TLR4/MyD88/NF-κB信號通路的研究進(jìn)展

鮑璐璐，崔立紅

1.安徽醫(yī)科大學(xué)，安徽 合肥 230001； 2.中國人民解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心消化內(nèi)科

TLR4/MyD88/NF-κB信號通路主要包括toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)、髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)和核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)，在免疫及炎癥機(jī)制中發(fā)揮作用。腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)在生活中很常見，該病的發(fā)生率及罹患率高[1-2]，但實(shí)際臨床發(fā)現(xiàn)IBS的治療效果不佳[3]。在分子機(jī)制的研究中，TLR4/MyD88/NF-κB信號通路在IBS尤其是IBS-D中的機(jī)制逐漸被人們重視。因此，進(jìn)一步認(rèn)識TLR4/MyD88/NF-κB及IBS顯得尤為重要。

1 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路

哺乳動物Toll樣受體(TLR)家族由13個成員組成，并識別微生物組分的特定模式，稱為病原體相關(guān)分子模式(PAMP)[4]。而TLR僅僅是幾種不同類型的模式識別受體(PRR)之一，包括NLR、CLR、AIM2樣受體(ALR)、RIG-1樣受體(RLRs)和細(xì)胞內(nèi)DNA傳感器，包括環(huán)狀GMP-AMP合成酶(cGAS)[5]。TLR4對脂多糖(LPS)的識別是通過TLR4的變體來完成的，TLR4單核苷酸多態(tài)性(SNP)在LPS識別中起重要作用[6]。巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞在先天免疫中起主導(dǎo)作用，使用PRR來感測細(xì)菌及微生物入侵和危險信號，在這些PRR中，TLR通過識別來自細(xì)菌和病毒的PRR，及來自死亡或損傷的細(xì)胞的損傷相關(guān)分子模式，在免疫應(yīng)答中起中心作用[7]。這些TLR家族分子不僅促進(jìn)了病原體的消除，而且促進(jìn)了包括動脈硬化、癌癥和代謝綜合征在內(nèi)的各種疾病的發(fā)展[7]。

現(xiàn)有研究[4]證明，主要有兩條TLR傳導(dǎo)途徑：一種是由MyD88銜接蛋白介導(dǎo)的MyD88信號通路；另一種是非依賴性MyD88信號通路。

1.1 依賴性MyD88信號通路TLR表現(xiàn)出對其配體的識別具有特異性。不同的TLR識別不同區(qū)域PAMP和DAMP。TLR3識別病毒dsRNA /病毒RNA類似物poly I：C，TLR4識別LPS，TLR5識別細(xì)菌鞭毛蛋白，TLR7/8識別單鏈RNA，TLR9識別含CpG的寡脫氧核苷酸(CpG-ODN)[8-10]。除了TLR3之外的所有TLR已被證明能激活該途徑[11]。依賴性MyD88途徑是TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR7和TLR9的下游。該途徑導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并且由活化的TIR結(jié)構(gòu)域和MyD88的締合引起，IRAK1、IRAK4和TRAF6募集到TLR-MyD88復(fù)合體，并導(dǎo)致IRAK1和TRAF6的磷酸化。該信號由該磷酸化銜接子分子復(fù)合物傳播到下游MAP激酶-AP1和IKK復(fù)合物NF-κB，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子的激活[12]。

1.2 非依賴性MyD88信號通路TLR3、TLR4激活延遲NF-κB信號在另一條通路中起作用[11]。MyD88是TLR2、TLR4、TLR5、TLR7、TLR8、TLR9和TLR11的關(guān)鍵信號適配器，而TLR3通過TRIF適配器通路以獨(dú)立于MyD88的方式傳遞信號[13]。非依賴性 MyD88通路的細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)通過含 Toll/白細(xì)胞介素-1受體的IFN-β誘導(dǎo)蛋白(TIR-domain-containing adapter inducing IFN-β，TRIF)和TRIF相關(guān)的接頭分子(TRIF-related adaptor molecule，TRAM)作為銜接子分子的作用而傳播。因此，信號激活I(lǐng)KK通路以產(chǎn)生IFN-β[12]。如，它可以誘導(dǎo)樹突細(xì)胞成熟代替細(xì)胞因子生成。該途徑誘導(dǎo)Rho GTP酶-Rac1和Cdc42的快速和瞬時激活。將活性Rac1和PI3 K募集到TLR2胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域激活A(yù)kt激酶，NF-κB的 p65亞基進(jìn)入細(xì)胞核并使特異性細(xì)胞因子釋放[14]。

2 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路與腫瘤

眾所周知[15]，TLR4需要與骨髓分化因子2(MD2)作為共同受體來識別其配體。TLR基因內(nèi)的核苷酸的多態(tài)性與感染性、過敏性和炎性疾病及癌癥易感性相關(guān)[16]。越來越多的證據(jù)表明，TLR4在腫瘤微環(huán)境中的激活不僅可以提高抗腫瘤免疫力，還可以引起免疫監(jiān)視和腫瘤進(jìn)展[17]。TLR信號在調(diào)節(jié)長期受損的癌前器官的損傷反應(yīng)和促進(jìn)惡性細(xì)胞發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用[18]。大量國內(nèi)外研究認(rèn)為，TLR對腫瘤的發(fā)生有重要影響，在多種腫瘤中均有表達(dá)，特別是與炎癥反應(yīng)相關(guān)的癌癥[19]。

2.1 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路與肝癌TLR4可以激活細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)，從而激活參與免疫相關(guān)或惡性基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子[20]。TLR4增加T淋巴細(xì)胞和肝濾泡輔助性細(xì)胞的數(shù)量，促進(jìn)炎癥和惡性相關(guān)分子(包括細(xì)胞因子、NANOG、Caspase-1、Ephrin-A1、NO和BCL6)發(fā)展[20]。隨著社會生活水平逐步提高，脂肪肝的發(fā)生越來越多，它是多種腫瘤發(fā)生的危險因素，而TRIF依賴的TLR信號傳導(dǎo)途徑與肝脂肪變性有關(guān)[21]。已知脂肪肝對肉毒素敏感，而TLR4又是肉毒素的先天受體，EARL等[19]通過研究發(fā)現(xiàn)，脂肪肝中TLR4的水平顯著升高，而通過利用小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞系MC38中使用iRNA沉默TLR4表達(dá)后，肥胖動物的腫瘤負(fù)荷顯著降低。TLR和MYD88傳導(dǎo)途徑與肝臟炎癥和肝癌細(xì)胞的表達(dá)有關(guān)，這似乎是肝癌發(fā)生的必要條件，這表明更好地了解TLR信號通路可能更好地了解腫瘤發(fā)生的機(jī)制[22]。GU等[23]通過研究發(fā)現(xiàn)，LPS刺激TLR4可使其水平上調(diào)，激活TLR4下游的NF-κB信號，介導(dǎo)IL-6、IL-8和TNF-α的產(chǎn)生，激活環(huán)加氧酶-2/前列腺素信號軸及STAT3途徑來誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞表達(dá)炎癥因子并介導(dǎo)肝癌細(xì)胞增殖和多藥耐藥性的產(chǎn)生。同時，LPS可以誘導(dǎo)肝星狀細(xì)胞(HSC)分泌促血管生成因子可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移和血管生成[24]。ZHI-FENG等[25]發(fā)現(xiàn)，TLR4依賴的免疫應(yīng)答可能通過增強(qiáng)GM-CSF、VEGFR-2和TRAIL在TIF中的表達(dá)來促進(jìn)放射性肝病(RILD)。目前，RNA(microRNA)模擬物MXR34已進(jìn)入針對肝癌的I期臨床研究，它是通過TLR通路來治療癌癥[26]。

2.2 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路與結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)CRC是西方國家癌癥相關(guān)死亡的主要原因。特別是在轉(zhuǎn)移期(mCRC)，5年生存率保持在15%左右[27]。TLR4在小鼠和人類炎癥相關(guān)CRC中高表達(dá)，且缺乏TLR4的小鼠可以減少結(jié)腸癌發(fā)生[28]。YE等[29]利用RT-PCR和Western blotting檢測CRC組織和細(xì)胞株中TLR4和Acyl輔酶ACAT1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)TLR4和ACAT1均有表達(dá)。此外[29]，他們還發(fā)現(xiàn)TLR4 siRNA可以通過抑制ACAT1表達(dá)抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。在一項(xiàng)Meta分析[30]中顯示，TLR4 Asp299Gly的GG純合子載體和TLR4 Thr399Ile的TT純合子載體的多態(tài)性可能與CRC風(fēng)險增加相關(guān)，表明它們可能作為CRC的遺傳風(fēng)險因子。KUO等[31]研究顯示，正常人結(jié)腸細(xì)胞是CD14(+)TLR4(-)，而癌組織是CD14(+)TLR4(+)，CD14/TLR4拮抗作用的功能障礙可能有助于正常的上皮細(xì)胞向癌變過渡。YE等[32]研究發(fā)現(xiàn)，B-淋巴瘤BMI-1可調(diào)控TLR4/MD-2/MyD88復(fù)合物的NF-κB信號通路，從而參與與炎癥相關(guān)的癌癥發(fā)生。

3 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路與IBS

功能性胃腸道疾病(FGIDs)至少占胃腸病學(xué)醫(yī)師轉(zhuǎn)診的40%[33]。在33例公認(rèn)的成年FGIDs中，IBS是最普遍的，影響多達(dá)20%的成年人[34]。IBS對患者的工作和社會生活影響很大，平均每例患者因IBS降低的生活質(zhì)量將犧牲10～15年的壽命來得到治愈[35]。一項(xiàng)Meta分析[36]顯示，在所研究的260 960例受試者中IBS的患病率為11.2%，且年輕人及女性人群發(fā)病率高。IBS對社會造成巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，近期有報道稱，在中國，全國管理IBS的總成本為123.83億元(約19.99億美元)，其中IBS-M型患者的年度總成本最高，每例為人民幣18 891.18元(3 034美元)，這可能占整個中華民族醫(yī)療保健總額的3.3%[37]。因此，IBS的準(zhǔn)確診斷，減少IBS的發(fā)生，制定合理的治療方案，在減輕患者及社會的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)方面起至關(guān)重要的作用。IBS可以分為IBS-D、IBS-C、IBS-M及IBS-U[38]。

IBS的發(fā)病受多種因素影響，造成腸道黏膜屏障功能的破壞、胃腸道動力異常、內(nèi)臟高敏感性，進(jìn)而產(chǎn)生相關(guān)癥狀[39-42]。近年，國內(nèi)外腸道感染和腸道低度炎癥成為熱點(diǎn)[43-44]。而在分子機(jī)制的研究方面，TLR4/MyD88/NF-κB途徑在IBS尤其是IBS-D腸道低度炎癥中的作用逐漸被人們重視。

3.1 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路與內(nèi)臟敏感性內(nèi)臟超敏反應(yīng)是發(fā)生在這些胃腸道疾病中腹痛的主要原因[45]。目前，內(nèi)臟超敏反應(yīng)的病理生理學(xué)尚未得到充分的闡述，但還有一些機(jī)制，如炎癥、心理社會因素和/或感覺運(yùn)動改變[46]。YUAN等[47]使用1～7周齡的SD大鼠檢測新生兒結(jié)腸炎(NCI)誘導(dǎo)的對照組和IBS大鼠結(jié)腸背根神經(jīng)節(jié)(DRG)中TLR4、NF-κB的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)NCI顯著上調(diào)結(jié)腸相關(guān)DRG中TLR4的表達(dá)，且使用TLR4選擇性抑制劑CLI-095鞘內(nèi)給藥顯著增強(qiáng)了NCI大鼠的結(jié)直腸擴(kuò)張閾值。同樣有實(shí)驗(yàn)[48]表明，脊髓中的TLR4/MyD88/NF-κB信號通路刺激IL-1β和TNF-α的產(chǎn)生，導(dǎo)致大鼠新生兒的臟器超敏反應(yīng)。

3.2 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路與炎癥免疫腸黏膜的正常免疫系統(tǒng)，也稱為腸道MALT，而腸中的免疫系統(tǒng)是黏膜MALT中的一份子[49]。腸道黏膜在免疫機(jī)制中表達(dá)重要的作用，多種炎癥免疫因子與腸管低度炎癥有關(guān)[44]。FGIDs腸黏膜炎性浸染中肥大細(xì)胞激活可以引起上皮和神經(jīng)肌肉功能障礙，并促進(jìn)內(nèi)臟超敏反應(yīng)和FGIDs[50]。CLARKE等[51]通過研究TLR活化可以影響色氨酸的代謝，而色氨酸的代謝產(chǎn)物可能成為檢測IBS的生物標(biāo)志物。CHEN等[52]利用PI-IBS造模發(fā)現(xiàn)，TLR4增加導(dǎo)致IL1-β、IL-6、IL-10增加，從而增加了小腸細(xì)菌過度生長的概率。MCKERNAN等[53]通過30例IBS患者和30名健康對照者研究發(fā)現(xiàn)，TLR4激動劑誘導(dǎo)的細(xì)胞因子(IL1β和TNFα)釋放顯著增強(qiáng)，活性升高，表明IBS患者體內(nèi)有免疫失衡。

3.3 TLR4/MyD88/NF-κB信號通路與感染后IBS(post-infectious IBS，PI-IBS)PI-IBS被認(rèn)為是IBS的亞組，其癥狀可在感染微生物劑后呈現(xiàn)[54]。無序的免疫反應(yīng)和細(xì)胞因子的釋放導(dǎo)致腸道炎癥和功能障礙似乎是PI-IBS的關(guān)鍵特征[43]。有研究發(fā)現(xiàn)，感染后IBS小鼠內(nèi)臟敏感性升高[52]。COMPARE等[55]發(fā)現(xiàn)，PI-IBS中IL-1α、IL-6和IL-8 mRNA水平及TLR-4蛋白表達(dá)均升高，且干酪乳桿菌DG(LC-DG)及其后衍生物(PB)可顯著降低促炎細(xì)胞因子和TLR-4 mRNA水平。有研究[56]顯示，空腸彎曲桿菌可以修飾大腸桿菌破壞TLR4基因表達(dá)，并誘導(dǎo)結(jié)腸腸細(xì)胞中促炎因子CXCL-8基因表達(dá)。BEATTY等[57]認(rèn)為，消化系統(tǒng)的不良微生物群落可以導(dǎo)致TLR4信號通路的激活，從而產(chǎn)生炎癥免疫機(jī)制失衡。

4 結(jié)論

目前，多項(xiàng)研究及實(shí)驗(yàn)均證實(shí)TLR信號通路與多種疾病相關(guān)，其在炎癥免疫過程中發(fā)揮著重要作用。IBS中腸道微生物-宿主相互作用越來越得到重視，而TLR的表達(dá)可能受腸道微生物的影響，進(jìn)而促進(jìn)IBS的發(fā)生、發(fā)展[58-60]。因此，免疫調(diào)節(jié)劑、TLR信號通路抑制劑、控制腸道炎癥藥物、益生菌等藥物的使用是否為干預(yù)IBS的進(jìn)展提供一個新的治療策略，而TLR又是通過何種具體機(jī)制調(diào)控，如何在IBS中發(fā)揮炎癥免疫作用，值得我們進(jìn)一步研究。