TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路在痛風(fēng)中的研究進(jìn)展

白冬雪, 李 靖(綜述), 馬利鋒(審校)

痛風(fēng)是由于血尿酸濃度升高,尿酸鈉(monosodium urate,MSU)晶體沉積在關(guān)節(jié)、肌腱及其周圍軟組織中,從而導(dǎo)致炎癥性關(guān)節(jié)炎間歇性發(fā)作[1]。如不及時(shí)治療,可能導(dǎo)致不可逆的關(guān)節(jié)損傷、慢性炎癥及關(guān)節(jié)畸形。除了改變飲食和生活方式外,痛風(fēng)的藥物治療還包括抗炎和降低尿酸鹽的藥物。該病有顯著的性別差異,女性發(fā)病率顯著低于男性[1]。痛風(fēng)在全世界的發(fā)病率呈升高趨勢(shì)。據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì),痛風(fēng)患病率為2.7%～6.7%[2],2010—2017年我國(guó)痛風(fēng)患病率約為1.1%[3]。痛風(fēng)急性發(fā)作期的一系列臨床表現(xiàn),是由沉積的MSU晶體的先天免疫反應(yīng)引起的。Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)是模式識(shí)別受體(pattern-recognition receptors,PRRs),是先天免疫系統(tǒng)中的一種。有研究表明,痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎是由于過飽和的MSU晶體在血液中析出,并與巨噬細(xì)胞產(chǎn)生作用,誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞聚集、趨化,大量中性粒細(xì)胞進(jìn)入滑膜和關(guān)節(jié)液,吞噬MSU晶體后引起脫顆粒、溶酶體和細(xì)胞膜的溶解、白細(xì)胞募集以及炎癥介質(zhì)的進(jìn)一步釋放,激活TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路,形成了正反饋循環(huán),使炎癥級(jí)聯(lián)放大[4]。本文以痛風(fēng)及TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路為主線,綜述了TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路與痛風(fēng)的相關(guān)性及以此信號(hào)通路為靶點(diǎn)的治療方法。

1 痛風(fēng)的發(fā)病機(jī)制

痛風(fēng)的主要病因包括尿酸的產(chǎn)生增加或排泄減少,產(chǎn)生增加主要是由遺傳原因或與嘌呤代謝有關(guān)的酶缺陷引起;排泄減少主要與已發(fā)現(xiàn)的幾種尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)體有關(guān),如尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)體通道、尿陰離子交換器和有機(jī)陰離子家族成員[5]。此外,痛風(fēng)的發(fā)生常與其他疾病相關(guān),如高血壓、肥胖、心血管疾病、糖尿病、血脂異常、慢性腎臟疾病[1]。當(dāng)血清尿酸水平超過一定濃度,尿酸就會(huì)析出并形成MSU結(jié)晶在關(guān)節(jié)等部位沉積,從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)周圍的炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致痛風(fēng)急性發(fā)作[6]。痛風(fēng)發(fā)病機(jī)制主要是兩種:一是通過TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路,二是通過調(diào)控NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域3(NOD-like receptor family pyrin domain containing 3,NLRP3)炎癥小體組裝機(jī)制。MSU晶體是一種損傷相關(guān)分子,目前大多研究發(fā)現(xiàn)痛風(fēng)發(fā)作可能與MSU晶體沉積關(guān)節(jié)刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)而導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)密切相關(guān)[7]。TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路是目前研究較多的。此通路調(diào)控白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎性因子的產(chǎn)生,并在痛風(fēng)發(fā)病過程中起重要作用。

2 TLRs

2.1TLRs的定義、結(jié)構(gòu)、功能 TLRs是PRRs家族,在發(fā)生感染和細(xì)胞損傷的免疫反應(yīng)中發(fā)揮核心作用。它們最先在果蠅中被發(fā)現(xiàn),目前TLRs在人類中發(fā)現(xiàn)有10種(TLR1～TLR10),小鼠中發(fā)現(xiàn)有12種(TLR1～TLR9和TLR11、TLR12、TLR13)[8]。TLRs是一種Ⅰ型跨膜蛋白,其結(jié)構(gòu)由胞外區(qū)、跨膜區(qū)、胞漿區(qū)三個(gè)部分組成。胞外區(qū)含有富含亮氨酸的重復(fù)序列,具有馬蹄形結(jié)構(gòu),可識(shí)別各種配體;胞漿區(qū)為Toll-IL-1受體結(jié)構(gòu)域(Toll-IL-1 receptor domain,TIR),可激活下游信號(hào)通路[9]。TLRs存在于所有先天免疫細(xì)胞上,如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞等,TLRs能夠識(shí)別外部病原體上的病原相關(guān)分子模式和內(nèi)部損傷相關(guān)分子模式[10]。幾乎所有生物都編碼不同的TLRs,TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR11表達(dá)于細(xì)胞膜上,主要識(shí)別脂質(zhì)、脂蛋白等微生物膜成分,如TLR4主要識(shí)別脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)并在質(zhì)膜上轉(zhuǎn)導(dǎo)LPS信號(hào),它檢測(cè)微生物細(xì)胞表面成分;TLR5可識(shí)別鞭毛蛋白;TLR1、TLR2和TLR6檢測(cè)細(xì)菌脂蛋白;TLR3、TLR7、TLR8和TLR9位于細(xì)胞質(zhì)中,僅在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體和內(nèi)溶酶體等細(xì)胞內(nèi)小泡中表達(dá),具有識(shí)別微生物核酸,如TLR3特異性檢測(cè)雙鏈RNA(dsRNA)等核酸,TLR7和TLR8可識(shí)別單鏈RNA;TLR9是含有雙鏈DNA的未甲基化寡核苷酸,而TLR13識(shí)別細(xì)菌核糖體RNA[11-12]。TLRs通過與其配體的作用而被激活,產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子、趨化因子等。此外,TLRs參與抗原呈遞細(xì)胞的成熟和分化,從而將先天免疫反應(yīng)和獲得性免疫反應(yīng)聯(lián)系起來。已報(bào)道TLRs基因在免疫組織(如脾、胸腺、淋巴結(jié))和非免疫組織(骨骼肌、腦、肺、腸和胰腺等)以及所有天然免疫細(xì)胞和獲得性免疫細(xì)胞上表達(dá)[13]。

2.2TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 TLR2/TLR4在被如CD14、LPS和MD2等配體激活后,TLR2/TLR4的細(xì)胞質(zhì)TIR結(jié)構(gòu)域募集信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)接頭的MyD88形成復(fù)合物,激活下游各種激酶IRAK4、IRAK1,進(jìn)而導(dǎo)致TNF受體相關(guān)因子6(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)被募集和激活,激活kappa B抑制因子激酶復(fù)合物(inhibitor of kappa B kinase,IKK)α、IKKβ、IKKγ。TLR4還通過非MyD88依賴途徑,募集TRAM和TRIF形成復(fù)合物,激活TRAF3,進(jìn)而激活I(lǐng)KKε、TANK結(jié)合激酶1。兩者最終導(dǎo)致NF-κB被激活,啟動(dòng)前炎性IL-1β的表達(dá)。產(chǎn)生炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),生成如TNF-α、IL-1β等細(xì)胞炎癥因子[14-15]。

3 TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與痛風(fēng)的相關(guān)性

3.1TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)基因的研究 在痛風(fēng)的發(fā)病過程中,雖然痛風(fēng)的許多炎性介質(zhì)已被識(shí)別,但僅有13個(gè)等位基因與統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著的遺傳關(guān)聯(lián)[4],其中與TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)的基因主要包括TLR4、分化簇14(cluster of differentiation 14,CD14)、IL-1β、TNF-α。

3.1.1 TLR4 TLR4是一種PRRs,其基因高度多態(tài),與自身免疫及自身炎癥有關(guān)。TLR4基因rs2149356T>G單核苷酸多態(tài)性可能與我國(guó)漢族人群原發(fā)性痛風(fēng)發(fā)病相關(guān),TT基因型是痛風(fēng)發(fā)病的危險(xiǎn)因素,可能參與調(diào)節(jié)TLR4-IL-1β信號(hào)通路以及免疫、炎癥、脂質(zhì)代謝[16-17]。TLR4已被證明在痛風(fēng)小鼠模型對(duì)MSU晶體的炎癥反應(yīng)中是必要因素[18]。研究表明,在服用抗TLR4抗體時(shí),血清IL-1β在發(fā)作期間降低,表明TLR4是未來痛風(fēng)療法發(fā)展的合理靶點(diǎn)[19]。

3.1.2 CD14 CD14是痛風(fēng)炎癥的重要介質(zhì)TLR2和TLR4的共同受體。體外研究表明,sCD14可與MSU晶體結(jié)合;CD14陰性細(xì)胞仍可吞噬MSU晶體,但產(chǎn)生的炎性細(xì)胞因子IL-1β減少約90%,有力地支持了CD14在痛風(fēng)炎癥中的作用[20]。CD14中功能基因變異的獲得增加了TLR4介導(dǎo)的信號(hào)對(duì)MSU晶體的反應(yīng),而功能變異的缺失減少了IL-1β的誘導(dǎo)和白細(xì)胞的滲透。因此,CD14在痛風(fēng)中可能具有促炎作用[20]。但一項(xiàng)研究表明,與健康對(duì)照組相比,痛風(fēng)患者的膜結(jié)合CD14和sCD14均減少,將MSU晶體應(yīng)用于外周血單核細(xì)胞CD14的表達(dá)也減少[21]。這可能表明CD14在痛風(fēng)的自發(fā)緩解中起重要作用。

3.1.3 IL-1β IL-1β被認(rèn)為是痛風(fēng)炎癥的中樞,可通過刺激促炎細(xì)胞因子、趨化因子8和IL-6釋放以及內(nèi)皮細(xì)胞上黏附分子的上調(diào)而加劇痛風(fēng)相關(guān)的炎癥,導(dǎo)致中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞等重新聚集到MSU晶體沉積部位[22],中性粒細(xì)胞募集后,炎癥的正反饋循環(huán)隨之而來。據(jù)報(bào)道,MSU晶體存在下的脂肪酸在與TLR2結(jié)合后誘導(dǎo)大量IL-1β的釋放,通過動(dòng)物模型研究證實(shí)了游離脂肪酸和MSU在誘導(dǎo)小鼠IL-1β產(chǎn)生和MSU結(jié)晶性炎癥反應(yīng)中的協(xié)同作用[23]。MSU晶體還可以刺激C5a補(bǔ)體蛋白的產(chǎn)生,進(jìn)而通過產(chǎn)生活性氧和激活炎癥小體來刺激IL-1β的產(chǎn)生[24]。對(duì)抑制IL-1β作為痛風(fēng)的治療進(jìn)行了幾項(xiàng)臨床試驗(yàn)。Schlesinger等[25]發(fā)現(xiàn),卡那單抗是一種人類抗IL-1β的單抗,降低了痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎急性發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)。歐洲藥品管理局認(rèn)為卡那單抗可用于痛風(fēng)頻繁發(fā)作且對(duì)秋水仙堿、非甾體抗炎藥、口服和注射皮質(zhì)類固醇有禁忌證的患者[26]。對(duì)IL-1受體拮抗劑阿那白滯素進(jìn)行了臨床研究,結(jié)果顯示其對(duì)急性痛風(fēng)發(fā)作的療效不遜于通常的治療方法[27]。

3.1.4 TNF-α TNF-α是一種被廣泛研究的促炎細(xì)胞因子,痛風(fēng)患者血清TNF-α升高,MSU晶體刺激單核細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α,TNF-α通過其受體促進(jìn)天冬氨酸蛋白水解酶1的激活,導(dǎo)致NLRP3炎癥體的激活,從而導(dǎo)致痛風(fēng)加重,TNF-α還促進(jìn)pro-IL-1β的合成,從而產(chǎn)生IL-1β[28-29]。研究表明,rs1800630的A變異與TNF-α和血清TNF-α水平降低相關(guān)[30]。這可能表明局部和全身TNF-α表達(dá)的影響存在重要差異。目前已開發(fā)出幾種TNF-α抑制劑。可用的拮抗劑包括:依那西普,一種與IgG的Fc部分偶聯(lián)的重組人TNF-R2可溶性融合蛋白;英夫利西單抗,一種抗TNF人鼠嵌合IgG1單克隆抗體;阿達(dá)木單抗和戈利木單抗,人抗TNF-α單克隆抗體;培塞利珠單抗,人源化抗TNF-α抗體的Fab′片段[31]。有研究表明,依那西普可能對(duì)其他抗炎藥無效的痛風(fēng)性炎癥有效[32]。有病例報(bào)道顯示英夫利西單抗成功治療痛風(fēng)[33]。

3.2以TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為痛風(fēng)治療靶點(diǎn)的研究 痛風(fēng)是人類最常見的自身炎癥性關(guān)節(jié)炎之一,傳統(tǒng)的痛風(fēng)治療策略藥物數(shù)量有限,且有許多與之相關(guān)的副作用,因此,需要開發(fā)更安全、有效的藥物。Holzinger等[34]的一項(xiàng)研究表明,痛風(fēng)中高表達(dá)的骨髓相關(guān)蛋白-8(myeloid-related protein-8,MRP-8)和MRP-14是MSU晶體誘導(dǎo)的體外和體內(nèi)IL-1β分泌的增強(qiáng)劑,這些由活化的吞噬細(xì)胞釋放的內(nèi)源性TLR4配體可導(dǎo)致痛風(fēng)炎癥的持續(xù)。He等[35]的一項(xiàng)研究表明,抑制TLR4可以增強(qiáng)髓系細(xì)胞表達(dá)的觸發(fā)受體1抑制劑在MSU晶體誘導(dǎo)的炎癥中的作用,而髓系細(xì)胞表達(dá)的觸發(fā)受體1可以加速M(fèi)SU晶體誘導(dǎo)的急性炎癥,抑制髓系細(xì)胞表達(dá)的觸發(fā)受體1可能為緩解急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎提供一種新治療策略。另一項(xiàng)研究表明,規(guī)律、適度的體力活動(dòng)可以產(chǎn)生可量化的抗炎作用,能夠通過降低循環(huán)中性粒細(xì)胞上的TLR2表達(dá)和抑制全身CXCL1來部分減輕由關(guān)節(jié)內(nèi)MSU晶體誘導(dǎo)的病理反應(yīng)[36]。Rossato等[18]的一項(xiàng)研究表明,MSU可能激活TLR4以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞釋放IL-1β,在急性痛風(fēng)發(fā)作期間引發(fā)傷害感受和炎癥。Huang等[37]的研究表明,MSU晶體刺激HSP60表達(dá),從而加速TLRs/MyD88/NF-κB信號(hào)通路并加劇線粒體功能障礙。

4 結(jié)語

隨著痛風(fēng)患病率的升高,有效的治療策略變得越來越重要?，F(xiàn)有研究表明,痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)內(nèi)析出的MSU晶體通過TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路,合成前IL-1β和其他炎癥體成分,此為痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎發(fā)病的主要途徑之一。隨著對(duì)痛風(fēng)的研究不斷深入,痛風(fēng)發(fā)病機(jī)制的逐漸明確,痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的治療新藥不斷被研究。目前,雖已證實(shí)TLR2/TLR4-NF-κB信號(hào)通路在痛風(fēng)的發(fā)病過程中起重要作用,但針對(duì)該通路為靶點(diǎn)治療痛風(fēng)的藥物研究較少,因此,新的治療靶點(diǎn)的研究有較好前景。