TLR4信號(hào)通路在心力衰竭中的研究進(jìn)展*

李文倩 綜述，萬少枝，李冊(cè)興，孫培媛，呂建峰 審校

(三峽大學(xué)心腦血管研究所/三峽大學(xué)附屬仁和醫(yī)院心血管內(nèi)科，湖北 宜昌 443000)

心力衰竭(HF)是所有心血管疾病發(fā)展的最嚴(yán)重階段，即使治療HF的方法得到了很大改善，但隨著人口老齡化的增加，各種心血管疾病患病率也是增加的，最終導(dǎo)致進(jìn)展為HF的結(jié)局是不可避免的。據(jù)估計(jì)，全世界有6 430萬人患有HF，預(yù)計(jì)未來25年內(nèi)因HF入院者將增加50%[1]。

HF發(fā)病原因多種多樣，包括心肌損害、心臟負(fù)荷過重及不足均能導(dǎo)致HF的發(fā)生、發(fā)展。流行學(xué)數(shù)據(jù)表明，原發(fā)性心肌損害，如缺血性心肌病是HF的頭號(hào)發(fā)病原因[2]，其次為炎癥及免疫炎癥導(dǎo)致的心肌損害，如心肌炎、擴(kuò)張型心肌病等。其他病因包括代謝性疾病、高血壓、風(fēng)濕性心臟病、心律失常、感染、過度勞累均能加速HF的進(jìn)展。心肌細(xì)胞數(shù)量減少、心肌肥厚和心肌纖維化是HF的主要病理過程，導(dǎo)致心室重構(gòu)，進(jìn)而造成心肌順應(yīng)性下降，最終發(fā)生心臟舒縮功能障礙引起HF。大量研究表明，炎癥、免疫炎性反應(yīng)參與了HF的病理發(fā)展過程[3]。Toll受體4(TLR4)是模式識(shí)別受體中的一員，可激活下游相關(guān)信號(hào)通路,導(dǎo)致炎癥過程的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而作為影響HF的發(fā)生、發(fā)展的潛在靶點(diǎn)?，F(xiàn)重點(diǎn)介紹TLR4信號(hào)通路在HF發(fā)展中的作用，并更新最近的發(fā)現(xiàn)。

1 TLR4概述

1.1TLR4結(jié)構(gòu) TLR4是在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)Toll樣受體，主要由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)產(chǎn)生并分泌，表達(dá)于細(xì)胞膜表面。TLR4是Ⅰ型跨膜蛋白，由細(xì)胞外域、跨膜區(qū)及胞漿區(qū)三部分組成。胞外域結(jié)構(gòu)(氨基末端結(jié)構(gòu)域)由22～29個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)序列組成，形成1個(gè)馬蹄形結(jié)構(gòu)，胞漿區(qū)結(jié)構(gòu)域(羧基末端結(jié)構(gòu)域)與白細(xì)胞介素-1 (IL-1) 受體組成，稱為Toll/IL-1R 域，并且由于這種同源性，可激活與IL-1R共享的通路而發(fā)揮重要作用[4]。前者可結(jié)合病原體相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式激活下游信號(hào)通路,誘導(dǎo)一系列炎性反應(yīng)。既能結(jié)合外源性配體，如被脂多糖(LPS)激活，也可識(shí)別內(nèi)源性配體，如熱休克蛋白、高遷移率族框1和纖維蛋白原等，介導(dǎo)機(jī)體的炎癥過程進(jìn)而參與HF的過程[5]。

1.2TLR4信號(hào)途徑 TLR4主要由髓分化因子88(MyD88)和非MyD88依賴性信號(hào)傳導(dǎo)通路構(gòu)成。分別由MyD88和含TIR結(jié)構(gòu)域(Toll/IL-1R 域)的銜接蛋白誘導(dǎo)干擾素β介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子TRIF兩種銜接蛋白與胞內(nèi)區(qū)Toll/IL-1R 域結(jié)合激活下游信號(hào)，導(dǎo)致促炎性細(xì)胞因子和干擾素的產(chǎn)生，從而發(fā)生一系列炎性反應(yīng)。在MyD88依賴性信號(hào)途徑中MyD88招募一系列適配器蛋白，這些適配器蛋白能參與核因子-κB(NF-κB)和絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)途徑的激活，從而促進(jìn)各種細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，如IL-6、IL-1β、腫瘤壞死因子-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1等[6]。同時(shí)，MyD88下游的其他途徑，如Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)，也可激活并促進(jìn)依賴于NF-κB信號(hào)途徑炎性細(xì)胞因子的分泌。在TRIF依賴性途徑中一方面誘導(dǎo)1型干擾素的生成；另一方面也可激活NF-κB和MAPK信號(hào)通路，進(jìn)一步促進(jìn)炎性細(xì)胞因子的釋放[7]。

2 TLR4信號(hào)通路與HF的關(guān)系

TLRs中TLR4在心肌細(xì)胞的表達(dá)最多。有研究表明，HF患者TLR4表達(dá)明顯增多[8]。當(dāng)與其配體相結(jié)合后可激活下游相關(guān)炎癥信號(hào)通路進(jìn)而促進(jìn)HF的發(fā)生。

2.1TLR4/NF-κB信號(hào)通路與HF 一項(xiàng)臨床觀察性研究發(fā)現(xiàn)，TLR4表達(dá)與HF嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[9]。ALVRS等[10]發(fā)現(xiàn)，與正常組比較，肥胖組患者心臟重構(gòu)更加明顯及舒張功能明顯受限，且表達(dá)更多的TLR4、NF-κB和細(xì)胞因子。心臟中存在獨(dú)立的腎素-血管緊張素系統(tǒng)，局部心肌腎素-血管緊張素系統(tǒng)的激活可調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、分化和凋亡。在體外培養(yǎng)大鼠的心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，LPS配體與TLR4結(jié)合后激活NF-κB信號(hào)通路刺激血管緊張素原和血管緊張素受體上調(diào)，從而加重LPS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷，NF-κB抑制劑可抑制上述途徑進(jìn)而在HF中發(fā)揮保護(hù)作用[11]。由于TLR4的活化需要與骨髓分化蛋白2形成復(fù)合物，接下來TLR4/骨髓分化蛋白2與MyD88直接接觸，進(jìn)一步觸發(fā)NF-κB以誘導(dǎo)廣泛的促炎癥介質(zhì)[12]。半乳糖凝集素-3(Gal-3)是一種與HF患者心肌細(xì)胞纖維化和炎癥相關(guān)的生物標(biāo)志物。Gal-3抑制劑可下調(diào)TLR4、MyD88、NF-κB的表達(dá)，并抑制炎性反應(yīng)和改善心功能不全的指標(biāo)[13]。心肌肥大是HF不可逆的關(guān)鍵階段，激活TLR4/MyD88信號(hào)通路可逐漸導(dǎo)致心肌肥大[14]。因此，可以認(rèn)為TLR4/ MyD88/NF-κB是通過增加Gal-3的表達(dá)，促進(jìn)炎性反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致心肌肥大。c-Jun N-末端激酶(JNK)和p38 MAPK是介導(dǎo)HF患者心肌細(xì)胞凋亡的標(biāo)志物。伊伐布雷定可阻止心肌細(xì)胞發(fā)生凋亡，并且是通過抑制JNK/p38 MAPK介導(dǎo)的[15]。HU等[16]發(fā)現(xiàn)，TLR4基因敲除大鼠改善了心肌收縮能力和細(xì)胞內(nèi)Ca2+，可能是通過抑制NF-κB/JNK依賴性自噬激活實(shí)現(xiàn)的。由此可見，TLR4可通過激活NF-κB /JNK信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡導(dǎo)致心功能不全。因此，TLR4/NF-κB信號(hào)通路可通過炎性反應(yīng)、細(xì)胞自噬參與HF的發(fā)生。

2.2TLR4/高遷移性蛋白質(zhì)1(HMGB1)信號(hào)通路與HF HMGB1是核小體形成和基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，已被確定為心肌炎癥的重要介質(zhì)，并與HF的進(jìn)展相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1在HF中升高并且與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)，是HF患者死亡和心臟移植聯(lián)合終點(diǎn)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[17]。TASKIN[18]等發(fā)現(xiàn)，阿霉素可導(dǎo)致心肌毒性作用進(jìn)而導(dǎo)致HF，而HMGB1抑制劑可通過抑制細(xì)胞凋亡途徑防止心肌細(xì)胞數(shù)量的減少，并下調(diào)TLR4的表達(dá)，表明阿霉素是通過TLR4/HMGB1信號(hào)通路改善心肌細(xì)胞減少從而改善HF的。后來也有研究發(fā)現(xiàn)，TLR4/HMGB1信號(hào)通路能共同作用參與肺動(dòng)脈壓導(dǎo)致右心HF的發(fā)展進(jìn)程[19]。有趣的是，HMGB1高表達(dá)會(huì)造成心臟肥大和心臟功能障礙，對(duì)心肌細(xì)胞產(chǎn)生不利影響[20]。而另一項(xiàng)研究表明，在體外培養(yǎng)的大鼠心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)HMGB1對(duì)心肌細(xì)胞活力或凋亡無影響[21]。造成這種不同結(jié)果的原因可能是因?yàn)镠MGB1的增加會(huì)減輕DNA損傷，改善心肌細(xì)胞肥大而預(yù)防HF[22]。最近又有研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1在機(jī)械應(yīng)力下的促心肌細(xì)胞肥厚作用可上調(diào)TLR4的表達(dá)，但阻斷TLR4后并沒有阻止HMGB1的激活，說明HMGB1的激活致心肌肥厚似乎不受TLR4受體的影響。由此可知，TLR4/HMGB1的相互作用所致HF發(fā)展尚需大量研究證實(shí)。

2.3TLR4/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4(NOX4)信號(hào)通路與HF NOX是產(chǎn)生活性氧(ROS)的主要來源，氧化應(yīng)激是體內(nèi)ROS增加導(dǎo)致細(xì)胞氧化損傷的病理過程，且ROS可能參與了心臟各種生理和病理過程，如心肌肥大、細(xì)胞凋亡等[23]。NOX4是NOX家族酶中的一員，在心肌細(xì)胞中表達(dá)最多。在體外用阿霉素誘導(dǎo)的HF細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，NOX4高表達(dá)可促進(jìn)阿霉素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡導(dǎo)致HF的發(fā)生[24]。在缺血性HF中升高的血管緊張素Ⅱ會(huì)增加心臟NOX4的表達(dá)并誘導(dǎo)心肌纖維化和肥大，且NOX4能增強(qiáng)血管緊張素Ⅱ?qū)π呐K的作用，而NOX4敲除的小鼠心肌細(xì)胞中氧化應(yīng)激、心肌肥大、心肌纖維化、左心室功能障礙均明顯減弱[25]。TLR4作為參與HF生理和病理機(jī)制的研究已被廣泛證實(shí)，其也參與了NOX4的活化。一項(xiàng)體外研究在用異丙腎上腺素處理的H9c2心肌細(xì)胞中觀察到鐵凋亡樣細(xì)胞死亡，導(dǎo)致細(xì)胞活力降低，可能是HF中心肌細(xì)胞死亡的一種原因[26]。CHEN[27]等發(fā)現(xiàn)，在HF模型中TLR4、NOX4、GPX4表達(dá)均明顯上調(diào)，TLR4敲除后可明顯抑制NOX4、GPX4的表達(dá)并阻止細(xì)胞死亡從而改善心臟功能。最近有研究發(fā)現(xiàn)，自噬在HF的作用上是一把雙刃劍，基礎(chǔ)自噬可清除受損細(xì)胞器維持穩(wěn)態(tài)，過多自噬會(huì)消耗正常細(xì)胞的完整性導(dǎo)致疾病的發(fā)生[28]。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，LPS處理組TLR4、NOX4，以及自噬相關(guān)標(biāo)記物——LC3、Beclin-1和p62均明顯升高，并導(dǎo)致嚴(yán)重的心臟功能障礙，表明TLR4/NOX4信號(hào)通路通過細(xì)胞自噬介導(dǎo)LPS誘導(dǎo)的心臟炎癥[29]。證明TLR4/NOX4信號(hào)通路與HF氧化應(yīng)激和細(xì)胞自噬密切相關(guān)。

2.4其他TLR4信號(hào)通路與HF 除上述介紹的TLR4相關(guān)信號(hào)通路外，目前關(guān)于其他TLR4信號(hào)通路與HF的研究也日益增多。以往有研究表明，PI3K/Akt信號(hào)通路可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞生長(zhǎng)、心臟收縮參與調(diào)節(jié)心臟纖維化的發(fā)生、進(jìn)展和病理形成過程[30]。微小RNA越來越被認(rèn)為在心血管疾病中發(fā)揮了重要作用，并被提議作為HF的潛在診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物。ZHANG[31]等發(fā)現(xiàn)，在缺氧誘導(dǎo)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中微小RNA、PI3K、Akt表達(dá)均下調(diào)，TLR4表達(dá)上調(diào)，并觀察到明顯的氧化應(yīng)激及炎性反應(yīng)。由此可知，TLR4可通過抑制PI3K/Akt信號(hào)通路誘導(dǎo)心臟肥大，并有助于減少TLR4缺陷小鼠的心臟重塑。從主要的TLR4-NF-κB信號(hào)通路到PI3K/Akt信號(hào)通路的轉(zhuǎn)變可能在HF中具有保護(hù)作用。KATARE等[32]發(fā)現(xiàn)，在用LPS處理的H9c2細(xì)胞中炎癥因子——腫瘤壞死因子-α和IL-6表達(dá)增加，其中p53、TLR4也增加，SIRT2的表達(dá)顯著下降，且增加了細(xì)胞凋亡。因此，SIRT2/p53軸在TLR4介導(dǎo)的纖維化和細(xì)胞凋亡中具有重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，SIRT2對(duì)病理性心肌肥大具有保護(hù)作用，能調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞中的能量代謝，平衡心肌細(xì)胞的生存和死亡，從而抑制HF的發(fā)生[33]。由此可見，TLR4可作為HF未來研究的潛在靶點(diǎn)。

3 展 望

HF是各種心血管疾病進(jìn)展的最后階段，且患病率、再住院率和死亡率仍居高不下，導(dǎo)致患者預(yù)后仍較差，盡管關(guān)于TLR4相關(guān)信號(hào)通路在HF的病理生理機(jī)制中取得了很大的進(jìn)展，但對(duì)二者關(guān)系的了解仍不全面，向臨床應(yīng)用的完全過渡仍存在許多未解決的問題，如TLR4/HMGB1的相互作用致HF的機(jī)制仍不夠明確；關(guān)于TLR4通過各種炎性反應(yīng)對(duì)HF產(chǎn)生影響已經(jīng)被證實(shí)，目前關(guān)于氧化應(yīng)激、自噬介導(dǎo)HF的發(fā)展的研究也越來越多，但具體作用機(jī)制仍太少。因此，通過介紹TLR4信號(hào)通路與HF的關(guān)系提供新的思路進(jìn)一步研究。