Toll樣受體4在消化系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

石文瑤 羅和生

Toll樣受體(TLRs)是一類在天然免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用的Ⅰ型跨膜蛋白質(zhì)，屬于模式識(shí)別受體(PRRs)家族，能識(shí)別病原體(PAMPs)/損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)，在免疫及炎癥機(jī)制中發(fā)揮作用，從而調(diào)節(jié)機(jī)體免疫和炎癥應(yīng)答。TLR4是TLRs家族中最早發(fā)現(xiàn)的成員之一，主要負(fù)責(zé)識(shí)別細(xì)菌的脂多糖(LPS)，在機(jī)體免疫和炎癥應(yīng)答的信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮重要作用[1]。近年的研究發(fā)現(xiàn)，TLR4在多種疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，包括消化系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病、代謝性疾病及風(fēng)濕免疫系統(tǒng)疾病等。消化系統(tǒng)疾病中有部分疾病的發(fā)病機(jī)制目前尚未完全闡明，而許多研究表明TLR4信號(hào)通路與這些疾病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。本文主要就TLR4在消化系統(tǒng)疾病中作用及機(jī)制進(jìn)行綜述，為相關(guān)疾病的發(fā)病原因和治療方向提供新的研究思路。

一、TLR4生物學(xué)特性

1984年Steward首次在果蠅中發(fā)現(xiàn)Toll蛋白，而TLRs是果蠅Toll蛋白的同源物[2]。TLRs廣泛分布于各種免疫細(xì)胞中，如巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞。目前，在人類和小鼠中分別發(fā)現(xiàn)了10個(gè)和12個(gè)功能性TLR，它們通過(guò)識(shí)別不同病原體相關(guān)分子模式PAMPs，從而調(diào)節(jié)機(jī)體免疫炎癥應(yīng)答，其中，TLR1、TLR2和TLR6識(shí)別脂蛋白，TLR3識(shí)別雙鏈RNA，TLR4識(shí)別LPS，TLR5識(shí)別鞭毛蛋白，TLR7和TLR8識(shí)別單鏈RNA，TLR9識(shí)別DNA[3]。

TLRs家族成員屬于Ⅰ型跨膜蛋白，具有胞外區(qū)、跨膜段和胞質(zhì)區(qū)。TLRs的胞外區(qū)由18～31個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)序列和一個(gè)富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域(半胱氨酸殘基形成一個(gè)鏈內(nèi)二硫環(huán))組成，能通過(guò)與協(xié)同分子的亮氨酸重復(fù)序列結(jié)合來(lái)介導(dǎo)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用。胞質(zhì)區(qū)由200多個(gè)氨基酸組成，與白細(xì)胞介素1受體(IL-1R)家族成員的胞質(zhì)區(qū)具有顯著同源性，因此被稱為Toll/IL-1R同源區(qū)(TIR)。因此，TLR也屬于IL-1R超家族成員。在TLR4與下游蛋白激酶的相互作用中，TIR結(jié)構(gòu)域起著重要的作用，該結(jié)構(gòu)域內(nèi)關(guān)鍵序列的缺失將阻斷向下的信號(hào)傳遞[4]。

LPS是革蘭陰性菌外膜的主要成分，能夠激活巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞，誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)釋放，引起機(jī)體的病理反應(yīng)。TLR4是唯一經(jīng)鑒定的LPS跨膜受體，能將細(xì)胞外LPS信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。迄今為止，在TLR4介導(dǎo)的LPS應(yīng)答中已有2種信號(hào)通路被證實(shí)，即早期依賴性髓細(xì)胞分化因子(MyD)88通路和晚期非依賴性MyD88通路[5]。MyD88是一種調(diào)節(jié)大多數(shù)TLRs信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的適應(yīng)蛋白，其通過(guò)自身的C端TIR域與TLRs細(xì)胞內(nèi)的TIR域結(jié)合，并招募下游包含死亡域(DD)的信號(hào)分子，能夠激活核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB和核轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1(AP-1)，從而控制炎性細(xì)胞因子的分泌。

二、TLR4與消化系統(tǒng)疾病

1.腸易激綜合征(IBS)：IBS是一種慢性復(fù)發(fā)性功能性胃腸道疾病，最常發(fā)生在20～30歲人群中。目前IBS病因及機(jī)制仍不明確，被認(rèn)為是一種生物-心理-社會(huì)紊亂，其關(guān)鍵因素是腦-腸相互作用的改變。腦-腸互動(dòng)異常與腸道運(yùn)動(dòng)障礙、內(nèi)臟高敏和自主胃腸反應(yīng)紊亂有關(guān)。

Dlugosz等[6]比較了IBS患者和健康對(duì)照組的TLR4表達(dá)水平，結(jié)果顯示IBS組TLR4 mRNA表達(dá)水平明顯增加，提示小腸中TLR4表達(dá)水平的改變參與了IBS的發(fā)病機(jī)制。He等[7]的研究顯示，腹瀉型IBS動(dòng)物模型中TLR4表達(dá)水平增加，而抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路可逆轉(zhuǎn)異常腸道反應(yīng)，改善腸黏膜組織狀態(tài)，說(shuō)明TLR4/NF-κB信號(hào)通路對(duì)腹瀉型IBS癥狀有調(diào)節(jié)作用。Zhang等[8]的研究表明，脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞TLR4/MyD88/NF-κB信號(hào)通路激活促進(jìn)了大鼠結(jié)腸直腸擴(kuò)張(CRDs)模型中內(nèi)臟超敏反應(yīng)(VH)的發(fā)生，說(shuō)明TLR4信號(hào)通路的激活導(dǎo)致大鼠VH。以上臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均證實(shí)TLR4/NF-κB信號(hào)通路的激活使TLR4表達(dá)增加，從而誘發(fā)IBS腸道炎癥、屏障功能障礙、VH和IBS癥狀，而抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路的激活可逆轉(zhuǎn)相關(guān)改變，為IBS的發(fā)病機(jī)制和治療手段提供了新方向。

2.炎癥性腸病(IBD)：IBD是一種慢性、反復(fù)發(fā)作的非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。目前，IBD病因和發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚。

UC病變主要侵及結(jié)腸黏膜，可以連續(xù)方式逐漸向結(jié)腸近端乃至全結(jié)腸進(jìn)展。其臨床癥狀輕重不一，以腹瀉、黏液血便、腹痛、腸外表現(xiàn)為主。UC的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，目前主要認(rèn)為是由遺傳易感性、外界環(huán)境刺激、免疫異常和腸黏膜屏障損傷共同作用的結(jié)果。

多項(xiàng)研究表明，TLR4是體內(nèi)外對(duì)LPS反應(yīng)的主要介質(zhì)，TLR4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)了葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的腸道損傷[9]。Shi等[10]的小鼠實(shí)驗(yàn)證明TLR4基因敲除減輕了DSS誘導(dǎo)的腸道損傷作用，且TLR4及其配體通過(guò)上調(diào)細(xì)胞修復(fù)因子前列腺素E2(PGE2)和粒細(xì)胞 -巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)來(lái)修復(fù)DSS誘導(dǎo)的腸道損傷。Qiu等[11]基于TLR4/MyD88/NF-kB通路，研究了MaR1對(duì)大鼠UC的作用，發(fā)現(xiàn)MaR1通過(guò)減少TLR4信號(hào)通路的激活降低結(jié)腸組織的病理?yè)p傷，發(fā)揮了腸道保護(hù)作用。由此可見(jiàn)，TLR4信號(hào)通路的激活促進(jìn)了UC的腸道損傷，而減少TLR4信號(hào)通路激活可以降低腸道組織的病理?yè)p傷，為UC的預(yù)防和治療提供新的方向。

CD是一種慢性IBD，病變多見(jiàn)于回腸、盲腸和結(jié)腸，炎癥通過(guò)腸壁從黏膜延伸到漿膜，具有典型的非對(duì)稱性和節(jié)段性，部分患者可見(jiàn)上皮樣肉芽腫。最常見(jiàn)的癥狀是腹痛和腹瀉，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。

Wu等[12]研究表明，Hsa-miR-375在CD患者腸黏膜組織中的表達(dá)下調(diào)，TLR4是hsa-miR-375的直接下游，其水平受hsa-miR-375負(fù)調(diào)控，說(shuō)明Hsa-miR-375通過(guò)激活TLR4/NF-κB通路參與CD的發(fā)病機(jī)制。Huang等[13]基于TLR4/MyD88/NF-κB通路研究鴉鵑對(duì)大鼠CD的作用，發(fā)現(xiàn)其能夠減少大鼠結(jié)腸組織中促炎細(xì)胞因子[腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6、IL-17、IL-23及干擾素(IFN)-γ]的表達(dá)，改善大鼠體重減輕情況，顯著降低小鼠疾病活動(dòng)度指數(shù)和宏觀評(píng)分，使結(jié)腸長(zhǎng)度縮短得以改善，抑制了結(jié)腸組織病理惡化，降低了組織學(xué)評(píng)分，對(duì)CD大鼠具有良好的保護(hù)作用。以上研究說(shuō)明，通過(guò)激活TLR4信號(hào)通路，CD模型的結(jié)腸組織中促炎因子表達(dá)增加，從而引起結(jié)腸組織炎癥病變，而抑制該通路則顯著降低結(jié)腸組織的炎癥損傷，對(duì)CD的精準(zhǔn)靶向治療有重大意義。

3.反流性食管炎(RE)：RE是由胃、十二指腸內(nèi)容物反流入食管引起的食管炎癥性病變，屬于胃食管反流病(GERD)的范疇。RE的臨床表現(xiàn)為燒心、反酸、反流、胸骨后灼痛等。內(nèi)鏡下表現(xiàn)為食管黏膜的破損，即食管糜爛和(或)食管潰瘍，且有向Barrett食管和食管腺癌發(fā)展的危險(xiǎn)。

Yang等[14]研究表明，胃食管反流破壞食管遠(yuǎn)端黏膜屏障，使鱗狀上皮長(zhǎng)期暴露于各種微生物生態(tài)系統(tǒng)或微生物群落中，引起慢性炎癥。食管炎和Barrett食管的食管微生物群落均發(fā)生改變，革蘭陽(yáng)性菌顯著減少，革蘭陰性菌顯著增加，而LPS是革蘭陰性菌外膜的主要結(jié)構(gòu)，可通過(guò)激活TLR4/NFκB-通路上調(diào)促炎細(xì)胞因子基因表達(dá)。LPS對(duì)RE的潛在影響可能是通過(guò)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶松弛食管下括約肌，通過(guò)環(huán)氧合酶-2延遲胃排空。Verbeek等[15]研究發(fā)現(xiàn)，Barrett食管、RE患者TLR4表達(dá)明顯高于正常食管鱗癌患者，并推斷Barrett食管中TLR4的激活可導(dǎo)致環(huán)氧化酶(COX)-2大量增加，可能導(dǎo)致惡性轉(zhuǎn)化。劉亞婷等[16]研究發(fā)現(xiàn)，旋覆代赭湯能抑制TLR4/NF-κB表達(dá)從而減輕RE模型大鼠食管黏膜損傷，促進(jìn)食管黏膜損傷恢復(fù)。以上研究均證實(shí)，TLR4信號(hào)通路通過(guò)以下方式參與RE的發(fā)病機(jī)制：(1)TLR4信號(hào)通路的激活加重RE模型大鼠食管黏膜損傷；(2)TLR4信號(hào)通路的激活延遲胃排空，促進(jìn)食管反流；(3)TLR4的激活引起COX-2大量增加，可能導(dǎo)致Barrett食管和RE的惡性轉(zhuǎn)化。這些研究為RE的病因和治療提供了新思路。

4.非酒精性脂肪肝(NAFLD)：NAFLD已成為世界范圍內(nèi)慢性肝病的主要病因之一，以肝臟脂肪沉積為特征，最終可導(dǎo)致非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、纖維化、肝硬化和肝細(xì)胞癌(HCC)。

雖然NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但脂肪細(xì)胞和(或)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)脂肪組織產(chǎn)生的脂肪因子和細(xì)胞因子之間復(fù)雜的相互作用在NAFLD中起著重要作用。Polyzos等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在肝臟中脂聯(lián)素可通過(guò)抑制TLR4介導(dǎo)的信號(hào)通路發(fā)揮保肝作用，增加肝細(xì)胞活力和肝胰島素敏感性，減輕肝臟炎癥和纖維化。Rivera等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在遺傳性肥胖小鼠中，腸道通透性顯著增加，同時(shí)循環(huán)內(nèi)毒素可增加2～3倍，而TLR4基因缺陷可保護(hù)肝臟減少脂質(zhì)積聚。這些研究均表明，通過(guò)抑制TLR4信號(hào)通路或TLR4基因本身存在缺陷，可減輕NAFLD肝臟炎癥和纖維化改變，減少肝臟脂質(zhì)聚集，從而對(duì)肝臟起到保護(hù)作用。該研究結(jié)果對(duì)NAFLD的病理機(jī)制和治療有重大意義。

5.急性胰腺炎(AP)：AP是一種常見(jiàn)的急腹癥，是由胰蛋白酶自消化胰腺及其周圍組織所引起的一種化學(xué)炎癥性疾病。輕度急性胰腺炎(MAP)可能是一種自限性疾病，而重癥急性胰腺炎(SAP)發(fā)展迅速，可誘發(fā)多器官衰竭，死亡率較高。

Li等[19]研究發(fā)現(xiàn)，AP早期患者胰腺中TLR4、TNF-α和IL-6水平明顯高于健康對(duì)照組，血漿TNF-α水平的增加與TLR4的表達(dá)呈正相關(guān)，提示早期AP患者外周血單核細(xì)胞表面TLR4表達(dá)上調(diào)可能與疾病早期先天性免疫系統(tǒng)激活有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，天藍(lán)誘導(dǎo)的水腫性胰腺炎大鼠模型胰腺中早期TLR4 mRNA水平上調(diào)，血清中TNF-α等細(xì)胞因子水平隨之升高，兩者之間存在相關(guān)性[20]。作為先天免疫受體，TLR4在AP早期炎癥反應(yīng)的啟動(dòng)和特異性免疫的偶聯(lián)中起重要作用，其能識(shí)別內(nèi)源性配體，從而激活巨噬細(xì)胞釋放大量炎癥介質(zhì)，表現(xiàn)為機(jī)體過(guò)度的炎癥反應(yīng)，另外，TLR4基因的上調(diào)可能與AP期間多器官損傷的發(fā)生發(fā)展亦有關(guān)。

6.胃癌(GC)：GC是全球第五大最常見(jiàn)的惡性腫瘤，是導(dǎo)致惡性腫瘤相關(guān)死亡的第三大原因。除了遺傳性癌癥綜合征外，已知的危險(xiǎn)因素包括吸煙、飲酒、高鹽、高脂肪、肥胖、纖維素?cái)z入、衰老、經(jīng)濟(jì)地位低下及幽門螺桿菌感染。

Liu等[21]對(duì)中國(guó)北方地區(qū)TLR基因多態(tài)性和GC易感性研究發(fā)現(xiàn)，GC患者中TLR4 G-C(299Gly-399Thr)和G等位基因頻率較高，表明該基因多態(tài)性使GC風(fēng)險(xiǎn)增加。Li等[22]對(duì)中國(guó)個(gè)體GC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的研究發(fā)現(xiàn)，TLR4-2081G/A多態(tài)性可能降低GC發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，在一定程度上對(duì)幽門螺桿菌感染起保護(hù)作用。Hold等[23]的研究已證實(shí)在TLR4基因第4外顯子896A位置的功能多態(tài)性是GC發(fā)生的危險(xiǎn)因素之一。由此可見(jiàn)，TLR4相關(guān)基因多態(tài)性與GC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)，為GC診斷和治療的研究提供基因水平的新方向。

7.HCC：HCC是世界范圍內(nèi)普遍存在的惡性腫瘤，在亞洲更為普遍。人體內(nèi)誘發(fā)HCC的因素多種多樣，任何原因引起的肝硬化都會(huì)增加HCC的風(fēng)險(xiǎn)，特別是丙型肝炎(HCV)、乙型肝炎(HBV)、NAFLD或遺傳性血色素沉著病(HH)；其他報(bào)告的危險(xiǎn)因素包括接觸黃曲霉毒素、大量飲酒、糖尿病和肥胖[24]。

Lin等[25]的研究驗(yàn)證了TLR4在HCC細(xì)胞上具有功能表達(dá)，TLR4激動(dòng)劑LPS能夠促進(jìn)HCC細(xì)胞的增殖和克隆形成及COX-2/PGE2/STAT3正反饋環(huán)在TLR4誘導(dǎo)的HCC細(xì)胞增殖和化療耐多藥(MDR)中起主導(dǎo)作用，以上均證實(shí)了TLR4信號(hào)通路在HCC發(fā)病進(jìn)展中的分子機(jī)制。此外，Soares等[26]的研究發(fā)現(xiàn)HCC細(xì)胞中TLR4 mRNA和蛋白表達(dá)水平增加，提示TLR4可能通過(guò)某些機(jī)制誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞存活。Li等[27]研究發(fā)現(xiàn)，TLR4表達(dá)增加可能通過(guò)CXCR3/CXCL10相互作用增加HCC患者肝臟調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞的募集，從而增加腫瘤復(fù)發(fā)的機(jī)會(huì)。以上研究均表明TLR4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可促進(jìn)HCC細(xì)胞的增殖、克隆，誘導(dǎo)其存活，增加腫瘤的復(fù)發(fā)機(jī)會(huì)，為TLR4信號(hào)通路參與HCC進(jìn)展提供了準(zhǔn)確的分子機(jī)制，提示TLR4可能是一個(gè)有希望的HCC治療靶點(diǎn)。

8.結(jié)直腸癌(CRC)：CRC是全世界惡性腫瘤死亡的主要原因之一，是全球第三大最常被診斷的惡性腫瘤。CRC的復(fù)雜性主要?dú)w因于環(huán)境因素，遺傳因素僅起次要作用，只有約20%的CRC患者具有家族性基礎(chǔ)，如遺傳性非息肉病性CRC和家族性腺瘤性息肉病。目前已知危險(xiǎn)因素包括食源性突變、特定的腸道共生物和病原體及慢性腸道炎癥[28]；腺瘤被認(rèn)為是CRC的非專性前體病變，常見(jiàn)于50歲以上接受結(jié)腸鏡檢查的成年人。CRC最常見(jiàn)的癥狀是便血或復(fù)發(fā)性出血。

全基因組關(guān)聯(lián)研究表明遺傳變異有助于CRC預(yù)后診斷，迄今為止該項(xiàng)研究已成功在18個(gè)CRC危險(xiǎn)位點(diǎn)中識(shí)別出20個(gè)易感單核苷酸多態(tài)性[29]，其中TLR基因多態(tài)性已被高度關(guān)注。最近的研究表明，TLR4中的基因變異對(duì)CRC易感性至關(guān)重要，它們影響受體的胞外結(jié)構(gòu)域，從而降低其與配體識(shí)別的敏感性[30]。Doan等[31]觀察到不同年齡和性別的CRC患者的黏膜及不同CRC細(xì)胞系(HT29、SW480和KM20)的TLR4表達(dá)增加，而TLR4基因敲除的小鼠在很大程度上可避免結(jié)腸癌的發(fā)生?；蛩降难芯勘砻?，TLR4基因多態(tài)性與CRC的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有密切關(guān)系，為CRC的診療提供新的方向。而Yang等[32]發(fā)現(xiàn)，梭菌屬通過(guò)激活TLR4/NF-κB信號(hào)通路及上調(diào)微小RNA-21表達(dá)，增加小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)展，也證實(shí)結(jié)腸癌的發(fā)展與TLR4信號(hào)通路密切相關(guān)，為結(jié)腸癌的預(yù)防和治療靶向方法提供了思路。

三、小結(jié)

目前，已有多項(xiàng)研究證實(shí)TLR4在多種疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用。TLR4與消化系統(tǒng)的許多疾病有著非常密切的關(guān)系，可作為治療潛在靶標(biāo)，前景良好。然而，與TLR4相關(guān)的許多疾病的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，因此其如何通過(guò)具體機(jī)制發(fā)揮作用需深入研究，以加強(qiáng)我們對(duì)疾病的預(yù)防和進(jìn)一步治療。