Toll 樣受體在放化療誘導(dǎo)的消化道黏膜炎中的作用

嵇靈， 王甲河， 王建濤， 王艷

1.口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國家口腔疾病臨床研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院，四川成都（610041）；2. 生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室四川大學(xué)華西醫(yī)院肺癌中心四川大學(xué)華西醫(yī)院放療中心，四川成都（610041）；3.口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國家口腔疾病臨床研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院兒童口腔科，四川成都（610041）

放化療誘導(dǎo)的黏膜炎是一種復(fù)雜的多因素疾病，在腫瘤放化療過程中十分常見，臨床表現(xiàn)為口腔潰瘍、嘔吐、腹瀉和疼痛等癥狀，影響正?？鼓[瘤治療，近年來對其研究越來越多［1-2］。Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）是參與天然免疫的一類重要蛋白質(zhì)分子，可識(shí)別內(nèi)源性相關(guān)分子或病原微生物，激活機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答，從而防止病原體入侵、組織損傷或癌癥的發(fā)生［3］。近年大量研究發(fā)現(xiàn)，微生物在放化療誘導(dǎo)的黏膜炎中具有重要作用，TLR 作為介導(dǎo)微生物與宿主之間相互作用的關(guān)鍵受體，在放化療誘導(dǎo)的黏膜炎中的作用逐漸被闡釋。

1 放化療誘導(dǎo)的黏膜炎

放化療誘導(dǎo)的黏膜炎包括口腔黏膜炎（oral mucositis，OM）和胃腸道黏膜炎（gastrointestinal mucositis，GM）。胃腸道黏膜炎可累及整個(gè)消化道，其臨床表現(xiàn)為腹瀉、嘔吐、腹痛等。胃腸道組織學(xué)改變包括黏膜萎縮、腸壁纖維化和血管硬化［1］。研究報(bào)道，接受放化療的患者中，約一半患者會(huì)發(fā)生胃腸道黏膜炎［4］。口腔黏膜炎表現(xiàn)為口腔黏膜潰瘍、紅斑、疼痛，進(jìn)食障礙等［5］，組織學(xué)改變表現(xiàn)為上皮厚度和基底細(xì)胞層細(xì)胞減少或出現(xiàn)潰瘍［6］，有15%～40%接受放化療的患者會(huì)出現(xiàn)口腔黏膜炎［7］。黏膜炎的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。Sonis［8］提出黏膜炎涉及黏膜下層和黏膜層細(xì)胞的相互作用，并將黏膜炎的炎癥反應(yīng)發(fā)展過程劃分為5 個(gè)階段：①起始階段，放化療引起活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的生成，ROS 誘導(dǎo)細(xì)胞核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的表達(dá)；②初期反應(yīng)階段，NF-κB 激活組織破壞相關(guān)細(xì)胞因子的編碼基因，信號(hào)分子表達(dá)，導(dǎo)致黏膜炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡；③信號(hào)放大階段，信號(hào)分子相互作用將炎癥反應(yīng)放大；④潰瘍階段，細(xì)胞凋亡壞死，黏膜出現(xiàn)潰瘍，引起菌群移位；⑤愈合階段，細(xì)胞增生，自發(fā)性愈合。

近年來，微生物在黏膜炎中的作用被重視，TLR 是介導(dǎo)微生物與宿主相互作用的關(guān)鍵受體［9］。健康的胃腸道內(nèi)，微生物群落與宿主之間存在互利關(guān)系，而化療藥物會(huì)降低微生物的多樣性，令機(jī)會(huì)致病菌過度繁殖，引起微生態(tài)失衡，導(dǎo)致腸黏膜炎癥反應(yīng)。部分腸道菌群與TLR 結(jié)合后，使受體活化，通過一系列反應(yīng)激活NF-κB，促進(jìn)炎癥發(fā)展。菌群先后被TLR 識(shí)別、加工，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，激活NOD 樣受體（nucleotide binding oligomerization domain like receptors，NLR）來調(diào)節(jié)下游信號(hào)，產(chǎn)生炎癥因子，炎癥因子進(jìn)而正反饋調(diào)節(jié)TLR 介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)［10］。Hong 等［11］研究表明，口腔黏膜炎病變嚴(yán)重程度與口腔微生物群失調(diào)的程度有關(guān)［10］?？谇恢写嬖诖罅课⑸?，而先前研究已經(jīng)證明化療后腸道中細(xì)菌組成發(fā)生了變化［12］，這表明紊亂的口腔微生物群可通過TLR 和NLR 參與化療所致黏膜炎的炎癥過程［13］。

2 TLR 與黏膜炎

TLR 是一種模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs），能夠識(shí)別由細(xì)菌等攜帶的病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPS）［3］。TLR 可對多種微生物和細(xì)胞損傷導(dǎo)致的內(nèi)源性分子模式產(chǎn)生應(yīng)答，招募不同的接頭蛋白，觸發(fā)一系列信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而對入侵的病原體、組織損傷或癌癥產(chǎn)生有效防御機(jī)制，包括產(chǎn)生促炎因子［14］。目前研究證明，信號(hào)級(jí)聯(lián)放大途徑中，主要存在著髓樣分化因子（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依賴途徑和MyD88 非依賴途徑。TLR 也能夠激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)上游的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等［15］。TLR不僅在免疫效應(yīng)細(xì)胞中廣泛表達(dá)，也在許多非免疫細(xì)胞中表達(dá)。TLR 家族目前在哺乳動(dòng)物中有超過11 個(gè)已知成員。TLR2、TLR4、TLR5、TLR9 已被證實(shí)可通過對NF-κB 的調(diào)節(jié)，在胃腸道上皮穩(wěn)態(tài)維持中起著重要作用［16-17］。放化療過程中腸道微生物的組成和代謝功能以及腸黏膜的天然免疫反應(yīng)發(fā)生顯著改變，通過TLR 共生介導(dǎo)的先天性免疫信號(hào)造成了胃腸道中化療誘導(dǎo)的黏膜損傷。而在口腔中，TLR 的表達(dá)對維持口腔上皮組織穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。在口腔上皮細(xì)胞中，可檢測到10 個(gè)TLR的mRNA［18］。目前與黏膜炎相關(guān)的TLR 研究較多的為TLR2、TLR4、TLR5、TLR9。

2.1 TLR2

TLR2 主要表達(dá)于細(xì)胞表面，能與其他Toll 樣受體組成異源二聚體，識(shí)別多種病原體相關(guān)的分子模式［19］。研究發(fā)現(xiàn)TLR2 可通過激活多藥耐藥性蛋白/多藥耐藥基因P-糖蛋白（ATP-binding cassette subfamily B member 1/Multi Drug ResistancePglycoprotein，ABCB1/MDR1 P-gp）來保護(hù)腸黏膜屏障，ABCB1/MDR1 P-gp 是一種ATP 依賴的外排轉(zhuǎn)運(yùn)泵，可防止異物在細(xì)胞內(nèi)積累，減少化療過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)。目前有研究揭示了TLR2 的基因缺失有可能阻礙化療誘導(dǎo)的胃腸道黏膜炎發(fā)生發(fā)展。Wong 等［20］研究表明，接頭蛋白MyD88 在腸黏膜炎的發(fā)病機(jī)制中起著有害作用，并可能被TLR2激活。通過組織損傷、中性粒細(xì)胞浸潤和炎癥介質(zhì)表達(dá)等多個(gè)參數(shù)的衰減檢測可得知，MyD88、TLR2 基因缺失阻止了化療藥物伊立替康引起的腸黏膜炎的進(jìn)展［20］。此外，F(xiàn)rank 等［21］通過TLR 信號(hào)調(diào)節(jié)化療誘導(dǎo)的小腸損傷發(fā)現(xiàn)，近端空腸發(fā)生嚴(yán)重化療誘導(dǎo)的腸黏膜炎，伴有ABCB1/MDR1 P-gp表達(dá)下降。在野生型小鼠和人化療誘導(dǎo)的腸黏膜炎臨床前模型的實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)TLR2 活化可限制毒性反應(yīng)并維持ABCB1/MDR1 p-gp 的組裝，提出靶向TLR2 可能代表化療誘導(dǎo)的腸黏膜炎的一種新治療方法［21］。因此，TLR2 作為潛在的治療靶點(diǎn)，可通過對其調(diào)節(jié)，使抗癌藥的相關(guān)毒性最小化，優(yōu)化癌癥治療劑量和改善放化療誘導(dǎo)的胃腸道黏膜炎的臨床結(jié)局［22］。

放化療誘導(dǎo)的口腔黏膜炎啟動(dòng)期的特征是放化療引起的DNA 直接損傷［23］，其中，Toll 樣受體信號(hào)通路被認(rèn)為是主要損傷反應(yīng)期最重要的信號(hào)通路之一。而TLR2 在牙齦上皮基底層中高度表達(dá)，病原體可在黏膜上皮基底層識(shí)別TLR2，促進(jìn)TLR依賴性炎癥反應(yīng)發(fā)生［18］。TLR2 能與其他TLR 形成功能性復(fù)合體活化后，通過信號(hào)通路MyD88 誘導(dǎo)激活NF-κB。化療后NF-κB 在人口腔黏膜中表達(dá)增加［24］，這可能與化療后口腔黏膜炎的發(fā)生相關(guān)。NF-κB 是一種通過TLR 信號(hào)通路激活的關(guān)鍵下游轉(zhuǎn)錄因子，激活后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合，轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-1b（interleukin-1b，IL-1b）、白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、白細(xì)胞介素-8（interleukin-8，IL-8）等多種炎癥因子的產(chǎn)生［25］。目前有關(guān)TLR2 與放化療誘導(dǎo)的口腔黏膜炎方面的研究相對較少，未來仍需更多相關(guān)研究闡明TLR2 與口腔黏膜炎之間的關(guān)系。

2.2 TLR4

TLR4 是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）識(shí)別的主要受體，需要輔助受體［髓樣分化蛋白2（myeloid differentiaton protein2，MD2）、白細(xì)胞分化抗原14（cluster of Differentiation，CD14）和LPS 結(jié)合蛋白］作為共同受體來識(shí)別其配體。最近研究已確定腸細(xì)胞和輔助性T 細(xì)胞也表達(dá)TLR4，并對腸細(xì)胞功能具有重要影響［17，26］。目前研究發(fā)現(xiàn)TLR4 的激活涉及NF-κB 和IL-6 的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)啟動(dòng)，而TLR4 的過度激活會(huì)加速炎性細(xì)胞因子的生成，通過增加炎癥反應(yīng)導(dǎo)致組織損傷，而這正是放化療誘導(dǎo)的胃腸道黏膜炎基礎(chǔ)。另一方面，化療導(dǎo)致的細(xì)胞組織損傷可能通過增加損傷模式相關(guān)分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）釋放和產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子，介導(dǎo)TLR4 上調(diào)。與TLR2相反，TLR4 在化療藥物的激活下，加重腸黏膜的炎性毒性應(yīng)激［27］。LPS 可通過環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）合成前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2），在小鼠腸道中具有輻射保護(hù)作用［10］。而上皮細(xì)胞的TLR4 與LPS 結(jié)合后，細(xì)菌激活NFκB 信號(hào)通路，隨后令促炎性細(xì)胞因子分泌［28］。TLR4 有信號(hào)傳導(dǎo)異?；蛉毕菘赡?，促進(jìn)腸道細(xì)菌侵襲腸黏膜。LPS 全身給藥誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)性急性內(nèi)毒素血癥可加重甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）誘導(dǎo)的小鼠腸黏膜炎［29］。MTX 可提高小腸腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）、白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1，IL-1β）、巨噬細(xì)胞炎性蛋白2（macrophage inflammatory protein-2，MIP-2）的mRNA 水平［30］。暴露于化療藥物MTX 后，炎癥小腸黏膜中TLR4 的基因表達(dá)顯著上調(diào)［10］。據(jù)此前臨床研究，小鼠TLR4 基因敲除可防止發(fā)生嚴(yán)重的化療誘導(dǎo)的胃腸道黏膜炎。而TLR4 基因敲除小鼠完全缺乏IL-6 反應(yīng)，IL-6 可能是預(yù)防或減輕化療引起的胃腸道黏膜炎的治療靶點(diǎn)［31］。研究表明，TLR4 能夠通過蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）調(diào)節(jié)緊密連接蛋白。PKC 能通過緊密連接調(diào)節(jié)影響腸道上皮和內(nèi)皮屏障，其信號(hào)可能是化療誘導(dǎo)的黏膜炎發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵步驟［17］。Wardill 等［32］研究證實(shí)了TLR4/PKC 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和緊密連接在化療誘導(dǎo)的腸道毒性中的交互作用。因此，破壞TLR4 和PKC 的相互作用可能成為化療誘導(dǎo)的胃腸道黏膜炎治療的潛在靶點(diǎn)［32］。此外，基于TLR4 與胃腸道黏膜道黏膜炎間的聯(lián)系，有研究指出，布氏酵母CNCM I-745（S.B）（用于治療胃腸道疾病的益生菌酵母）對于化療引起的腸黏膜炎中被激活的TLR/MyD88/NF-κB/MAPKB 通路有調(diào)節(jié)作用［33］。因此，TLR4 可能成為放化療誘導(dǎo)的胃腸道黏膜炎臨床治療的重要靶點(diǎn)。

TLR4 在口腔黏膜上皮細(xì)胞中也有表達(dá)［18］，但目前缺乏相關(guān)研究揭示TLR4 在口腔黏膜炎中的作用。研究發(fā)現(xiàn)TLR4 與復(fù)發(fā)性阿弗他潰瘍的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，研究提示TLR4 可能成為治療口炎中潰瘍的治療靶點(diǎn)［34］，這些研究結(jié)果對口腔黏膜炎有一定提示意義。TLR4 信號(hào)通路可刺激宿主細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α 等促炎細(xì)胞因子［25］，導(dǎo)致黏膜上皮的基底層受損，產(chǎn)生潰瘍且范圍貫穿整個(gè)口腔上皮［23］。TLR4 與抗原呈遞細(xì)胞的相互作用能導(dǎo)致共刺激分子上調(diào)，如抗原呈遞細(xì)胞上的CD40、CD80 和CD86 等，這可能會(huì)令黏膜上皮炎癥加劇［34］。未來仍需更多相關(guān)研究闡釋TLR4 與口腔黏膜炎之間的關(guān)系。

2.3 TLR5

TLR5 主要表達(dá)于細(xì)胞表面。細(xì)菌的鞭毛蛋白能夠被TLR5 所識(shí)別，TLR5 隨之激活固有免疫，誘導(dǎo)下游一系列細(xì)胞因子的釋放［19］。Burdelya 等［35］發(fā)現(xiàn)，一種細(xì)菌鞭毛衍生物CBLB502 可作為TLR5的配體和激動(dòng)劑，主要通過正常組織或腫瘤中的TLR5 信號(hào)通路介導(dǎo)激活下游信號(hào)通路。小鼠經(jīng)過不同劑量的放射治療，實(shí)驗(yàn)組提前30 min 皮下注射CBLB502，通過觀察實(shí)驗(yàn)組和對照組的小鼠體重和小鼠黏膜組織的病理形態(tài)，結(jié)果表明CBLB502 可顯著降低小鼠口腔黏膜炎的嚴(yán)重程度，加速黏膜組織恢復(fù)；并且在某些放療劑量下，CBLB502 可降低單次放療后輻射誘導(dǎo)小鼠的體重減輕程度，提示CBLB502 同時(shí)具有支持治療（放療輔助）和抗癌藥物的特性［35］。Li 等［36］在體外研究發(fā)現(xiàn)，CBLB502 還具有清除自由基的活性。因此，TLR5 激動(dòng)劑可以潛在提高癌癥放療的治療指數(shù)，并作為輻射緊急情況下的生物保護(hù)劑［37］。

2.4 TLR9

TLR9 主要表達(dá)于腸上皮細(xì)胞和固有層的免疫細(xì)胞，是識(shí)別細(xì)菌來源的非甲基化的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤基序（CpG DNA）等PAMPs 的受體，在固有免疫和適應(yīng)性免疫中發(fā)揮著重要作用［38-39］?；熀?，TLR9 更易識(shí)別部分腸道菌群，進(jìn)而發(fā)出下游信號(hào)，產(chǎn)生促炎介質(zhì)，介導(dǎo)胃腸道黏膜炎發(fā)生。阿霉素是一種用于抗腫瘤治療的抗生素，在臨床治療過程中易誘導(dǎo)發(fā)生腸道損傷，而TLR9 拮抗劑ODN2088 能阻斷TLR9 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，可顯著減少阿霉素誘導(dǎo)的腸道損傷。有研究對此提出了一種限制阿霉素誘導(dǎo)的腸道炎癥的新治療策略［40］。TLR9拮抗劑能夠降低抗腫瘤藥物治療所導(dǎo)致的腸道損傷。目前有研究還發(fā)現(xiàn)TLR9 受體的基因缺失能提高動(dòng)物的存活率，可減少腸道損傷、菌血癥發(fā)生，并降低了炎癥標(biāo)志物的表達(dá)，如NF-κB、IL-1、IL-18 和COX-2［22］。然而在特定化療藥物治療的情況下，TLR9 受體基因可能會(huì)起到一定保護(hù)作用。Wong 等［20］研究表明，相比MyD88 基因敲除小鼠和TLR2 基因敲除小鼠，注射化療藥物伊立替康（Camptosar-11，CPT-11）的TLR9 基因敲除小鼠生存率降低，腹瀉發(fā)生率和IL-18 表達(dá)增加；已知化療藥物CPT-11 引起的晚期腹瀉是由類花生酸和IL-18 介導(dǎo)，而在該研究中，TLR9 基因缺失導(dǎo)致COX-2 的低表達(dá)，提示CPT-11 注射的TLR9 基因敲除小鼠腹瀉主要是由類花生酸引起的，而TLR9 信號(hào)通路及其級(jí)聯(lián)反應(yīng)可能會(huì)阻滯類花生酸的作用，表明MyD88 介導(dǎo)的TLR9 信號(hào)通路對胃腸道黏膜具有保護(hù)作用［20］。綜上所述，TLR9 在放化療誘導(dǎo)的胃腸道黏膜炎中主要起到介導(dǎo)黏膜炎發(fā)生的作用。

3 小 結(jié)

消化道黏膜炎是抗腫瘤治療中最嚴(yán)重的不良反應(yīng)之一，不僅對腫瘤患者的身心健康帶來嚴(yán)重危害，還對患者的抗腫瘤治療有著消極影響。TLR及其信號(hào)通路在抗腫瘤治療引起的消化道黏膜炎的發(fā)生、進(jìn)展中起到重要的作用。闡釋不同TLR在放化療誘導(dǎo)黏膜炎中的作用機(jī)制，有可能成為研發(fā)這一疾病新療法的突破點(diǎn)。目前研究發(fā)現(xiàn)，不同TLR 在微生物參與黏膜炎癥反應(yīng)過程中的作用不同，具體的分子學(xué)效應(yīng)和組織學(xué)表征可能受組織器官特異性、外界干預(yù)措施（X 射線、不同化療藥物）和激活信號(hào)類型等多因素干擾。提示將來需要更多研究來揭示不同TLR 在放化療誘導(dǎo)黏膜炎中的作用及其機(jī)制。

【Author contributions】Ji L, Wang JH collected the references and wrote the article. Wang JT revised the article. Wang Y selected the topic and guided the writing of the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.