TLR4及其信號(hào)通路參與腎纖維化機(jī)制研究進(jìn)展

楊 霜綜述，王 麗，樊均明審校

0 引 言

慢性腎病是世界上發(fā)病率及病死率極高的疾病類型之一，據(jù)估計(jì)，其全球發(fā)病率為8%～16%，成為影響公眾健康的重大疾病。慢性腎病的共同病理特點(diǎn)是腎間質(zhì)纖維化。當(dāng)腎受到損傷刺激時(shí)，腎固有細(xì)胞（腎小管上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞）及浸潤到腎的巨噬細(xì)胞被激活，肌成纖維細(xì)胞增生，分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM），取代腎原有結(jié)構(gòu)，形成纖維化。而腎間質(zhì)纖維化發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，炎癥、氧化應(yīng)激、凋亡等機(jī)制均參與腎間質(zhì)纖維化的形成。研究表明，慢性持續(xù)性炎癥是慢性腎病進(jìn)展的重要機(jī)制。雖然內(nèi)外腎損傷因素引起的炎癥應(yīng)答是機(jī)體一種保護(hù)性機(jī)制，但持續(xù)存在的炎癥會(huì)成為有害因素促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化的形成。Toll樣受體 4（Toll?like receptors，TLR4）信號(hào)通路在炎癥應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，腎受到損傷刺激時(shí)激活該通路，引起大量炎癥因子、趨化因子分泌、巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化及氧化應(yīng)激，促進(jìn)腎纖維化發(fā)生發(fā)展，本文主要從TLR4及其下游通路在腎纖維化中的作用作一綜述。

1 TLR4信號(hào)通路參與腎纖維化的機(jī)制

1.1 TLR4信號(hào)通路活化TLRs是細(xì)胞膜表面模式識(shí)別受體，屬于固有免疫系統(tǒng)。目前，對(duì)于不同TLRs家族成員在腎損傷中的作用研究眾多，如TLR2、TLR4、TLR9激活均可導(dǎo)致腎損傷。其中，TLR4研究最深，既往研究認(rèn)為TLR4只表達(dá)于單核巨噬細(xì)胞，但越來越多研究表明，TLR4的表達(dá)具有多樣化，可表達(dá)于多種細(xì)胞類型，如腎小管上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等［1?2］。

近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)在不同病因引起急慢性腎損傷中均觀察到TLR4及其信號(hào)通路的活化。如在糖尿病腎病中，高糖刺激上調(diào)腎固有細(xì)胞如腎小管上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞胞膜TLR4表達(dá)，導(dǎo)致炎癥因子、趨化因子、活性氧（reactive oxygen spe?cies，ROS）分泌，進(jìn)一步加重炎癥及巨噬細(xì)胞浸潤，介導(dǎo)腎損傷及纖維化形成［3］。在高尿酸引起腎病中，尿酸刺激激活腎小管上皮細(xì)胞TLR4/NF?κB通路，釋放炎癥因子誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)分泌增多，纖維化形成［4］。Sathunr等［5］研究表明，在高血壓腎損害模型中，敲除TLR4小鼠與未敲除組小鼠相比，收縮壓、舒張壓及平均動(dòng)脈壓降低，M1型巨噬細(xì)胞浸潤減輕，細(xì)胞外基質(zhì)減少，腎損傷減輕，表明TLR4在高血壓腎損害中發(fā)揮重要作用。而在不同病因所致急性腎損傷中，如順鉑腎損傷、脂多糖（lipopolysac?charide，LPS）誘導(dǎo)急性腎損傷及環(huán)孢素腎毒性中均觀察到TLR4/NF?κB通路表達(dá)上調(diào)，而給予干預(yù)措施抑制TLR4，NF?κB通路表達(dá)，腎損傷減輕［6?8］。同時(shí)，在各種類型腎小球腎炎中，也觀察到TLR4/NF?κB信號(hào)通路的活化。一項(xiàng)臨床研究數(shù)據(jù)顯示，在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者血清中檢測(cè)到TLR4可作為評(píng)估疾病活動(dòng)及狼瘡性腎炎進(jìn)展的指標(biāo)［9］。

而TLR4信號(hào)通路活化主要機(jī)制為：腎受到損傷刺激，腎實(shí)質(zhì)細(xì)胞及骨髓來源或局部定居型巨噬細(xì)胞表面TLR4與病原相關(guān)分子模式或損傷相關(guān)分子 模 式（damage associated molecular patterns，DAMPs）結(jié)合形成復(fù)合體而被激活，主要通過依賴Myd88途徑信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活下游NF?κB通路，介導(dǎo)促炎因子基因轉(zhuǎn)錄，炎癥介質(zhì)表達(dá)，促進(jìn)腎纖維化。如高 遷 移 率 族 蛋 白 1（high mobility group box?1，HMGB1）為腎固有細(xì)胞釋放的內(nèi)源性損傷分子，屬于DAMPs，在糖尿病腎病、5/6腎切除、單側(cè)輸尿管梗阻（unilateral ureteral obstruction，UUO）等腎損傷模型中，均發(fā)現(xiàn)HMGB1分泌增多，與TLR4結(jié)合而激活TLR4/NF?κB通路，促進(jìn)腎炎癥及纖維化［10］。有研究表明，缺血后急性腎損傷模型中，壞死的腎小管上皮細(xì)胞釋放組蛋白，作為DAMPs，與TLR4結(jié)合促進(jìn)炎癥因子表達(dá)介導(dǎo)腎損傷［11］。

1.2 TLR4信號(hào)通路激活介導(dǎo)腎纖維化機(jī)制TLR4活化，激活下游NF?κB信號(hào)通路介導(dǎo)大量炎癥因子（TNF?α、IL?6、IL?1β等）、趨化因子如單核細(xì)胞趨化蛋白 1（monocyte chemotactic protein?1 MCP?1）分泌是導(dǎo)致腎纖維化重要機(jī)制。促炎因子及趨化因子促進(jìn)腎纖維化機(jī)制為高表達(dá)的IL?1β是促進(jìn)腎纖維化的關(guān)鍵因子。IL?1β可激活TGFβ/Smad2/3信號(hào)通路，高表達(dá)TGF?β與系膜細(xì)胞、上皮細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞表面受體結(jié)合，促進(jìn)ECM合成。另外，有研究表明IL?1β調(diào)節(jié)通路Pi3k/Akt信號(hào)通路的活化，促進(jìn)纖維化［12］。TNF?α也是促纖維化的重要炎癥因子，巨噬細(xì)胞、系膜細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞分泌的TNF?α可上調(diào)MCP?1表達(dá)，特異性趨化巨噬細(xì)胞浸潤到受損腎組織，導(dǎo)致炎癥因子持續(xù)活化及蛋白酶破壞基底膜，增加TGF?β1、ROS等促纖維化因素的產(chǎn)生，細(xì)胞外基質(zhì)分泌增多。另一方面，TNF?α與系膜細(xì)胞表面受體結(jié)合，系膜細(xì)胞分泌IL?6，促進(jìn)系膜細(xì)胞增殖及細(xì)胞外基質(zhì)合成［13］。此外，有研究表明，TLR4不僅介導(dǎo)炎癥，還可介導(dǎo)氧化應(yīng)激。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinu?cleotide phosphate，NADPH）是體內(nèi)產(chǎn)生活性氧的主要來源，其亞型NADPH氧化酶4（NADPH oxidase 4，Nox4）在腎中高表達(dá)，在LPS刺激應(yīng)答中，TLR4可直接與Nox4結(jié)合促進(jìn)ROS產(chǎn)生［14］。

巨噬細(xì)胞極化在腎損傷應(yīng)答及纖維化中發(fā)揮重要作用。巨噬細(xì)胞分為經(jīng)典激活的M1型及選擇性激活的M2型，M1型巨噬細(xì)胞活化，導(dǎo)致促炎因子如TNF?α、IL?1β等的表達(dá)，促進(jìn)纖維化；相反，M2型巨噬細(xì)胞分泌抗炎細(xì)胞因子如IL?4、IL?10，減輕炎癥反應(yīng)，增加吞噬活性，修復(fù)損傷。巨噬細(xì)胞極化在腎纖維化中發(fā)揮重要作用，研究表明，UUO早期階段，浸潤到腎的巨噬細(xì)胞主要極化為M1型，分泌促炎因子，促進(jìn)纖維化的形成［15］。而抑制M1型巨噬細(xì)胞，促進(jìn)M1型轉(zhuǎn)化為M2型可減輕腎炎癥及腎纖維化。TLR4及其信號(hào)通路與巨噬細(xì)胞極化密切相關(guān)。Orr等［16］應(yīng)用高脂飲食動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，TLR4激活促進(jìn)脂肪組織巨噬細(xì)胞極化為M1型，而TLR4缺乏可促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為M2型，減輕脂肪組織炎癥。有研究表明，在UUO模型腎損傷早期，損傷的腎小管上皮及浸潤于腎間質(zhì)的巨噬細(xì)胞釋放HMGB1，HMGB1誘導(dǎo)M1型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達(dá)增多，M2型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物IL?10表達(dá)減少，即HMGB1促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為M1型，炎癥因子表達(dá)增多，腎損傷及纖維化加重。而給予HMGB1特異性抑制劑抑制HMGB1表達(dá)，UUO損傷早期M2型巨噬細(xì)胞表達(dá)增多，腎損傷及腎纖維化減輕［17］。而 HMGB1 為 TLR4 上游分子，故HMGB1及其下游TLR4信號(hào)通路在巨噬細(xì)胞極化中發(fā)揮重要作用。Zhou等［18］研究表明，姜黃素可通過抑制TLR4/NF?κB通路促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為M2型，減輕炎癥，減輕動(dòng)脈粥樣硬化，而利用SiTLR4干擾TLR4，NF?κB通路受抑，巨噬細(xì)胞極化為M2型。進(jìn)一步證明TLR4及其信號(hào)通路調(diào)控巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化。

TLR4/NF?κB通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化，促進(jìn)腎纖維化，但其調(diào)控巨噬細(xì)胞極化機(jī)制尚不清楚，最近有研究表明，Mincle/Syk通路在維持M1型巨噬細(xì)胞表型中發(fā)揮重要作用。Mincle為固有免疫系統(tǒng)中跨膜模式識(shí)別受體，主要表達(dá)于M1型巨噬細(xì)胞。Lan等［19］通過NF?κB/P65與LPS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中Mincle啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合證明TLR4/NF?κB信號(hào)調(diào)控Mincle的表達(dá)，重要的是，研究發(fā)現(xiàn)，Mincle通過Syk傳導(dǎo)途徑促進(jìn)和維持M1型巨噬細(xì)胞表型，敲除Mincle或抑制Syk可抑制LPS誘導(dǎo)M1型巨噬細(xì)胞炎癥介質(zhì)IL?1β、MCP?1等表達(dá)。

2 TLR4信號(hào)通路的上游調(diào)控機(jī)制

TLR4通過信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控下游轉(zhuǎn)錄因子NF?κB活性調(diào)節(jié)炎癥應(yīng)答，而TLR4信號(hào)通路上游受多種基因、蛋白質(zhì)的調(diào)控。CHOP蛋白是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)表達(dá)，主要功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞的程序性死亡（凋亡）。研究發(fā)現(xiàn)，UUO模型中敲除小鼠CHOP基因后抑制了腎小管上皮細(xì)胞凋亡被動(dòng)釋放及炎癥細(xì)胞主動(dòng)分泌HMGB1的表達(dá)，與細(xì)胞膜表面TLR4結(jié)合的HMGB1減少，下調(diào)TLR4/NF?κB信號(hào)通路激活，減輕UUO誘導(dǎo)的小鼠腎纖維化［20］。表明CHOP基因及相關(guān)蛋白表達(dá)，通過激活HMGB1/TLR4/NF?κB信號(hào)通路介導(dǎo)腎纖維化的發(fā)生發(fā)展。血管生成素樣蛋白（angiopoietin like protein 2，ANGPTL2）是一種與血管生成素具有相似結(jié)構(gòu)域的分泌性糖蛋白，已證明ANGPTL2通過調(diào)節(jié)炎癥通路調(diào)節(jié)脂肪組織炎癥應(yīng)答。Yang等［21］研究表明，與對(duì)照組相比，糖尿病腎病大鼠TLR4及ANGPTL2均為高表達(dá)，而敲除ANGPTL2后的細(xì)胞及動(dòng)物模型中，TLR4表達(dá)明顯下降，炎癥細(xì)胞因子及細(xì)胞外基質(zhì)沉積明顯減少，即ANGPTL2可調(diào)控TLR4活性，調(diào)控炎癥反應(yīng)及糖尿病腎病的進(jìn)展。抗氧化相關(guān)因子紅系衍生核因子相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2?related fac?tor 2，Nrf2）是抗氧化應(yīng)激主要轉(zhuǎn)錄因子，研究表明，UUO模型中炎癥相關(guān)TLR4基因表達(dá)增強(qiáng)，而敲除Nrf2基因小鼠與模型組小鼠相比，TLR4基因表達(dá)下調(diào)，腎炎癥纖維化減輕，表明Nrf2基因表達(dá)對(duì)TLR4信號(hào)通路具有調(diào)節(jié)作用［22］。TLR4/NF?κB通路上游調(diào)控機(jī)制有待更進(jìn)一步研究。

3 以TLR4信號(hào)通路為靶點(diǎn)干預(yù)腎纖維化

已有大量研究表明，多種藥物可作用于該通路，發(fā)揮機(jī)體保護(hù)作用。二甲雙胍為臨床一線降糖藥物，研究表明，其可通過抑制TLR4/NF?kB通路，改善2型糖尿病大鼠模型骨骼肌胰島素抵抗［23］。多項(xiàng)研究表明，下調(diào)或敲除TLR4可明顯減輕腎纖維化。抗乙肝病毒藥物替比夫定可通過抑制TLR4、NF?κB及下游炎癥因子表達(dá)，減輕UUO模型纖維化［24］。中藥在慢性腎病中的治療作用受到越來越多的關(guān)注，黃芪甲苷是從黃芪中提取的高純度藥物，具有抗炎、抗應(yīng)激等作用，研究表明，其可下調(diào)TLR4/NF?κB通路，使炎癥因子分泌減少，延緩腎纖維化［25］。干細(xì)胞療法為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，Hu等［26］研究表明，人臍帶源間充質(zhì)干細(xì)胞條件培養(yǎng)液可下調(diào)TLR4/NF?κB信號(hào)通路，減少炎癥因子TNF?α、IL?1β表達(dá)，抑制TGF?β1介導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化，減輕腎纖維化。下調(diào)TLR4/NF?κB信號(hào)通路不僅能減輕炎癥應(yīng)答，延緩纖維化，對(duì)于順鉑、缺氧、LPS等引起的急性腎損傷，也有保護(hù)作用。綠原酸是一種多酚類化合物，廣泛存在于藥材中，具有很強(qiáng)的抗氧化抗炎作用，研究表明，在LPS誘導(dǎo)的急性腎損傷小鼠模型中，綠原酸可抑制TLR4的激活，NF?κB通路受抑制，減少炎癥因子及趨化因子分泌，從而減輕腎損傷，為治療急性腎損傷的新藥物［27］。此外有研究表明中藥成分葛根素、綠茶提取物茶多酚可下調(diào)TLR4/NF?κB通路，減輕順鉑腎損傷、缺血再灌注腎損傷。另一方面，下調(diào)TLR4/NFκB通路可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化減輕纖維化。Chen等［28］體內(nèi)體外研究均證實(shí)，松弛素通過下調(diào)TLR4/NF?κB信號(hào)通路改變巨噬細(xì)胞極化，使巨噬細(xì)胞在UUO早期極化抗炎的M2型，減少促炎因子分泌，炎癥減輕，腎小管間質(zhì)纖維化緩解。此外，NF?κB為抑制炎癥及纖維化的另一重要作用靶點(diǎn)。Lefty?1基因具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子及促分裂原活化蛋白激酶等作用，有研究表明其具有潛在抗炎活性。Zhang等［29］研究發(fā)現(xiàn)，腺病毒介導(dǎo)Lefty?1過表達(dá)可抑制NF?κB通路活性從而減輕UUO模型大鼠炎癥及腎纖維化，體外研究進(jìn)一步證實(shí)Lefty?1可抑制NF?κB通路減少LPS誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞炎癥因子表達(dá)，具有臨床應(yīng)用前景。

4 結(jié) 語

在不同病因所致腎損傷中TLR4及其信號(hào)通路活化介導(dǎo)炎癥、氧化應(yīng)激參與腎纖維化發(fā)生發(fā)展，而下調(diào)TLR4/NF?κB通路可抑制巨噬細(xì)胞極化，減少炎癥因子、趨化因子分泌，延緩慢性腎病的進(jìn)展，目前已有多項(xiàng)研究均表明下調(diào)TLR4/NF?κB信號(hào)通路可減輕炎癥而緩解纖維化。但TLR4信號(hào)通路介導(dǎo)固有免疫應(yīng)答對(duì)機(jī)體應(yīng)對(duì)應(yīng)激具有保護(hù)作用，故TLR4及其信號(hào)通路的激活對(duì)腎有利及有害的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。巨噬細(xì)胞在腎纖維化中的作用為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，TLR4/NF?κB通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化促進(jìn)腎纖維化，但其具體調(diào)節(jié)機(jī)制尚未完全明確。且TLR4上游調(diào)節(jié)機(jī)制還需進(jìn)一步探討，以TLR4通路上游基因或蛋白質(zhì)為靶點(diǎn)抗腎纖維化治療有待進(jìn)一步研究。