TLR4/MyD88/NF-κB信號通路調(diào)控肝星狀細(xì)胞活化及其臨床意義

王志會 周石

肝纖維化是各種肝病發(fā)展過程中的病理生理過程,因病毒性肝炎、脂肪性肝炎、代謝性、自身免疫性及藥物毒物性肝炎等誘發(fā)的肝纖維化是肝病結(jié)局的關(guān)鍵因素。長期暴露于損傷因子下,可誘發(fā)肝硬化甚至肝細(xì)胞癌風(fēng)險[1]。肝纖維化的主要病理特點是肝實質(zhì)內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)合成與降解失衡,導(dǎo)致大量的細(xì)胞外基質(zhì)沉積在肝實質(zhì)[2]。細(xì)胞外基質(zhì)ECM產(chǎn)生最主要的來源是肌成纖維細(xì)胞,而肌成纖維細(xì)胞來源于活化的HSCs、門靜脈成纖維細(xì)胞、骨髓源性細(xì)胞以及肝實質(zhì)來源的細(xì)胞經(jīng)過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換(epithelial-mesenchymaltransformation,EMT)等多種途徑,但活化的肝星狀細(xì)胞是其主要的來源[3]。肝硬化是全球第11大常見死亡原因,并且肝硬化由于缺乏有效的治療方法,因而是目前世界性的重大健康問題[4]。

一、肝星狀細(xì)胞

肝星狀細(xì)胞被稱作Ito細(xì)胞、脂細(xì)胞或脂肪儲存細(xì)胞,1876年由von Kupffer首先報道[5]。靜止?fàn)顟B(tài)的肝星狀細(xì)胞負(fù)責(zé)肝臟再生、免疫調(diào)節(jié)、維持竇循環(huán)以及維生素A貯存和控釋,并為肝臟提供結(jié)構(gòu)和功能支持[6]。在肝損傷時,靜止?fàn)顟B(tài)的HSC被激活,導(dǎo)致其轉(zhuǎn)分化為具有增殖、收縮、炎癥、趨化性及纖維化特性的肌成纖維細(xì)胞(myofibroblasts,MFB)?；罨腍SC可表達(dá)α平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscleactin,α-SMA)、I及III型膠原纖維[7]。

二、TLR4調(diào)控肝星狀細(xì)胞活化致肝纖維化信號傳導(dǎo)通路

(一)Toll樣受體-4 Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)可通過進(jìn)化發(fā)展來識別源自微生物或受損細(xì)胞的結(jié)構(gòu)保守分子。其是天然免疫系統(tǒng)的重要成員之一,連接天然免疫和適應(yīng)性免疫[8]。其中,Medzhitov等[9]首次發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染到人細(xì)胞系中的人Toll的組成型活性突變體,即為TLR4。其可誘導(dǎo) NF-κB 的激活以及IL-1、IL-6、IL-8等炎性細(xì)胞因子的NF-κB控制基因的表達(dá)。TLR4主要由多個富含亮氨酸的重復(fù)序列組成,其中在胞外結(jié)構(gòu)域中富含亮氨酸的重復(fù)序列最多,該區(qū)域的變異性較大,主要起到特異識別病原相關(guān)分子模式以及損傷相關(guān)分子模式的作用[10,11]。

(二)Toll樣受體-4信號通路 脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)與TLR4識別與結(jié)合需要幾個信號分子:脂多糖結(jié)合蛋白(lipopolysaccharide binding proteins,LBP)、脂多糖受體CD14及髓樣分化蛋白-2(myeloid differentiation protein-2,MD-2)。LBP從革蘭氏陰性菌的外膜中提取LPS,并將其以單體形式轉(zhuǎn)移到CD14[12],CD14將TLR4轉(zhuǎn)導(dǎo)至MD-2,MD-2與TLR4形成二聚化復(fù)合體,LPS結(jié)合到MD-2并誘導(dǎo)其構(gòu)象改變,允許第二TLR4受體的結(jié)合[13]。TLR4的集成側(cè)包括一個TIR結(jié)構(gòu)域(Toll-IL-1結(jié)構(gòu)域),其與下游接頭分子TIR結(jié)構(gòu)域的特異相互作用決定了細(xì)胞內(nèi)信號的特異轉(zhuǎn)導(dǎo)。

TLR4/NF-κB信號通路的傳導(dǎo)有2條途徑:一條為髓樣分化蛋白-88(myeloid differentiation factor 88,MYD 88)依賴性途徑,另一條為MyD88非依賴性途徑。TLR4下游接頭分子均能夠?qū)⑿盘杺鬟f到TLR4的TIR結(jié)構(gòu)域,從而起到激活MyD88非依賴途徑或者M(jìn)yD88依賴途徑的作用。MyD88依賴性途徑是TLR4的下游,通過MyD88依賴性途徑可使活化的TIR結(jié)構(gòu)域與MyD88締合,促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。白介素-1受體相關(guān)激酶-1、白介素-1受體相關(guān)激酶-4以及腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6等募集到TIR-MyD88復(fù)合體,并導(dǎo)致白介素-1受體相關(guān)激酶-1以及腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6的磷酸化。磷酸化銜接子分子將上游信號傳導(dǎo)到下游,激活NF-κB時,IκB激酶(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase,IKK)被NF-κB誘導(dǎo)激酶磷酸化,并被泛素-蛋白酶途徑降解。NF-κB以及IKK復(fù)合物解聚后,核定位序列暴露并被轉(zhuǎn)運至細(xì)胞核內(nèi),與其相關(guān)DNA序列結(jié)合,啟動基因轉(zhuǎn)錄并釋放細(xì)胞因子[14]。MyD88非依賴途徑下,TLR4主要通過TRIF相關(guān)的接頭分子(TRIF-related adaptor molecule,TRAM)作為銜接子分子與TLRS相關(guān)的干擾素活化因子(Toll/IL-1R domain-containing adapter inducing IFN-beta,TRIF)相結(jié)合,激活TRIF。激活的TRIF與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-3、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6以及受體相互作用蛋白1和3相結(jié)合,使其活化,激活信號通路[15]。

三、TLR4信號通路在肝星狀細(xì)胞活化中的作用機(jī)制

(一)腸源性內(nèi)毒素血癥 肝纖維化是多種因素參與誘導(dǎo)的復(fù)雜病理生理過程,其中腸源性內(nèi)毒素血癥(intestinal endotoxemia,IETM)是肝纖維化過程中的重要誘導(dǎo)因素。其中,LPS是內(nèi)毒素的主要成分,而TLR4是介導(dǎo)內(nèi)毒素LPS反應(yīng)的細(xì)胞表面特異性受體。LPS/TLR4信號通路主要在免疫及炎癥機(jī)制中發(fā)揮作用,主要介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。目前研究表明,LPS/TLR4介導(dǎo)的MyD88/NF-κB信號通路在肝星狀細(xì)胞活化中發(fā)揮重要作用。約10%的肝硬化患者反復(fù)發(fā)生TLR激活調(diào)控的慢性肝炎和纖維化[16]。TLR4-MyD88-NF-κB信號通路存在于大多數(shù)細(xì)胞內(nèi),TLR4表達(dá)于肝星狀細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)與活化狀態(tài),但是其活化狀態(tài)時則會表達(dá)完整的TLR4/NF-κB信號通路[17,18]。肝星狀細(xì)胞激活是多方式、多途徑的,其中包括直接旁分泌通路、旁分泌活化通路及自分泌活化通路。但近幾年發(fā)現(xiàn)免疫系統(tǒng)在HSC激活有著重要作用,研究發(fā)現(xiàn)TLR4/MyD88信號通路可調(diào)控HSC活化、增殖及炎癥反應(yīng),導(dǎo)致NF-κB激活,激活的NF-κB通過核孔易位進(jìn)入細(xì)胞核[19],可介導(dǎo)大量炎癥因子(TNF-α、IL-6、IL-1β等)的分泌。上述炎癥因子的大量分泌可作用于HSCs,誘導(dǎo)HSCs激活。活化的HSCs可通過自分泌或者旁分泌途徑產(chǎn)生大量細(xì)胞因子,誘導(dǎo)瀑布級聯(lián)效應(yīng),從而使HSCs處于持續(xù)活化狀態(tài)[20]。此外,活化的HSC也分泌 TGF-β,TGF-β誘導(dǎo)靜止肝星狀細(xì)胞分化成為肌成纖維細(xì)胞,并產(chǎn)生大量的ECM累積在肝組織中,最終形成肝纖維化。

(二)肝內(nèi)其他細(xì)胞(肝巨噬細(xì)胞) 肝纖維化過程中,肝門脈系統(tǒng)以及體循環(huán)系統(tǒng)中LPS水平升高,同時伴隨肝損傷部位巨噬細(xì)胞及淋巴細(xì)胞等的聚集,活化巨噬細(xì)胞數(shù)量不斷增加,進(jìn)而誘發(fā)IL-1β、TNF-α、氮氧化物合成酶-2、環(huán)氧化酶-2等的轉(zhuǎn)錄表達(dá),導(dǎo)致肝細(xì)胞的受損[21]。TLR4作為LPS的信號傳導(dǎo)分子在單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞系統(tǒng)中廣泛存在。巨噬細(xì)胞通過TLR4信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用,導(dǎo)致NF-κB活化。NF-κB活化會增強(qiáng)活化肝星狀細(xì)胞的存活和增殖[22,23]。活化的肝星狀細(xì)胞與巨噬細(xì)胞間可通過分泌趨化因子、炎癥因子以及凋亡因子誘導(dǎo)雙方細(xì)胞的活化、分化、增殖和凋亡,并且能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的生成與降解,進(jìn)而影響肝纖維化的發(fā)生發(fā)展與抑制逆轉(zhuǎn)。

(三)氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是急性肝損傷最為重要的誘因之一,肝纖維化等各類肝病發(fā)生發(fā)展過程中均伴隨不同程度的氧化應(yīng)激。肝臟受到刺激時,LPS/TLR4信號通路除直接在免疫及炎癥機(jī)制中發(fā)揮作用外,還可激活還原型輔酶II(nicotinamide adenosine dinucleotide phosphate-hependent,NADPH)氧化酶,致使大量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生,進(jìn)而導(dǎo)致氧化應(yīng)激,通過TLR4信號通路在肝損傷、肝纖維化進(jìn)展中發(fā)揮作用[24,25]。

四、TLR4/MyD88/NF-κB信號通路防治策略

研究表明,TLR4信號通路在肝纖維化的發(fā)病機(jī)制中起重要作用,TLR4拮抗劑、LPS中和劑或長期服用抗生素是肝纖維化患者臨床試驗的主要考慮因素[26]。幾種TLR4小分子抑制劑,如脂質(zhì)A模擬物,可與TLR4-MD復(fù)合物結(jié)合,從而阻止脂質(zhì)A與LPS的部分結(jié)合以及隨后的TLR4激活。E5564TLR4拮抗劑E5564與細(xì)胞內(nèi)的一個大內(nèi)囊結(jié)合MD-2[27]。CRX-56CRX-526在體外和體內(nèi)抑制LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞因子分泌,并在兩種不同的實驗?zāi)Ｐ椭懈纳平Y(jié)腸炎[28-29]。其不針對MD-2,但在TLR4的細(xì)胞內(nèi)區(qū)域發(fā)揮其抑制作用,如抑制組成性活性受體嵌合體,其中TLR4的細(xì)胞外區(qū)域被CD4取代。

五、總結(jié)與展望

肝纖維化是一個動態(tài)的、雙向的過程,具有恢復(fù)和重建的內(nèi)在能力,目前研究表明,肝硬化是可逆的,其潛在機(jī)制包括炎癥環(huán)境的轉(zhuǎn)換、活化的HSCs消除或消退以及細(xì)胞外基質(zhì)的降解。TLR4/MyD88/NF-κB信號通路是誘導(dǎo)和促進(jìn)HSC激活的重要通路,也是肝纖維化形成最核心、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。TLR4/MyD88/NF-κB信號通路主要通過調(diào)控HSCs的活化、增殖、遷移以及基質(zhì)代謝等過程參與肝纖維化的形成。阻斷或沉默TLR4/MyD88/NF-κB信號通路,可抑制或阻斷HSC激活,繼而延緩肝纖維化過程進(jìn)展,對肝纖維化防治產(chǎn)生一定作用,為肝纖維化的臨床治療提供理論基礎(chǔ)和新的靶點。

利益沖突聲明:所有作者均聲明不存在利益沖突。