Toll 樣受體4 信號(hào)途徑在酒精性肝損傷中的作用研究進(jìn)展

楊冬晗,張文龍,侯瑞麗,李可欣,張洪然,戈 娜*

(1.包頭醫(yī)學(xué)院營(yíng)養(yǎng)與食品健康研究所,內(nèi)蒙古包頭 014040;2.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院,內(nèi)蒙古包頭 014040)

酒精性肝損傷又稱酒精性肝病(alcoholic liver disease, ALD),是指由于長(zhǎng)期大量飲酒導(dǎo)致的肝疾病。 根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報(bào)告全世界飲酒的人群中有10%~20%有不同程度的酒精性肝病,是全世界范圍內(nèi)亟待解決的嚴(yán)重公共衛(wèi)生問題,但發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚。 所以,本文將探討影響酒精性肝病發(fā)生的關(guān)鍵信號(hào)通路的作用機(jī)制。

1 酒精性肝損傷發(fā)生現(xiàn)狀

2018 年中華醫(yī)學(xué)會(huì)將酒精性肝病臨床分為五型:輕癥酒精性肝病,酒精性脂肪肝,酒精性肝炎,酒精性肝纖維化、酒精性肝硬化[1]。 全世界約有20億人飲酒,其中超過7500 萬人面臨與酒精有關(guān)的肝病風(fēng)險(xiǎn)。 因此,飲酒對(duì)社會(huì)資源消耗的后果是難以估量的[2]。 在中國(guó),15 歲以上人口的人均酒精消費(fèi)總量已從2005 年4.1 L(世界平均水平5.5 L)上升至2016 年人均酒精消費(fèi)量7.2 L(2010 年至2016年世界平均水平6.4 L),增幅高達(dá)76%,而ALD 患者也正以驚人的速度在增長(zhǎng)[3]。 在一項(xiàng)對(duì)中國(guó)西北地區(qū)(陜西、甘肅、新疆)18 歲以上的部分城市不同職業(yè)人群調(diào)查發(fā)現(xiàn),ALD 患病率高達(dá)8.7%[4]。在北京302 醫(yī)院一項(xiàng)針對(duì)2002—2013 年兩萬多例四種非感染性肝病住院患者的病例研究中發(fā)現(xiàn),ALD 的住院率增加了 170%,占總住院人數(shù)的3.9%[5]。 最近一項(xiàng)全國(guó)性的調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前的飲酒者包括男性中的56%和女性中的15%,飲酒患者障礙比例從80 年代中期的0.45%上升到90 年代中期的3.4%,酒精性肝病的死亡率占肝硬化患者死亡率的48%,給健康和經(jīng)濟(jì)造成了巨大損失[6]。 一項(xiàng)針對(duì)國(guó)內(nèi)外肝硬化患者中酒精病因構(gòu)成比變化特點(diǎn)的Meta 分析結(jié)果顯示:近25 年,中國(guó)肝硬化患者中酒精病因構(gòu)成比為8.48%;2006—2015 年中國(guó)肝硬化患者中酒精病因構(gòu)成比為8.07%高于1991—2005 年的7.04%,總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[7]。

相對(duì)于中國(guó),非洲、美洲、地中海區(qū)域的人均酒精消費(fèi)量比較穩(wěn)定,歐洲地區(qū)的人均酒精消費(fèi)量則從2005 年的 12.3 L 下降到 2016 的9.8 L,而西太平洋和東南亞地區(qū)的人均酒精消費(fèi)量均有所增加。以美國(guó)為例,2006 年發(fā)生的與酒精有關(guān)的死亡(不包括事故/兇殺案)為22073 人,其中13,000 人歸因于酒精性肝損傷,而2016 年因酒精導(dǎo)致死亡的人數(shù)為 34865 人, 其中因酒精性肝損傷死亡為21815[8-9]。 在韓國(guó),酒精性肝炎的發(fā)病率也逐年上漲,男性上漲幅度大于女性,均呈上升趨勢(shì)。 但在某些西方國(guó)家如丹麥,發(fā)病率卻呈下降趨勢(shì),這可能與國(guó)家鼓勵(lì)健康飲酒的政策有關(guān)[2]。 由上述可知,酒精性肝病仍然是全世界范圍內(nèi)亟待解決的公共衛(wèi)生問題。

2 Toll 樣受體 4 信號(hào)通路

Toll 樣受體(toll like receptor,TLR)是一類與先天免疫和炎癥有關(guān)的受體,是典型的一型模式識(shí)別受體,具有促進(jìn)細(xì)胞因子合成和釋放引發(fā)炎癥反應(yīng)的重要生物學(xué)功能,可以促進(jìn)抗原提呈細(xì)胞的成熟,誘導(dǎo)人體獲得性免疫。 TLR 可以直接識(shí)別并且結(jié)合病原相關(guān)分子模式,引發(fā)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子和趨化因子的釋放,在機(jī)體的天然免疫防御中發(fā)揮著重要的作用[10]。

TLR4 是TLR 家族中第一個(gè)在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的TLR,它能夠識(shí)別病原微生物,激活病原微生物,脂蛋白和肽聚糖,促進(jìn)細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子、趨化因子、黏附因子和急性期蛋白調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。 屬于I型跨膜糖蛋白受體和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS),在炎癥的發(fā)生、尤其是免疫系統(tǒng)的激活中起著重要作用。 TLR4 不僅存在于與免疫相關(guān)的中性粒細(xì)胞中,還可存在于其他組織,如在肝中,通常在Kupffer 細(xì)胞、肝細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞和肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)[11]。 在過去的許多研究中大多數(shù)都集中于TLR4 的結(jié)構(gòu)和功能上:一方面,TLR4 導(dǎo)致核轉(zhuǎn)錄因子激活NF-κB 的易位和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。另一方面,TLR4 的過表達(dá)或持續(xù)激活會(huì)導(dǎo)致機(jī)體過度炎癥反應(yīng)或組織損傷,是公認(rèn)的促炎因子。

有研究發(fā)現(xiàn),TLR4 介導(dǎo)的信號(hào)通路不僅控制著影響細(xì)胞存活和死亡的促炎基因,而且還能調(diào)控細(xì)胞因子的表達(dá),使疾病向壞的方向發(fā)展[12]。 目前已知的TLR4 介導(dǎo)的信號(hào)通路有兩種:MyD88 依賴性途徑和非依賴性途徑[13]。 當(dāng) TLR4 的 TIR 結(jié)構(gòu)域與接頭分子TIR 結(jié)構(gòu)二聚化并活化TLR4 后,分別招募接頭分子MyD88 接頭蛋白樣/TIR 相關(guān)蛋白和β 干擾素誘導(dǎo)的含TIR 結(jié)構(gòu)域接頭蛋白/TRIF 相關(guān)接頭分子,從而使NF-κB 活化并進(jìn)入核內(nèi)啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),激活MyD88 依賴和MyD88 非依賴的兩條信號(hào)通路[14-15]。 由上述可知,MyD88 依賴性信號(hào)途徑指的是TLR4 通過募集髓樣分化因子導(dǎo)致NF-κB 的快速激活和炎性細(xì)胞因子的增加;MyD88 非依賴性途徑指的是受體誘導(dǎo)干擾素激活NF-κB 和干擾素調(diào)節(jié)因子,導(dǎo)致干擾素的產(chǎn)生和 NF-κB 活化的延遲。

3 Toll 樣受體4 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在酒精性肝損傷中的作用

酒精性肝病的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜,至今仍不夠明晰,而TLR4 信號(hào)通路的激活是酒精性肝損傷發(fā)生的一項(xiàng)重要機(jī)制[16]。 現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn),TLR4 表達(dá)缺失可使小鼠酒精性脂肪性肝炎的發(fā)生減弱[17];且在大鼠實(shí)驗(yàn)研究中可見,在降低TLR4 的表達(dá)后,實(shí)驗(yàn)組肝損傷的程度明顯低于模型組,表明減少TLR4 表達(dá),抑制TLR4 信號(hào)通路激活能夠減輕酒精性肝損傷的程度[18]。 此外,劉馨宇[19]通過酒精性肝損傷小鼠動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn),通過調(diào)控MyD88-NF-κB 經(jīng)典通路,可降低炎癥反應(yīng)的發(fā)生,從而對(duì)酒精性肝損傷的小鼠起到保護(hù)作用。 而Hritz 等[15]發(fā)現(xiàn),MyD88 非依賴途徑的激活也可導(dǎo)致NF-κB 的激活,釋放出大量的炎性因子,加重肝損傷的程度。接下來,本文將圍繞TLR4 信號(hào)通路上的關(guān)鍵靶標(biāo),詳細(xì)綜述TLR4 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在酒精性肝損傷中的作用。

3.1 內(nèi)毒素

內(nèi)毒素是革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁外膜上的一種脂多糖和微量蛋白質(zhì)的復(fù)合物。 LPS 是其活性成分,本身對(duì)機(jī)體存在毒性,它是在細(xì)菌死亡或者溶解時(shí),從細(xì)胞中釋放出來的毒素,是革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的一種成分[20]。 急性和慢性飲酒均可引起革蘭氏陰性菌易位和內(nèi)毒素分泌,觸發(fā)肝內(nèi)TLR4依賴的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的激活,并誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子包括IL-6 及TNF-α 的合成和釋放引起炎癥反應(yīng)。LPS 是TLR4 的主要配體,長(zhǎng)期飲酒后,酒精進(jìn)入體內(nèi)損傷小腸黏膜,使腸道黏膜的通透性增加,腸道屏障功能受損,不能完全的清除過量的內(nèi)毒素而使其進(jìn)入體循環(huán),導(dǎo)致血液中的LPS 升高[21]。 在LPS刺激下,一些促炎細(xì)胞因子和趨化因子會(huì)直接激活肝星狀細(xì)胞,使得一些炎癥因子釋放,加重肝損傷。Lambert 等[22]在對(duì)大鼠喂食酒精后進(jìn)行LPS 灌胃,結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙醇能夠改變腸黏膜對(duì)內(nèi)毒素的通透性,促進(jìn)LPS 從腸道易位至肝。 還有研究表明在酒精引起的大鼠肝損傷模型中,使用抗生素多粘菌素B能夠阻止內(nèi)毒素激活Toll 樣受體,從而緩解酒精性肝病的發(fā)展進(jìn)程。

3.2 LPS 受體復(fù)合物

TLR4 是LPS 識(shí)別受體復(fù)合物的主要組成部分,LPS 在與 CD14 結(jié)合的過程中,募集 CD14 和MD-2 等LPS 受體分子,以及LPS 結(jié)合蛋白(LBP),形成LPS 受體復(fù)合物。 其中,CD14 是一種以可溶性形式存在的糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白,CD14 促進(jìn)LPS 向TLR4/MD2 受體復(fù)合物的轉(zhuǎn)移,并調(diào)節(jié)LPS 的識(shí)別[23]。 CD14 可以由肝細(xì)胞合成和分泌,與肝清除內(nèi)毒素功能有關(guān)。 在ALD 中,如果缺乏CD14,則不能誘導(dǎo)LPS 信號(hào)的傳導(dǎo),從而保護(hù)小鼠免受酒精所致的肝損傷[24]。 有研究發(fā)現(xiàn),慢性酒精喂養(yǎng)可提高M(jìn)yD88 敲除小鼠TLR4 共受體CD14 和MD2 的mRNA 水平,而TLR4 敲除小鼠與對(duì)照組相比無明顯升高,肝損傷減弱[25]。 而MD2 是一種可溶性蛋白,與TLR4 非共價(jià)結(jié)合,在沒有TLR 的情況下,與LPS 直接結(jié)合形成復(fù)合物。 LBP 是一種可溶性穿梭蛋白,直接結(jié)合LPS,促進(jìn)LPS 與CD14 的結(jié)合。 雖然沒有證據(jù)表明 TLR4 可以直接與 LPS 結(jié)合,但 TLR4 可以增強(qiáng) LPS 與 MD2 的結(jié)合[26]。 同時(shí),TLR4 又可以特異性的識(shí)別LPS,觸發(fā) TLR4 信號(hào),激活 MyD88 依賴性途徑。 LPS 在引起 NF-κB 活化的過程中要與CD14 等結(jié)合,形成LPS 受體復(fù)合物,當(dāng)LPS 的信號(hào)作用于 TLR4 時(shí),TLR4 的胞漿內(nèi)段與一個(gè)適配體蛋白MyD88 相結(jié)合,激活NF-κB,從而引發(fā)下游炎癥反應(yīng)。

此外,動(dòng)物研究中發(fā)現(xiàn),在使用雌激素治療的大鼠中,Kupffer 細(xì)胞上CD14 的表達(dá)和Kupffer 細(xì)胞對(duì)LPS 的內(nèi)毒素敏感性明顯升高,缺乏TLR4、CD14和LBP 的小鼠對(duì)酒精所致的肝損傷具有抗藥性[23]。 同時(shí)能夠降低Kupffer 細(xì)胞的吞噬和解毒能力,進(jìn)一步對(duì)肝造成損害還有TNF-α 的增加,它能導(dǎo)致細(xì)胞因子不平衡并引起免疫功能的紊亂。 同時(shí)作為炎癥介質(zhì),TNF-α 還可通過正反饋的形式刺激Kupffer 細(xì)胞釋放更多的細(xì)胞因子如PDGF、TGF-β 等,進(jìn)一步加重酒精性肝病[27]。

3.3 MyD88

髓樣分化蛋白88 依賴性(由MyD88 介導(dǎo))途徑,即 LPS-TLR4-MyD88-NF-κB 信號(hào)通路,主要介導(dǎo)早期的NF-кB 活化,啟動(dòng)炎癥介質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄,致使促炎細(xì)胞因子、趨化因子、黏附分子的分泌、釋放,引發(fā)炎癥反應(yīng),導(dǎo)致肝損傷,而該信號(hào)途徑的激活又主要定位于Kupffer 細(xì)胞,它們?cè)诟谓M織的病變過程中發(fā)揮著重要的作用[28]。 Kupffer 細(xì)胞既能清除內(nèi)毒素,又可被內(nèi)毒素激活,從多途徑對(duì)肝造成炎癥損害。 LPS 可與 Kupffer 細(xì)胞表面的 TLR4 結(jié)合,通過TLR4 介導(dǎo)的MyD88 依賴性途徑,激活NF-κB 信號(hào)通路,引起致炎因子的合成和釋放引起炎癥反應(yīng),從而對(duì)肝造成不可逆轉(zhuǎn)的損害[29]。 在確定飲酒對(duì)MyD88 有影響后,Wagnerberger 等[23]根據(jù)多項(xiàng)動(dòng)物研究的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)嚙齒動(dòng)物與人類相似,雌性嚙齒動(dòng)物更容易患慢性酒精引起的肝疾病,且MyD88 的表達(dá)在雌性酒精干預(yù)的小鼠肝中顯著升高。

3.4 TRIF

MyD88 依賴途徑是以一種更直接、更劇烈的方式進(jìn)行表達(dá),而MyD88 非依賴途徑則以一種延遲的方式在一定程度上發(fā)揮作用。 MyD88 非依賴性途徑主要負(fù)責(zé)介導(dǎo)后期的NF-κB 活化和激活干擾素調(diào)節(jié)因子,促使產(chǎn)生IFN 的表達(dá),促進(jìn)IFN 誘導(dǎo)基因的表達(dá)。 在MyD88 非依賴的信號(hào)通路中,LPS 刺激MyD88 缺陷的巨噬細(xì)胞表達(dá)干擾素誘導(dǎo)蛋白,表達(dá)干擾素誘導(dǎo)基因需要依賴TLR4,但不依賴MyD88,激活MyD88 非依賴途徑后導(dǎo)致晚期NF-κB 的活化,釋放出大量的炎性因子,造成肝的損傷[30]。 在Kupffer 細(xì)胞中,TLR4 介導(dǎo)的MyD88 非依賴信號(hào)通路的激活可能導(dǎo)致酒精性脂肪性肝炎,而肝星狀細(xì)胞中TLR4 信號(hào)通路的激活則促進(jìn)了肝纖維化。 在TLR4 復(fù)合物中加入TRIF 適配器后,啟動(dòng)MyD88 非依賴性通路,激活 Iκκ/TAK1 激酶和 IRF-3 磷酸化,并激活NF-κB。 磷酸化的IRF-3 形成一個(gè)復(fù)合物并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核,隨后激活干擾素-α 和β 以及其他干擾素誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄。 而阻斷與MyD88 無關(guān)的信號(hào)分子TRIF 則可消除酒精引起的脂肪性肝炎,提示MyD88 非依賴性途徑參與了TLR4 介導(dǎo)的酒精性肝損傷[31]。 進(jìn)一步的研究表明,TRIF/IRF-3 在酒精誘導(dǎo)的 Kupffer 細(xì)胞/巨噬細(xì)胞中 TNF-α 基因的活化中起著重要作用,從而引起酒精性肝損傷。TLR4 在酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪肝發(fā)展中的關(guān)鍵作用已在動(dòng)物模型中得到了充分的證實(shí)[32]。Hritz 等[15]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),MyD88 非依賴途徑可在ALD 的發(fā)病中起重要作用。 此外,TLR4 誘導(dǎo)的 MyD88 非依賴性信號(hào)可激活 Iκκε、NF-κB、IRF-3和IFN。 TRIF 調(diào)控的IRF3 與腫瘤壞死因子基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合,并上調(diào)了慢性酒精誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄,從而導(dǎo)致酒精所致的脂肪變性。

3.5 NF-κB

核因子-κB(nuclearfaetorkappaB, NF-κB) 是一種在核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄過程中起到重要作用的調(diào)控因子,廣泛存在于真核細(xì)胞中,是由NF-κB/Rel 家族蛋白組成的同源或異源二聚體蛋白,有p65 和p50 兩個(gè)亞基。 正常生理情況下,未活化的 NF-кB與抑制蛋白(IκB)結(jié)合,以復(fù)合物的形式存在于胞漿中。 當(dāng)受到外界病理性刺激時(shí),I-кB 經(jīng) I-кB 激酶磷酸化后與 NF-кB 解離,NF-кB 被活化并轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核,結(jié)合免疫炎癥相關(guān)靶基因上特異的κB 結(jié)合位點(diǎn),啟動(dòng)炎癥介質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄,致使促炎細(xì)胞因子(如 TNF-α、IL-1β、IL-6 等)、趨化因子(如MCP-1、MIP-1 等)、白細(xì)胞黏附分子(如 ICAM-1、VCAM-1 等)、促纖維化因子(TGF-β1、PDGF 等)的分泌、釋放,引發(fā)炎癥反應(yīng),導(dǎo)致肝損傷[33]。

當(dāng)TLR4 胞內(nèi)段與 MyD88 結(jié)合啟動(dòng) LPS 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,最終引起 NF-κB 的活化,激活的 NF-κB與抑制蛋白(IκB)脫離移位并進(jìn)入細(xì)胞核,結(jié)合免疫炎癥相關(guān)靶基因上特異的κB 結(jié)合位點(diǎn),啟動(dòng)炎癥介質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄,致使促炎細(xì)胞因子、趨化因子及黏附分子的分泌、釋放,引發(fā)炎癥反應(yīng),導(dǎo)致肝損傷。

通過本文分析可知,抑制TLR4 信號(hào)通路能夠有效的改善酒精性肝損傷。 因此,探索是否可以通過阻斷Toll 樣受體4 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的方法來防治酒精性肝損傷的發(fā)生發(fā)展,研發(fā)新型、安全、高效的阻斷或抑制TLR4 信號(hào)通路上各個(gè)環(huán)節(jié)的藥物,有望成為今后預(yù)防或改善酒精性肝損傷研究的著眼點(diǎn)。