Toll樣受體4與心血管疾病研究進(jìn)展

熊小菊（綜述） 黃鶴（審校）

綜 述

Toll樣受體4與心血管疾病研究進(jìn)展

熊小菊（綜述） 黃鶴（審校）

Toll樣受體4；心血管疾病；綜述

心血管疾病是嚴(yán)重威脅人類健康的主要疾病，大量的研究顯示它與心肌炎癥有著密切的關(guān)系。Toll樣受體 4（toll-like receptor 4，TLR4）是天然免疫系統(tǒng)的一種模式識別受體，它既能識別來源于病原菌的外源性分子，也能識別由損傷組織和壞死細(xì)胞釋放的內(nèi)源性分子。因此，TLR4是感染和非感染刺激誘導(dǎo)促炎反應(yīng)的關(guān)鍵受體，遂成為抗炎治療的新靶點(diǎn)。最近有大量的研究顯示，TLR4介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)與許多心血管疾病有著密切的關(guān)系，例如心肌炎、心肌梗死、心肌缺血再灌注損傷、動脈粥樣硬化、高血壓等。有鑒于此，本文主要針對TLR4與心血管疾病的研究進(jìn)展作一綜述。

1 TLR4簡介

1.1 TLR4結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能 人類的TLR4是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的哺乳動物Toll樣受體，它位于細(xì)胞表面，屬Ⅰ型跨膜蛋白，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/白細(xì)胞介素1受體同源區(qū)（TIR）結(jié)構(gòu)域的胞質(zhì)區(qū)（介導(dǎo)下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)）。TLR4屬于模式識別受體（PRRs）家族，它能識別來源于病原體的外源性分子（PAMPs），尤其是來源于革蘭陰性菌的分子（例如脂多糖，LPS）。最近研究發(fā)現(xiàn)，TLR4也能識別由組織損傷和細(xì)胞壞死釋放的內(nèi)源性分子，即損傷相關(guān)分子（DAMPs）。無論是細(xì)菌來源的外源性配體還是宿主來源的內(nèi)源性配體，TLR4與其結(jié)合后通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)最終導(dǎo)致核因子-κB（NF-κB）和免疫反應(yīng)基因激活，引起促炎癥因子和趨化因子分泌，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，參與許多疾病的發(fā)生和發(fā)展過程。

1.2 TLR4信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 TLR4信號通路根據(jù)接頭蛋白的不同可分為髓樣分化蛋白88（MyD88）依賴性和非MyD88依賴性途徑。MyD88依賴途徑主要引起NF-κB及絲裂原激活的蛋白激酶（MAPK）通路激活，在LPS的早期免疫反應(yīng)中起主要作用。非MyD88依賴途徑為NF-κB和干擾素β調(diào)節(jié)因子3（IRF3）的晚發(fā)活化，主要介導(dǎo)LPS誘導(dǎo)的干擾素誘導(dǎo)蛋白10、糖皮質(zhì)激素終止反應(yīng)基因16（GARG-16）、干擾素調(diào)節(jié)基因 1（IRG-1）表達(dá)和樹突狀細(xì)胞（DC）成熟。

2 TL4與心血管疾病

2.1 TLR4與病毒性心肌炎 病毒感染是心肌炎最常見的病因，其中最常見的病毒為柯薩奇病毒（CVB3）。有研究表明，抑制TLR4信號通路能減輕病毒性心肌炎的炎癥反應(yīng)。Fairweather等[1]報(bào)道，在CVB3感染的小鼠模型中，與野生型小鼠相比，TLR4缺陷的小鼠對柯薩奇病毒感染更有抵抗力，TLR4缺陷降低了炎癥反應(yīng)和病毒復(fù)制，減輕了心肌炎。此研究還發(fā)現(xiàn)，CVB3感染的野生型小鼠心臟白介素-1β（IL-1β）和白介素-18（IL-18）表達(dá)水平明顯增加，而TLR4缺陷小鼠卻沒有改變。與此相反，Riad 等[2]報(bào)道，TRIF（TLR4 非 MyD88通路下游分子）缺陷的小鼠顯示TLR4依賴的抗病毒因子干擾素β（IFN-β）抑制，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的心功能衰竭和100%死亡。另有研究顯示，敲除MyD88可導(dǎo)致促炎因子如IL-1β和IL-18產(chǎn)生減少，增加干擾素調(diào)節(jié)因子 3（IRF3）和干擾素 β（IFN-β）的表達(dá)，與野生型小鼠比較，MyD88敲除小鼠顯示更高的存活率[3]。因此，TLR4不僅能通過MyD88依賴途徑增加病毒性心肌炎的嚴(yán)重性，也能通過非MyD88依賴途徑限制病毒性心肌炎的嚴(yán)重程度。然而，在更多的情況下，MyD88依賴的信號通路在病毒性心肌炎中較非MyD88依賴信號途徑具有更主導(dǎo)的作用。

2.2 TLR4與心肌梗死 盡管心肌梗死的有效治療在很大程度上改善了心臟功能，提高了生存率，但是心肌梗死仍然是人類死亡率最高的的疾病。心肌梗死后壞死的心肌細(xì)胞釋放大量內(nèi)源性的損傷相關(guān)分子，它們能有效激活TLR4。TLR4激活后導(dǎo)致促炎因子表達(dá)增加，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，使已受損的心肌損傷程度進(jìn)一步加重。心肌梗死后梗死部位和非梗死部位的心肌TLR4及其下游基因表達(dá)明顯上調(diào)[4]。大量的研究顯示，抑制TLR4信號通路能減輕心肌炎癥損傷，阻止受損心肌免遭再次炎癥打擊。例如有研究顯示，靜脈注射慢病毒介導(dǎo)的拮抗TLR4的短鏈RNA至梗死的心臟區(qū)域，能有效縮小心肌梗死的面積，提高心臟的功能[4]。另外，TLR4抑制劑二甲雙胍能明顯降低心肌梗死后腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、IL-6和 IL-10炎癥因子的表達(dá)。

近年來有大量的研究探索了心肌梗死后壞死心肌細(xì)胞釋放的與激活TLR4相關(guān)的損傷相關(guān)分子。S100鈣結(jié)合蛋白A1（S100A1）被報(bào)道是TLR4的一種激動劑，也是內(nèi)源性的警報(bào)分子。Rohde等[5]的研究顯示，小鼠心肌梗死后誘導(dǎo)產(chǎn)生S100A1，心臟注射S100A1能擴(kuò)大心肌梗死后梗死面積，使左室功能惡化。Schiopu和Cotoi[6]發(fā)現(xiàn)，S100A8/A9是TLR4內(nèi)源性配體，心肌梗死后被大量釋放出來，能加重心肌炎癥反應(yīng)。除此之外，由壞死心肌細(xì)胞釋放的高遷移率族蛋白B1（high mobility group box1,HMGB1）、半乳糖凝集素 3（galectin-3）、S100β和IL-1α也能通過TLR4信號通路誘導(dǎo)心肌炎癥反應(yīng)。因此，與激活TLR4相關(guān)的損傷相關(guān)分子可能成為預(yù)測心肌梗死的標(biāo)志物，并成為心肌炎癥的治療靶點(diǎn)。

2.3 TLR4與心肌缺血再灌注損傷 組織的缺血再灌注損傷即短暫阻斷器官的血供后恢復(fù)血液供應(yīng)，在此過程中缺血引起的低氧誘導(dǎo)了組織和細(xì)胞的損傷，同時(shí)釋放大量的損傷相關(guān)分子。再灌注維持了器官的功能，同時(shí)也引起了急性炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加重組織壞死，這種現(xiàn)象被稱為“再灌注損傷”。最近大量動物心肌缺血再灌注研究證明，TLR4作為許多損傷相關(guān)分子的靶點(diǎn)，在缺血再灌注損傷中起著重要的作用。Lu等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，在心肌缺血再灌注損傷的早期，不僅缺血區(qū)也包括潛在的危險(xiǎn)區(qū)，TLR4和NF-κB表達(dá)水平明顯增高，心肌細(xì)胞出現(xiàn)凋亡。劉千萍等[8]則發(fā)現(xiàn)，在心肌缺血再灌注晚期TLR4和促炎因子水平也明顯升高，進(jìn)一步加重了心肌結(jié)構(gòu)和功能損害，促進(jìn)了左室重構(gòu)。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，抑制TLR4信號通路能減輕缺血再灌注損傷后炎癥反應(yīng)和心肌的凋亡。Wang等[9]報(bào)道，紫檀芪（pterostilbene）能通過抑制TLR4-NF-κB信號通路降低心肌缺血再灌注損傷后TNF-α的產(chǎn)生，抑制白細(xì)胞的浸潤，減輕心肌的炎癥反應(yīng)和心肌的凋亡。Shimamoto等[10]發(fā)現(xiàn)，在小鼠心肌缺血再灌注之前預(yù)先靜脈內(nèi)給予TLR4拮抗劑eritoran 10分鐘，能有效減少心肌梗死面積。Soldo等[11]研究發(fā)現(xiàn)，另外一個(gè)TLR4天然拮抗劑cyanobacterial能顯著降低心臟缺血再灌注缺血區(qū)域多核白細(xì)胞的浸潤。同樣在心肌缺血再灌注之前預(yù)先給予卵泡抑素follistatin（TLR4下游基因的一個(gè)結(jié)合蛋白），能夠通過抑制MyD88依賴的信號通路有效地降低再灌注損傷引起的外膜細(xì)胞、心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡和壞死[12]。以上研究表明，TLR4及其下游的基因可能成為潛在的治療靶點(diǎn)，預(yù)先給于抑制TLR4及其下游基因的處理可能降低缺血再灌注損傷所致的心肌進(jìn)一步損害。

2.4 TLR4與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是缺血性心臟病最主要的病因，目前廣泛研究表明它是一種多因素相互作用的慢性炎癥疾病。動脈粥樣硬化主要特點(diǎn)是血管內(nèi)皮損傷、單核細(xì)胞黏附和遷移、巨噬細(xì)胞泡吞脂質(zhì)和泡沫細(xì)胞的形成，其整個(gè)病理過程都伴隨著免疫系統(tǒng)的激活和炎癥因子的釋放。TLR4作為天然免疫的最主要受體參與了動脈粥樣硬化的發(fā)生和進(jìn)展過程。首先，TLR4介導(dǎo)了冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子和化學(xué)因子的釋放。在動脈粥樣硬化早期病變中，脂多糖和氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞激活，激活的內(nèi)皮細(xì)胞釋放大量炎癥介質(zhì)［包括IL-8、IL-6、單核細(xì)胞趨化因子（MCP-1）、血管細(xì)胞黏附分子（VCAM-1）和細(xì)胞間黏附分子（ICAM-1）］，增加了單核細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，促進(jìn)了單核細(xì)胞向血管壁的遷移，在此過程中，TLR4表達(dá)上調(diào)，NF-κB激活促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。其次，TLR4促進(jìn)了促炎反應(yīng)和血管平滑肌細(xì)胞的增殖。冠狀動脈粥樣硬化時(shí)，TLR4也高表達(dá)血管平滑肌細(xì)胞。在體的研究證明，TLR4抗體減輕了人熱休克蛋白60（HSP60）刺激誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞的增殖[13]。另外通過TLR4途徑激活的血管平滑肌細(xì)胞也高表達(dá)MCP-1、IL-8、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、ICAM-1和VCAM-1細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子促進(jìn)了促炎反應(yīng)。最后，TLR4介導(dǎo)了單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞浸潤和泡沫細(xì)胞的形成。臨床研究顯示，在急性冠脈綜合征中，單核細(xì)胞TLR4表達(dá)水平明顯上調(diào)，且聚集于血栓中[14]。另有研究發(fā)現(xiàn)，鼠粥樣硬化斑塊和人的粥樣硬化斑塊中的巨噬細(xì)胞TLR4的表達(dá)水平也明顯增高[15]。TLR4表達(dá)水平升高促進(jìn)了單核細(xì)胞的激活，激活的單核細(xì)胞釋放 IL-6、TNF-α、MCP-1和其他炎癥因子，促進(jìn)了單核/巨噬細(xì)胞在血管內(nèi)膜的浸潤和聚集。在脂質(zhì)豐富的情況下，大量修飾的脂蛋白與TLR4相互作用進(jìn)一步激活了單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，細(xì)胞激活后出現(xiàn)膜變皺，胞吞脂質(zhì)，形成泡沫細(xì)胞，此過程是粥樣硬化斑塊形成的標(biāo)志[16]。

抑制TLR4的激活能抑制動脈粥樣硬化的發(fā)展。在體研究表明，在apoE敲除的小鼠高膽固醇血癥模型中，TLR4的敲除減少動脈硬化斑塊面積、脂質(zhì)的含量和巨噬細(xì)胞的浸潤[17]。另外，在apoE敲除的小鼠糖尿病模型中，預(yù)先給小鼠灌注TLR4拮抗劑，能明顯減少粥樣硬化斑塊的面積，抑制炎癥因子的釋放，減少粥樣硬化斑塊脂質(zhì)的形成[18]。因此，通過基因敲除TLR4或者給予TLR4拮抗劑抑制TLR4信號通路能減輕心臟的炎癥反應(yīng)，可能成為潛在的抗炎、抗動脈粥樣硬化的靶點(diǎn)。

2.5 TLR4與高血壓 高血壓是一種慢性疾病，它也是許多其他心臟病最常見和最重要的危險(xiǎn)因子。近年來大量研究發(fā)現(xiàn)，高血壓是一種慢性炎癥疾病，伴隨著血管內(nèi)和循環(huán)中促炎因子水平的增高和轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活。激活的血管壁炎癥促進(jìn)了血管的功能紊亂。TLR4是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)與血管功能紊亂和高血壓有關(guān)的Toll樣受體[19]。它通過內(nèi)源性分子（如熱休克蛋白60和血管緊張素Ⅱ）誘導(dǎo)血管平滑肌促炎反應(yīng)和增殖。Bomfim等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，在自發(fā)性高血壓大鼠模型中，TLR4表達(dá)明顯升高，而提前給予高血壓大鼠抗TLR4抗體能減輕主動脈的收縮力，降低IL-6水平和動脈平均壓。另有研究顯示，在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的高血壓模型中，TLR4表達(dá)水平也明顯升高，而且促進(jìn)了血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂、血管的重構(gòu)和血壓的升高[20]。Dange等[21]則發(fā)現(xiàn)，在以上兩種高血壓模型中，通過中樞抑制TLR4能減輕炎癥反應(yīng)，降低血壓。另有研究證明，TLR4突變通過下調(diào)NAD（P）H氧化酶亞型1和4及環(huán)氧酶1的活性，改善了肥胖和2型糖尿病小鼠血管內(nèi)皮功能紊亂，降低了血脂和血壓[22]。

心室肥厚是高血壓最常見的并發(fā)癥。大量的研究顯示，TLR4信號通路可能參與了高血壓心室重構(gòu)的發(fā)生發(fā)展過程。最近有研究發(fā)現(xiàn)，基因敲除TLR4能減輕心臟的炎癥，改善主動脈縮窄所致的心肌肥厚[23]。另外對TLR4內(nèi)源性配體的研究發(fā)現(xiàn)，抑制熱休克蛋白70能通過抑制TLR4信號通路減輕腹主動脈縮窄誘導(dǎo)的心肌肥厚及纖維化[24]。以上研究表明，TLR4在高血壓中發(fā)揮了重要的作用，為進(jìn)一步研發(fā)新的藥物限制高血壓的進(jìn)展和靶器官的損害提供了理論依據(jù)。

3 結(jié)論

綜上所述，TLR4在病毒性心肌炎、心肌缺血再灌注損傷、心肌梗死、冠狀動脈粥樣硬化、高血壓等心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要的作用。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，TLR4通過MyD88依賴的信號通路啟動了大量促炎因子、細(xì)胞表面分子、化學(xué)因子的表達(dá)，進(jìn)一步加劇了心肌的損傷。抑制TLR4信號通路可能成為一種有效的抑制心肌炎癥的方法，預(yù)先給予針對TLR4信號靶點(diǎn)的藥物可能成為有效的保護(hù)心臟免遭再次打擊的重要措施。

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The research progress of TLR4 and cardiovascular disease

TLR4；Cardiovascular disease；Review

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：81570306）

430060 湖北省武漢市，武漢大學(xué)人民醫(yī)院心內(nèi)科，武漢大學(xué)心血管病研究所，心血管病湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

黃鶴，E-mail：huanghe1977@hotmail.com

10.3969/j.issn.1672－5301.2016.12.002

R54

A

1672-5301（2016）12-1061-04

2016-08-30）