制物激酶（inhibitor of NF-κB kinases IKKs）復合物中的IKKε，再與TANK 結合激酶1（TANK binding kinase 1，TBK1）相結合，最后激活干擾素受體因子（IRF3），導致激活蛋白1 被活化，從而導致促炎因子發生[9]，見圖1。隨著近年來越來越多的研究發現，TLR4 與各種疾病相關，而作為革蘭氏陰性細菌的細胞壁成分的LPS 與TLR4 激活密不可分，導致各種炎癥性疾病的發生，因此其TLR4 在SAP 中的作用就不言而喻。

圖1 TLR4介導的信號傳導通路

2 TLR4在重癥急性胰腺炎中作用的相關研究進展

TLR4 作為一種重要的炎癥介導因子受體，存在于各種炎癥性疾病的發病機制中，包括膿毒癥，胰腺炎及腸炎等，是現在研究SAP 發病機制進展中的一種關鍵的促炎因子，是啟動炎癥因子大量表達并加重器官損害的關鍵。結合目前越來越多的體內體外實驗研究表明，TLR4 及其重要的信號通路，TLR4/NF-κB 信號通路與SAP 發病的嚴重程度密切相關，且呈現出明顯正性相關。

2.1 TLR4 對胰腺本身的影響

據相關研究發現胰腺腺泡細胞凋亡是AP 細胞死亡的主要原因，胰腺腺泡壞死是SAP 細胞死亡的重要原因，而這與TLR4 的激活密切相關[10]。Li等[3]通過L-精氨酸誘導野生型、TLR4 缺陷小鼠制備SAP 模型，發現野生型小鼠的胰腺組織表現出包括嚴重水腫、炎性細胞浸潤、大量壞死的腺泡細胞和正常腺葉結構的消失的典型胰腺損傷的特征，相反，TLR4 缺陷的小鼠則胰腺損傷現象顯著減輕，且血清淀粉酶和脂肪酶水平也顯著降低。正是通過這些研究結果表明，TLR4 在急性胰腺炎胰腺損傷發展的過程中作為潛在重要的介導者。同樣劉小虎等[11]、郭向輝等[12]通過建立重癥急性胰腺炎模型，給予濟陰顆粒、紫草素后，觀察胰腺組織病變程度，發現與給藥組相比，模型組大鼠胰腺組織有明顯炎性細胞浸潤、水腫，腺泡萎縮，且血清TG 含量、TLR4、NF-κB P65 及TNF-α 顯著升高，并且TLR-4、NF-κB P65 和TNF-α 在胰腺組織的表達水平與血清中TG 含量有相關性。這項研究結果表明，TLR4/NF-κB 信號通路與急性胰腺炎進展密切相關，NF-κB 通路激活直接增加了胰腺炎的嚴重程度，而通過抑制TLR4/NF-κB 信號通路對重癥急性胰腺炎具有一定的防護作用。充分證實了TLR4 在胰腺炎發病過程中具有重要促炎作用，可以加重胰腺自身損傷。

2.2 TLR4 對胰腺炎相關肺損傷的影響

SAP 是一種全身性疾病，由多種原因引起。其中以急性肺損傷高發，同時也是引發急性壞死性胰腺炎早期死亡的關鍵原因之一。目前認為TLR4 和NF-κB 的活化在ALI 的發病中起不可或缺、舉足輕重的作用。TLR4 作為疾病發展過程中的“炎癥開關”，參與肺血管屏障功能障礙的發生過程，導致肺泡細胞損傷加重。

文獻[13-14]通過經胰膽管逆行注射4%牛磺膽酸鈉誘導SAP 模型，研究發現，與對照組相比，實驗組小鼠肺損傷程度、TLR4、NF-κB 蛋白表達水平顯著增高，且與TNF-α、IL-1β、IL-6 和內毒素的增高水平呈正性相關，從而推測出SAP 時激活了肺臟中的TLR4/NF-B 信號通路，可能通過調節其下游TNF-α、IL-1β 及IL-6 等炎性因子水平共同參與SAP 所致SIRS 的發展過程。潘龍飛等[15]還發現，與SAP 組相比，干預組患者肺損傷程度減輕，TLR4 表達水平明顯降低，揭示了LR4/NF-κB 信號通路參與了肺損傷的發展過程，且肺臟的TLR4/NF-κB 信號通路可能進一步加重炎癥反應及肺損傷程度，通過調控TLR4/NF-κB 信號通路或許可以減輕SAP 相關肺損傷程度。

2.3 TLR4 對胰腺炎相關腎損傷的影響

急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）是SAP致死的并發癥之一，且病死率并不低于急性肺損傷。目前并沒有確切的研究證明關于AKI 發生的機制，但一些學者認為，TLR4 識別內毒素及其下游系列反應在AKI 發生的病理生理學過程的機制中發揮重要的不可或缺的作用，AKI 發生時炎癥反應的調節過程中就可能有TLR4/NF-κB 信號通路的參與。

Zhang 等[16]通過腹腔注射脂多糖（LPS）誘導急性腎損傷模型，發現與對照組相比，AKI 組小鼠遭受包括腎小球萎縮、腎小管細胞空泡化、腎小管擴張和扭曲、腎小管細胞壞死等表現的嚴重的腎臟病理損害，并出現BUN 及Scr 水平升高的情況，且TLR4、MyD88 水平也呈現出相應顯著升高情況，且TLR4、MyD88 水平表達與腎損傷嚴重程度和BUN及Scr 水平呈顯著正相關關系，所以認為SAP 相關AKI 的發生過程中有TLR4 信號通路的參與，且與疾病發生密切相關，在其病情進展中起關鍵的促炎作用。

2.4 TLR4 對胰腺炎相關肝損傷的影響

胰臟血液回流，肝臟是第一站，構成一道防線。細菌及細菌產物如LPS 等通過門靜脈進入肝臟引發SAP，激活肝內Kuppffer 細胞，然后釋放出大量的細胞因子或炎癥介質，進而導致膿毒癥的發生，進一步加重組織損傷。目前研究表明，SAP 所致肝損傷過程之中TLR4 表現出明顯的升高趨勢，這也就證實其在肝臟受損的進展中起著舉足輕重的作用。

Zhang 等[17]通過逆行胰膽管注射5%牛磺膽酸鈉（1 mL/kg）建立急性胰腺炎模型，研究發現，與對照組相比，急性胰腺炎組TLR2/4 mRNA 表達在3 h 顯著升高，12 h 達峰值，且肝損害程度明顯加重，Chen 等[18]的研究與該研究一致，LPS 組大鼠顯著上調了TLR4、MyD88 和NF-κB 磷酸化水平。綜合結果表明，LPS 誘導的炎癥反應和肝細胞損傷及凋亡的程度與TLR4 信號級聯的激活和NF-κB 的磷酸化密切相關。

2.5 TLR4 對胰腺炎相關腸道損傷的影響

SAP 期間腸屏障的完整性的損害可能由于腸黏膜的缺血和再灌注有關，其會最終致使腸道細菌移到其他位置，然后不可豁免的引起局部及全身感染損傷。SAP 的主要并發癥之一是腸道黏膜屏障損傷，腸道細菌移位進入血液，是胰臟感染壞死的罪魁禍首，腸黏膜屏障損傷在SAP 病程進展過程中扮演著重要的角色[19]。有趣的是，目前研究表明，在SAP極早期腸道黏膜內激活大量TLR4/NF-κB 信號通路，擴大腸黏膜屏障功能損害以及后續一系列級聯炎癥反應的進展。

Piao 等[20]通過逆行胰膽管注射4%牛磺膽酸鈉1 mg/kg 誘導SAP 模型發現，SAP 組大鼠腸道屏障損傷，腸絨毛丟失，線粒體破壞，病理評分顯著升 高，TNF-α、IL-1、IL-6、TLR4、PI3K、AKT、NF-κB 水平升高，而予以苦苷Ⅱ治療可降低SAP誘導的腸屏障損傷中TLR 依賴性磷酸化PI3K/AKT/NF-κB 的相對蛋白水平。這項研究揭示了急性胰腺炎發生時TLR4 的顯著增加導致腸道黏膜屏障損傷，而抑制TLR4 及其信號通路可明顯緩解腸道損傷。此研究結果與Su 等[21]的結論相同，表明TLR4抑制劑預處理可明顯緩解炎癥反應，降低壞死和氧化應激水平，最終改善腸屏障功能。總的來說，SAP 組腸道屏障功能受損與TLR4 信號通路脫不了干系，由此可以推測出TLR4 信號通路的抑制對SAP 相關腸道損傷的保護具有十分關鍵的影響作用。

3 小結

根據修訂的亞特蘭大分級，中度或重度急性胰腺炎的特征是存在暫時性（＜48 h）或持續性（＞48 h）器官衰竭或局部并發癥，與發病率、死亡率極高有關[22]。引起早期死亡的最主要原因是器官暴發的功能衰竭，并伴有全身炎癥性反應癥候群。作為天然免疫系統的模式識別受體，TLR 受體，在啟動急性胰腺炎早期炎癥反應及特異性免疫中起到了關鍵作用。許多研究表明，SAP 患者或者小鼠模型中TLR4 水平明顯增加，并揭示了其與疾病嚴重程度呈現爭先管。TLR4 廣泛分布于胰臟組織中，其被激活后引發的下游信號通路，不僅可以導致胰腺炎發生時胰腺本身受損打擊深化，而且在會加重急性重癥胰腺炎發生時肺、肝、腎、胃腸道等臟器的損傷[13]。關于TLR4 在急性重癥胰腺炎發生發展過程中所發揮的作用現在認識的還較為淺表，TLR4受體及其激活的下游信號通路的深入研究對SAP 發病機制深入了解有很大的幫助，可以幫助解決SAP的治療上的較為困難的問題。因此，有關TLR4 及其在SAP 的發病過程及進展中的研究具有廣闊前景。