模式識別受體在2型糖尿病合并動脈粥樣硬化病人中的研究進(jìn)展

郭曼萍，趙俊男，陳 瑤，徐鳳芹

近年來，2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)和動脈粥樣硬化等非傳染性慢性疾病在全球范圍內(nèi)的發(fā)病率和死亡率逐漸上升[1]。與健康者比較，T2DM病人更易誘發(fā)動脈粥樣硬化，而動脈粥樣硬化是心血管疾病的危險因素，也是造成我國人民死亡的主要危險因素[2]。這兩種疾病之間的協(xié)同作用是通過無菌炎癥來實現(xiàn)的，而無菌炎癥又被稱為代謝性炎癥[3]。代謝性炎癥通過直接促進(jìn)動脈脂質(zhì)沉積和誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移來加速動脈粥樣硬化的發(fā)生[4]；其還通過增加冠心病的其他危險因素(包括血脂異常、糖尿病和高血壓)間接促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)生[5]。糖尿病病人動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制包括遺傳易感性在內(nèi)的多種因素及高脂飲食、久坐、慢性應(yīng)激等多種環(huán)境因素的共同作用[1]。盡管炎癥與T2DM和動脈粥樣硬化的關(guān)聯(lián)早在19世紀(jì)就已被發(fā)現(xiàn)，但介導(dǎo)這些炎癥反應(yīng)的機(jī)制尚不清楚。

先天免疫系統(tǒng)是抵御病原體入侵的第一道防線，同樣也是糖尿病病人動脈粥樣硬化中炎癥反應(yīng)的一線始發(fā)者。模式識別受體(pattern recognition receptors，PRRs)包括Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)、NOD樣受體(NOD-like receptors，NLRs)、Rig-1樣受體(Rig-1 like receptors，RLRs)和C-type凝集素樣受體(C-type lectin like receptor，CLRs)，其作為先天性免疫的主要武器庫，用于識別病原體相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular pattern，PAMPs)，激活免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、干擾素(interferon，IFN)-γ和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)的分泌增加[6]。其中，C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)、IL-6和TNF-α等可作為冠心病的預(yù)測標(biāo)志物。研究顯示，晚期糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end-products，RAGE)可與多種PAMPs或損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)相互作用導(dǎo)致促炎反應(yīng)與氧化應(yīng)激，是參與炎癥和衰老的一種重要的PRRs[7]。本研究對PRRs在糖尿病并發(fā)動脈粥樣硬化中引起代謝性炎癥的作用進(jìn)行綜述。

1 PRRs在糖尿病并發(fā)動脈粥樣硬化中的作用

1.1 TLRs TLRs是1型跨膜結(jié)構(gòu)域糖蛋白，在特異性免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞)及非免疫細(xì)胞(如上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞)上表達(dá)[8]。研究表明，人類有10個TLR基因(TLR1-TLR10)，小鼠有12個TLR基因(TLR1-TLR9，TLR11-TLR13)[8]。TLRs識別病毒和細(xì)菌產(chǎn)物(即PAMPs)以及真菌和宿主衍生的內(nèi)源性分子(即DAMPs)，最終導(dǎo)致炎癥[9]。TLRs的激活導(dǎo)致促炎性細(xì)胞因子(如TNF-α和IL-6)的分泌增加，這些因子可誘導(dǎo)胰島素抵抗(insulin resistance，IR)導(dǎo)致T2DM并促進(jìn)動脈粥樣硬化形成[10]。

TLRs與動脈粥樣硬化的發(fā)生有關(guān)，可在局部血管細(xì)胞和招募的免疫細(xì)胞上表達(dá)[11]，TLRs缺乏有助于基質(zhì)降解[12]，并且能夠降低動脈粥樣硬化小鼠的主動脈內(nèi)側(cè)破壞發(fā)生率[13]。TLR2的激活可誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞去分化、遷移和增殖表型[14]。TLR4缺乏改善了低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)缺乏小鼠的動脈粥樣硬化指數(shù)[15]。在內(nèi)質(zhì)體TLRs中，已觀察到TLR3可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞[16]和造血免疫細(xì)胞[17]致動脈粥樣硬化炎癥和內(nèi)皮功能障礙的進(jìn)程。此外，TLR3在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞MMP-2和MMP-9活性方面、在介導(dǎo)動脈粥樣硬化斑塊不穩(wěn)定性方面均發(fā)揮著關(guān)鍵作用[13]。TLR7與TLR9作為血管重塑和泡沫細(xì)胞積聚的一種介質(zhì)[18-20]，研究顯示，高膽固醇飲食的LDLR-/-小鼠主動脈中存在強(qiáng)烈的自噬、TLR9表達(dá)和炎癥信號[21]。

TLR2/TLR6及其相關(guān)配體之間的相互作用導(dǎo)致巨噬細(xì)胞的活化，并產(chǎn)生IL-1和IL-6等促炎性細(xì)胞因子加重胰島炎癥[22]。T2DM病人的巨噬細(xì)胞可上調(diào)TLR2[23]。與體重正常的T2DM病人相比，肥胖的T2DM病人體內(nèi)TLR2表達(dá)水平更高[24]。游離脂肪酸和高糖水平上調(diào)了TLR2和TLR6的表達(dá)，從而導(dǎo)致單核細(xì)胞活性增加、超氧化物產(chǎn)生增加，超氧化物以核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)依賴的方式釋放[25]。游離脂肪酸在通過TLR2誘導(dǎo)胰腺β細(xì)胞炎癥中也發(fā)揮重要作用[26]。另一項研究表明，TLR2不僅在T2DM病人的免疫細(xì)胞上比在健康人的免疫細(xì)胞上有更高的表達(dá)，而且TLR2配體(包括透明質(zhì)酸、熱休克蛋白和內(nèi)毒素)的水平也更高[27]。使用TLR2反義寡核苷酸(ASON)抑制TLR2可導(dǎo)致喂飼高脂飼料的小鼠肌肉和白色脂肪組織中胰島素敏感性和信號傳導(dǎo)的恢復(fù)[28]。T2DM期間產(chǎn)生的氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中TLR2的表達(dá)[29]。Wang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，TLR3及其相關(guān)的信號分子如TIR結(jié)構(gòu)域誘導(dǎo)干擾素-β(TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β，TRIF)可以抑制β細(xì)胞的生長，可能與TLR3通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白D的降解以泛素/蛋白酶體依賴的方式抑制胰腺β細(xì)胞的增殖有關(guān)。Sepehri等[31]研究發(fā)現(xiàn)，T2DM可以獨立于性別、血糖濃度和體質(zhì)指數(shù)(BMI)增加TLR4的表達(dá)。TLR4基因缺失小鼠可拮抗飲食誘導(dǎo)的IR[32]，提示TLR4與T2DM的關(guān)系密切。

1.2 NLRs NLRs作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)型PRRs，分布于細(xì)胞漿中。在NLRs家族成員中，NOD1和NOD2識別導(dǎo)致MAPK和NF-κB信號激活細(xì)菌肽聚糖，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄上調(diào)[33]。NLRP是NLRs的最大亞科，NLRP3炎性小體包括傳感器分子NLRP3、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis associated speck like protein，ASC)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)[34]。NLRP3炎性小體的組裝和Caspase-1的激活可將pro-IL-1β和pro-IL-18切割成生物活性形式，然后將IL-1β和IL-18從細(xì)胞中分泌出來[35]。這兩種細(xì)胞因子在動脈粥樣硬化和T2DM病人中均升高，并且每種細(xì)胞因子都可能潛在地改變IR和T2DM的進(jìn)展。

研究證明，ox-LDL和膽固醇晶體能激活NLRP3炎性小體和Caspase-1，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞熱休克，導(dǎo)致IL-1β和IL-18的釋放增加，進(jìn)一步誘導(dǎo)局部和全身炎癥級聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊的形成、脆弱和破裂[36]。NLRP3等炎癥信號通路的相關(guān)成分在頸動脈粥樣硬化斑塊中高表達(dá)，而在健康腸系膜動脈中表達(dá)較弱[37]。研究表明，急性冠脈綜合征病人的NLRP3濃度明顯升高，NLRP3與冠狀動脈粥樣硬化程度呈正相關(guān)；通過全球急性冠脈事件登記(Global Registry of Acute Coronary Events，GRACE)評分和心肌梗死溶栓(thrombolysis in myocardial infarction，TIMI)風(fēng)險評分的相關(guān)性分析可知，基線NLRP3濃度是預(yù)測心臟不良事件的有效指標(biāo)[38]。Abderrazak等[39]研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3基因敲除降低了喂飼高脂飲食的ApoE-/-小鼠整個主動脈和主動脈竇的動脈粥樣硬化斑塊面積。

研究表明，內(nèi)源性和外源性刺激因子可以在T2DM期間控制和誘導(dǎo)NLRP3炎癥活化[40-41]。胰島β細(xì)胞分泌的胰島淀粉樣多肽(islet amyloid polypeptide，IAPP)從溶酶體釋放到T2DM病人胰腺β細(xì)胞的胞漿中，導(dǎo)致NLRP3炎癥活化[40]。臨床研究表明，IL-1β與脂肪細(xì)胞炎癥和IR有關(guān)[41]。高血糖可導(dǎo)致T2DM病人單核細(xì)胞NLRP3的上調(diào)和IL-1β的分泌增加[42]。Lee等[43]也報道了T2DM中NLRP3及其下游分子的上調(diào)。T2DM病人炎癥脂肪組織中NLRP3表達(dá)增加[44]，促炎性他汀類藥物氟伐他汀通過上調(diào)NLRP3誘導(dǎo)脂肪組織炎癥和IR[45]。Vandanmagsar等[46]研究表明，在動物體內(nèi)消除NLRP3可保護(hù)慢性肥胖引起的胰腺損傷；NLRP3在小鼠體內(nèi)的消除可以抑制肥胖引起的脂肪庫和肝臟炎癥反應(yīng)的激活；當(dāng)炎癥途徑被消除時，慢性肥胖NLRP3和ASC基因敲除小鼠的胰島素水平高于野生型小鼠；此外，NLRP3消除導(dǎo)致脂肪組織中IL-18表達(dá)減少，這與組織中效應(yīng)T細(xì)胞數(shù)量減少有關(guān)。其他研究表明，通過消融NLRP3炎性小體，飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠脂肪組織中活性IL-1β的表達(dá)降低[40]。重要的是，NLRP3炎性小體的消除可保護(hù)胰島β細(xì)胞，減少其因炎癥引起的細(xì)胞死亡和胰島大小的顯著增加[41]。

1.3 RLRs RNA解旋酶家族的RLRs有3個成員，分別是維甲酸誘導(dǎo)基因-1(retinoic acid-Inducible gene-1，RIG-1)、黑色素瘤分化相關(guān)基因5(melanoma differentiation associated 5，MDA5)和遺傳生理學(xué)實驗室2(laboratory of genetics and physiology 2，LGP2)，這些受體特異性識別病毒RNA并激活免疫系統(tǒng)，激活后，RIG-I和MDA5被招募到位于線粒體外膜上的干擾素β啟動刺激因子1(IFN-β promoter stimulator 1，IPS-1)適配器上；IPS-1通過TRAF3-TANK-NAP1復(fù)合物招募TBK1-IKKε-DDX3復(fù)合物，同時激活干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor，IRF)3和IRF7；IPS-1還通過IKK與FADD-RIP-1-TRAF6激活NF-κB形成復(fù)合物；活化的IRFs和NF-κB依次激活1型IFN和促炎細(xì)胞因子；以獨立于IPS-1的方式，RLRs促進(jìn)炎性小體的組裝和pro-IL-1β和pro-IL-18細(xì)胞因子的加工[47]。與TLRs一樣，RIG-1也可抑制胰腺β細(xì)胞增殖，表明其在代謝調(diào)節(jié)中的作用[48]。在代謝過剩的情況下，RIG-1誘導(dǎo)Src/STAT3信號傳導(dǎo)受阻，從而阻止胰島β細(xì)胞進(jìn)入G1期[48]。LGP2是這個家族的第3個成員，作為RIG-1和MDM5的負(fù)調(diào)節(jié)因子，抑制炎癥[49]。LGP2誘導(dǎo)的RIG-1和MDM5負(fù)調(diào)控是否有利于T2DM和動脈粥樣硬化尚不清楚。

1.4 CLRs CLRs是鈣依賴的聚糖結(jié)合蛋白，共享一個獨特的碳水化合物識別域[50]，包括1型(DEC205和巨噬細(xì)胞甘露糖受體)和2型(Dectin-1、Dectin-2、Mincle、DC-SIGN和DNGR-1)膜蛋白及可溶性受體(甘露糖結(jié)合凝集素)[51]。一般來說，CLRs識別復(fù)雜的碳水化合物，這些碳水化合物修飾細(xì)菌和真菌細(xì)胞壁并激活免疫系統(tǒng)[51]。然而，在T2DM等致病性條件下，同樣的受體極有可能識別修飾的宿主聚糖，并且不適當(dāng)?shù)丶せ蠲庖呦到y(tǒng)，導(dǎo)致炎癥。與TLRs、NLRs和RLRs不同，CLRs不激活I(lǐng)RFs并誘導(dǎo)1型IFN分泌，其通過NF-κB、AP-1和NF-AT激活促炎細(xì)胞因子的分泌[51]。研究報道，在肥胖條件下，脂肪組織中的M1巨噬細(xì)胞會誘導(dǎo)Mincle，表明其在肥胖誘導(dǎo)的炎癥中發(fā)揮作用[52]。其他CLRs在糖尿病動脈粥樣硬化中的代謝性炎癥中的作用尚待進(jìn)一步闡明。

1.5 RAGE RAGE是來自免疫球蛋白超家族的一種45 kDa跨膜受體，基因名為Ager[53]?？扇苄訰AGE(soluble RAGE，sRAGE)分為內(nèi)源性分泌型RAGE(endogenous secretory RAGE，esRAGE)及裂解RAGE(cleaved RAGE，cRAGE)，RAGE具有結(jié)合蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的非酶糖化和氧化修飾劑的能力，即高級糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end-products，AGE)[54]。AGE不僅是高血糖和促炎/促氧化狀態(tài)的生物標(biāo)志物，通過與RAGE的相互作用，AGE/RAGE軸在糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮中心作用[55]。

RAGE表達(dá)的原始來源除內(nèi)皮細(xì)胞外，主要來源于巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，分布于ox-LDL和硝基酪氨酸的磷脂產(chǎn)物區(qū)域[56]。大量研究表明，RAGE在人類非糖尿病和糖尿病動脈粥樣硬化病變中均有表達(dá)，但在糖尿病中表達(dá)更高，并與病變氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)標(biāo)記物共同定位[57]。將糖尿病、西方飲食喂養(yǎng)的LDLR-/-供體小鼠主動脈弓移植到糖尿病Ager-/-中，發(fā)現(xiàn)與野生型糖尿病受體小鼠相比，移植主動脈弓可以加速動脈粥樣硬化的消退；在消退的糖尿病斑塊中，Ager的缺失降低了巨噬細(xì)胞中IRF7的表達(dá)；IRF7在巨噬細(xì)胞中調(diào)節(jié)膽固醇代謝和炎癥，靶向RAGE和IRF7可能有助于糖尿病血管修復(fù)[58]。Bu等[59]在1型糖尿病(T1DM)狀態(tài)下缺失Ager或不缺失Ager的非糖尿病和糖尿病ApoE-/-小鼠的主動脈上進(jìn)行Affymetrix基因表達(dá)陣列的研究發(fā)現(xiàn)，平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β) 信號通路的Rho相關(guān)激酶1(Rho-associated kinase 1，ROCK1)分支存在顯著的RAGE依賴性調(diào)節(jié)，提示RAGE通過調(diào)節(jié)ROCK1信號通路加速糖尿病小鼠動脈粥樣硬化的進(jìn)程，骨髓移植研究也揭示了髓系A(chǔ)ger在糖尿病動脈粥樣硬化中的關(guān)鍵作用[60]。在巨噬細(xì)胞中，RAGE配體與RAGE相互作用顯著減弱膽固醇向載脂蛋白A1和HDL的流出，并通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ反應(yīng)啟動子元件下調(diào)膽固醇轉(zhuǎn)運體ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體(ATP binding cassette transporter，ABC)A1和ABCG1的水平[61]。在非糖尿病性動脈粥樣硬化兔病變血管中，RAGE在內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的強(qiáng)烈表達(dá)，可能導(dǎo)致斑塊的炎癥、血栓形成和細(xì)胞外基質(zhì)降解，進(jìn)而導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定，這表明RAGE可能是治療糖尿病和非糖尿病血管并發(fā)癥的新靶點[62]。

sRAGE已經(jīng)在人類受試者中進(jìn)行了廣泛的研究以測試RAGE通路與糖尿病和心血管疾病的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，sRAGE血清水平升高與心血管疾病病人的進(jìn)一步不良事件有關(guān)[63]。研究表明，非糖尿病男性血漿sRAGE水平與冠心病或動脈粥樣硬化存在反相關(guān)的橫斷面關(guān)聯(lián)[64]。低水平的sRAGE能預(yù)測糖尿病和非糖尿病病人的心血管死亡率[65]。Di等[66]研究表明，糖尿病前期病人的esRAGE水平顯著降低，炎癥標(biāo)志物水平顯著升高，這些改變與心血管疾病的早期標(biāo)志物有關(guān)。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，高葡萄糖負(fù)荷1 h后的受試者中，esRAGE與糖化血紅蛋白(hemoglobin A1c，HbA1c)和高敏感性CRP相關(guān)，年齡、HbA1c和esRAGE是動脈粥樣硬化早期標(biāo)志物內(nèi)膜-中膜厚度的決定因素，而esRAGE配體(S100A12)和收縮壓是脈搏波速度的決定因素[67]。

2 小 結(jié)

代謝和免疫是生存的必要條件。免疫介質(zhì)(如細(xì)胞因子)決定了新陳代謝的變化，正常的代謝也有利于有效免疫反應(yīng)的進(jìn)行。因此，免疫代謝領(lǐng)域的迅速發(fā)展為T2DM和動脈粥樣硬化等代謝性疾病的發(fā)病提供了理論基礎(chǔ)。代謝性炎癥被假設(shè)是由長期營養(yǎng)過剩引起的，PRRs現(xiàn)在已經(jīng)成為感知營養(yǎng)過剩和引發(fā)代謝性炎癥的主要傳感器。盡管代謝性炎癥似乎是T2DM和動脈粥樣硬化的一個共同特征，但并非所有的炎癥都是相同的，而且每種代謝性疾病似乎都有一種獨特的炎癥特征細(xì)胞因子和炎癥細(xì)胞。與血清細(xì)胞因子分析相比，觀察實際分泌這些細(xì)胞因子的免疫細(xì)胞的研究是有限的。最后，只有在動物模型和臨床試驗中測試抗這些細(xì)胞因子的單克隆抗體的治療效用時，這些研究才會有實際價值。