TLR4/NF-κB信號通路對變應(yīng)性鼻炎的調(diào)控作用及中藥治療的研究進(jìn)展

劉 朋 康成林 劉江琦 曾憲海 劉 悅 邱書奇

變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis,AR) 作為臨床上常見的慢性鼻科病,在全球的發(fā)生率正逐年升高,較發(fā)達(dá)地區(qū)和國家尤為明顯,逐漸成為困擾全球范圍的健康問題[1]。目前經(jīng)典信號通路在變應(yīng)性疾病中的應(yīng)用研究中已獲得不少成果,繼續(xù)針對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路具體發(fā)病機(jī)制的深入探討,可以探索更有效的防治AR的方法,近年來的研究熱點(diǎn)主要集中在可以減少AR炎性細(xì)胞因子釋放的上游通路。Toll樣受體(toll like receptor,TLR)可以借助依賴髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,Myd88)及非依賴Myd88途徑來影響AR的起病,其中TLR4是可以通過兩種途徑來激活核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor-κB,NF-κB)信號通路的重要受體。當(dāng)TLR4/NF-κB信號通路激活后,機(jī)體將不斷分泌白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-4、IL-5、IL-13等與AR發(fā)病相關(guān)的炎性細(xì)胞因子,將引起AR的典型臨床癥狀[2]。既往研究表明,當(dāng)抑制TLR4/NF-κB信號通路激活時(shí),可減少炎性細(xì)胞因子的分泌量,同時(shí)能緩解患者的炎性反應(yīng)。一項(xiàng)關(guān)于經(jīng)玉屏風(fēng)散干預(yù)后TLR4/NF-κB信號通路中相關(guān)蛋白改變的研究,結(jié)果表明玉屏風(fēng)散可以減少TLR4/NF-κB信號通路中的基因表達(dá)及相關(guān)蛋白的生成,進(jìn)而緩解AR的臨床癥狀[3]。TLR4/NF-κB位于多種炎性細(xì)胞因子的上游,是調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)移的重要通路,在AR治療中是多種抗炎藥物以及中藥療法的潛在靶點(diǎn),在AR中的作用機(jī)制中也是研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),TLR4/NF-κB信號通路存在調(diào)控輔助性T細(xì)胞(T helper lymphocyte,Th)1/Th2平衡、參與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(T regulatory cell,Treg)和Th17細(xì)胞的增值與分化等分子途徑的作用,可能成為治療AR的潛在靶點(diǎn)。因此,該文對TLR4/NF-κB在AR中的調(diào)控作用及中藥治療研究進(jìn)行綜述。

一、TLR4/NF-κB的生物學(xué)特征及功能

TLR是一個(gè)跨膜受體家族,具有稱為Toll/白細(xì)胞介素1受體(IL-1R)域的細(xì)胞質(zhì)信號結(jié)構(gòu)域,并在機(jī)體免疫細(xì)胞中廣泛表達(dá),從而調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫應(yīng)答[4]。位于B淋巴細(xì)胞表面的TLR被激活后不僅能使B淋巴細(xì)胞抗原遞呈能力增加,還可以增加共刺激分子的表達(dá),這使得B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞非特異性抗原更有效地相互作用,提升機(jī)體免疫應(yīng)答敏感度[5]。

在TLR家族中,TLR4是第一個(gè)識(shí)別和響應(yīng)病原體相關(guān)分子模式的TLR,包括質(zhì)膜上的脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)[6]。TLR4由細(xì)胞膜外含有多個(gè)亮氨酸的重復(fù)序列(leucine-rich repeat,LRR)、中間跨膜區(qū)及細(xì)胞膜內(nèi)的Toll-IL-1R域(TIR)3部分構(gòu)成,TLR4利用TIR結(jié)構(gòu)域和分化因子(MyD88)接合子樣蛋白(myelin and lymphocyte,Mal)作用,然后Mal與MyD88相結(jié)合,當(dāng)MyD88激活后可以使IL-1受體相關(guān)激酶(interleukin receptor associated kinase,IRAK)進(jìn)行自動(dòng)磷酸化[4]。而激活后的IRAK將和腫瘤壞死因子相關(guān)受體(transmissive right angle film,TRAF) 更深入的相互作用,其中TRAF-6是此轉(zhuǎn)導(dǎo)中最重要的亞型[7,8]。當(dāng)TRAF-6被激活后,進(jìn)一步與二聚體泛素絡(luò)合酶Ubc13-Ubc樣蛋白Uev1合成復(fù)合物,促使K63泛素鏈的產(chǎn)生,緊接著轉(zhuǎn)化生長因子β活化激酶1(transforming growth factor β-activated kinase,TAK1)被活化,經(jīng)激活后的TAK1在TLR4/NF-κB信號通路中起關(guān)鍵作用。然而MyD88非依賴性通路的激活則需要TRIF轉(zhuǎn)接分子(transverse rectus abdominis musculocuta-neous,TRAM)的參與,TRAM作為TLR和TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIR-domain-containing adapter-induting interferon-β,TRIF)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)接分子,當(dāng)TRAM-TRIF信號被激活,TRIF進(jìn)一步經(jīng)受體相關(guān)蛋白激酶1(receptor-interacting protein 1,RIP1)傳遞給TRAF-6,這是MyD88非依賴性通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)最后一步,同時(shí),TAK1作為 IκB激酶(inhibitor of kappa B kinase,IKK)的上游蛋白可激活NF-κB信號通路[4,9]。

NF-κB是重要的核蛋白因子,不僅能調(diào)控多種蛋白的合成,還參與細(xì)胞分化、增殖、凋亡等過程。TAK1激活后會(huì)使IKKβ磷酸化,當(dāng)IKK整體被激活時(shí),可與IκB/p65復(fù)合物相互作用導(dǎo)致IκB的磷酸化[10]。NF-κB信號通路利用模式識(shí)別受體或細(xì)胞因子受體識(shí)別其配體時(shí)開始激活,使其受體改變活化IκB激酶α(IKKα),IKKα磷酸化NF-κB抑制蛋白α(IκBα),致IκBα活化解離,自由的NF-κB立即從胞質(zhì)入核,開啟基因轉(zhuǎn)錄過程,產(chǎn)生相關(guān)炎性細(xì)胞因子[7]。同時(shí),IκB磷酸化后再經(jīng)過泛素化,最終被26s蛋白水解酶水解,使p65從復(fù)合物中暴露,因此,核定位序列可將NF-κB拖拽至細(xì)胞核內(nèi),NF-κB p65與啟動(dòng)子和增強(qiáng)子元件結(jié)合,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄反應(yīng)和染色質(zhì)重塑,具體過程見圖1[11]。

圖1 TLR4/NF-κB通路激活介導(dǎo)炎性反應(yīng)簡圖

二、TLR4/NF-κB信號通路在AR中的調(diào)控作用

1.TLR4/NF-κB信號通路調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡的作用:AR的重要起病機(jī)制是Th2型細(xì)胞因子(如IL-4、IL-5等)分泌增加而導(dǎo)致的Th1/Th2細(xì)胞比例失衡,并伴有鼻腔黏膜內(nèi)組胺的釋放及嗜酸性粒細(xì)胞的浸潤[12]。而TLR/NF-κB信號通路對Th1/Th2免疫細(xì)胞具有重要調(diào)節(jié)作用,已有充分研究證明,TLR能間接調(diào)控Th1/Th2細(xì)胞免疫炎性細(xì)胞因子的平衡,同時(shí)TLR可以調(diào)節(jié)與AR相關(guān)的肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞,其中關(guān)于TLR4的信號通路的研究尤其普遍[13]。在機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)進(jìn)程中,通過TLR4/NF-κB信號通路可以調(diào)控Th1/Th2平衡及其細(xì)胞因子分泌和表面分子的表達(dá)。

研究發(fā)現(xiàn),共軛亞油酸(conjugated linoleic acid,CLA)可以通過調(diào)節(jié)TLR4/MyD88/NF-κB和環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)/5-脂氧合酶(5-lipoxygenase,5-LOX)信號通路來有效減少血清免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)和IL-4水平,使Th1/Th2細(xì)胞因子維持平衡,以達(dá)到治療小鼠特應(yīng)性皮炎的目的[14]。在另一項(xiàng)研究中,黃芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)可以降低小鼠組織內(nèi)TLR4、NF-κB p65蛋白的表達(dá),同時(shí)使得Th1細(xì)胞因子IL-2、干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)比例升高,Th2細(xì)胞因子IL-4、IL-10比例降低,恢復(fù)Th1/Th2平衡[15]。相似的研究,通過降低TLR4、MyD88、NF-κB相關(guān)蛋白的表達(dá)水平,升高Th1相關(guān)的炎性細(xì)胞因子IFN-γ、IL-12,降低Th2相關(guān)的炎性細(xì)胞因子IL-4、IL-6,維持Th1/Th2平衡[16]。大量的研究表明,可以通過TLR4/NF-κB信號通路來調(diào)節(jié)機(jī)體維持Th1/Th2平衡。同時(shí)TLR4/NF-κB信號通路在上呼吸道疾病中的作用研究也在進(jìn)一步開展,川穹內(nèi)酯(ligustilide,LIG)通過TLR4/MyD88/NF-κB p65信號轉(zhuǎn)導(dǎo)改善博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化(pulmonary fibrosis,PF),改善通氣,減少成纖維細(xì)胞,減少氧化應(yīng)激和凋亡,并重新平衡Th1/Th2免疫[17]。一項(xiàng)關(guān)于小鼠哮喘的研究中發(fā)現(xiàn),可通過阻斷TLR4/NF-κB信號通路調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡,提高IL-12水平,降低IL-4、IL-5和IL-13水平,并抑制哮喘中的炎性反應(yīng)[18]。有關(guān)中成藥鼻淵通竅顆粒治療AR大鼠的研究發(fā)現(xiàn),結(jié)果提示能有效阻斷激活的TLR4/NF-κB信號通路,其中干預(yù)組大鼠Th1細(xì)胞亞群百分比顯著升高,Th2細(xì)胞亞群百分比降低,能有效調(diào)控Th1/Th2細(xì)胞炎性細(xì)胞因子的平衡,減輕炎性反應(yīng)及臨床癥狀[19]。當(dāng)TLR4參與的NF-κB信號通路被激活,其對自身免疫性疾病以及超敏反應(yīng)等疾病中都有不可替代的作用,并且在激活后產(chǎn)生瀑布式反應(yīng),然后與相關(guān)炎性細(xì)胞因子發(fā)生交互作用,從而導(dǎo)致或加重炎性反應(yīng)。上述研究均表明,可以通過調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB信號通路來影響和改善AR中Th1/Th2的免疫平衡。

2.TLR4/NF-κB信號通路參與Th17/Treg的增值與分化:Th17、Treg細(xì)胞均是CD4+T細(xì)胞的亞群,對機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)和炎癥感染的調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用。Th17/Treg細(xì)胞平衡失調(diào)已被證明與多種變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān),且與多種因素相關(guān),包括T淋巴細(xì)胞受體(T cell receptor,TCR)信號、細(xì)胞因子、代謝和表觀遺傳調(diào)節(jié)因子,可影響Th17及Treg細(xì)胞分化并影響其平衡[20]。研究表明,Th17細(xì)胞及其細(xì)胞因子是AR的主要參與者,推動(dòng)AR病情的發(fā)展[21]。Th17/Treg細(xì)胞免疫失衡是導(dǎo)致AR發(fā)病的一種重要機(jī)制,基于Th17/Treg細(xì)胞軸來調(diào)控Th17的免疫應(yīng)答與Treg的免疫抑制有利于AR疾病的轉(zhuǎn)歸[22]。

研究結(jié)果表明,Graves病患者的血清中IL-6、IL-17、TLR4和NF-κB含量增多,同時(shí)轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)含量減少,TLR4/NF-κB信號通路被激活后可能導(dǎo)致Treg/Th17細(xì)胞因子紊亂[23]。孕早期BPA暴露可通過激活TLR4/NF-κB信號通路造成仔鼠Th1/Th2失衡與Treg/Th17細(xì)胞分化異常[24]。以上研究均表明,當(dāng)激活TLR4/NF-κB信號通路可引起機(jī)體Treg/Th17失衡。一項(xiàng)關(guān)于槲皮素(quercetin,QE)的研究發(fā)現(xiàn),QE顯著降低了TLR4相關(guān)蛋白質(zhì)和mRNA表達(dá),同時(shí)減少了NF-κB和其相關(guān)炎性細(xì)胞因子IL-6、IL-17,此外,阻斷TLR4增強(qiáng)了QE調(diào)節(jié)Th17/Treg失衡的效果,Treg優(yōu)勢受TLR4/MyD88/NF-κB信號通路調(diào)節(jié),表明QE可以恢復(fù)Th17/Treg平衡,并通過TLR4-MyD88-NF-κB途徑介導(dǎo)。另有研究證明,納曲酮(naltrexone,NTX)可抑制TLR4/NF-κB信號通路來調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞亞群CD4+T細(xì)胞,恢復(fù)Th1/Th2細(xì)胞、Th17/Treg細(xì)胞免疫平衡,降低促炎性細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α(tumournecrosisfactor-α,TNF-α)、IL-6、IL-12α和IL-17的表達(dá),增加抗炎性細(xì)胞因子IL-10的表達(dá),并調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)以重建免疫平衡來減輕炎癥[25]。研究表明,綠原酸改善AR相關(guān)癥狀和免疫反應(yīng)的作用機(jī)制與其抑制CD4+T細(xì)胞分化為Th17細(xì)胞有關(guān)。上述研究均表明,通過干預(yù)TLR4/NF-κB信號通路通過負(fù)向調(diào)控Th17細(xì)胞的分化來調(diào)節(jié)Th17/Treg細(xì)胞免疫平衡緩解AR癥狀,這為研發(fā)治療AR的新藥提供了科學(xué)依據(jù),具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的臨床可行性。

三、中藥通過抑制TLR4/NF-κB信號通路治療AR

AR患者的治療方式主要包括抗組胺藥鼻腔黏膜減充血?jiǎng)┘疤瞧べ|(zhì)激素等,常伴有不少不良反應(yīng)(如口干、嗜睡、頭暈),其中一些可能會(huì)嚴(yán)重影響生活質(zhì)量[1]。而中藥或者聯(lián)合中藥的治療方式,可提高AR的治療的效果,同時(shí)減少不良反應(yīng)。研究證明,消風(fēng)宣竅湯可以有效抑制AR起病過程中TLR4/NF-κB信號通路相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄,通過恢復(fù)T淋巴細(xì)胞失衡,減少IgE的生成及黏膜組胺的釋放,進(jìn)而有效控制AR臨床癥狀。研究發(fā)現(xiàn),木犀草素通過調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB信號通路促進(jìn)Th1型細(xì)胞因子和抑制Th2型細(xì)胞因子的水平來改善AR大鼠的炎癥和恢復(fù)Th1/Th2平衡。林甦等[3]通過玉屏風(fēng)散干預(yù)AR小鼠的研究,數(shù)據(jù)顯示,中、高劑量組IL-4、IL-5、IgE含量明顯減少,IL-10、IFN-γ含量明顯上升,提示玉屏風(fēng)散可以有效改善AR相關(guān)炎性細(xì)胞因子水平,并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其可以明顯降低TLR4、NF-κB p65基因及蛋白表達(dá),表明其對TLR4/NF-κB信號通路具有明顯的調(diào)控功能,當(dāng)劑量越高調(diào)節(jié)作用相對較好。一項(xiàng)關(guān)于鼻淵通竅顆粒治療AR大鼠的效果及機(jī)制研究,與對照組比較,模型組鼻黏膜組織中TLR4及NF-κB p65蛋白含量明顯增多,與模型組比較,治療組大鼠鼻黏膜組織中TLR4及NF-κB p65蛋白含量明顯減少,結(jié)果提示,經(jīng)鼻淵通竅顆粒經(jīng)治療后AR大鼠的炎性反應(yīng)及局部癥狀明顯緩解,同時(shí)能起到抑制TLR4/NF-κB信號通路的作用,并且阻擾TLR4/NF-κB信號通路的激活可能是其調(diào)控臨床作用的分子機(jī)制[19]。劉書芹等[26]研究發(fā)現(xiàn),通過黃連解毒湯治療后,與對照組比較,鼻黏膜組織中的IL-4、IL-5含量較低,同時(shí)鼻黏膜組織中TLR4、NF-κB p65蛋白含量明顯減少。以上研究均提示部分中藥可以有效阻斷TLR4/NF-κB信號通路治療AR,但其具體分子機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。

四、展 望

TLR4/NF-κB信號通路在AR中具有重要作用,目前AR發(fā)生、發(fā)展的炎性應(yīng)激損傷機(jī)制尚未完全明確。近年來,AR發(fā)病機(jī)制逐漸發(fā)展為Th1/Th2免疫失衡及Th17/Treg細(xì)胞失衡。TLR4/NF-κB信號通路在免疫應(yīng)急狀態(tài)下不僅能調(diào)控Th1/Th2平衡,還可以調(diào)控Th17及Treg細(xì)胞的分化,同時(shí)抑制TLR4/NF-κB信號通路可以引起IgE含量降低、炎性細(xì)胞因子分泌減少。因此,通過研究靶向TLR4/NF-κB信號通路的藥物去治療AR前景巨大,可為治療AR的新思路。但目前研究針對TLR4/NF-κB信號通路分子層面的研究較少,對參與TLR4/NF-κB通路的蛋白K63泛素鏈等研究不深,信號通路鏈有待于進(jìn)一步完善。再者,中藥治療AR機(jī)制較為復(fù)雜,接下來的研究可以利用TLR4/NF-κB信號通路全面探索中藥治療AR的具體機(jī)制。既往研究數(shù)據(jù)證明,miRNA在機(jī)體免疫應(yīng)答中具有重要調(diào)節(jié)作用,而且miRNA種類、靶點(diǎn)較多,可以在現(xiàn)有通路研究的基礎(chǔ)上,深入研究免疫炎癥相關(guān)miRNA與TLR4/NF-κB通路的關(guān)系。同時(shí),中藥也可基于miRNA/TLR4/NF-κB做進(jìn)一步研究,深入探討中藥治療的作用機(jī)制,這可以拓展中藥在現(xiàn)今科研領(lǐng)域的影響,同時(shí)可以作為臨床應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。