LPS/TLR4信號通路在肝纖維化中的作用及臨床意義

楊亞楠　段義農

[摘要] 肝纖維化是多種慢性肝臟疾病共有的病理過程，表現(xiàn)為細胞外基質合成增多，降解減少。肝星形細胞（HSC）活化并分泌大量細胞外基質是肝纖維化發(fā)生的重要機制。脂多糖（LPS）刺激細胞使細胞表面的多種LPS識別受體（包括LBP、CD14、MD2和TLR4）表達增加，通過細胞內信號傳遞級聯(lián)使基因表達發(fā)生變化，引起細胞反應。LPS/TLR4信號通路在肝纖維化形成過程中起關鍵作用。

[關鍵詞] 脂多糖；TLR4；肝纖維化；肝星形細胞

[中圖分類號] R575.2+9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2014）07（c）-0189-03

肝纖維化的發(fā)生是一個復雜的多因素作用過程，涉及細胞和分子生物學事件，肝星形細胞（HSC）被激活為肌成纖維細胞，大量增殖并分泌大量細胞外基質是其最重要的機制。慢性肝臟炎癥是引起肝纖維化形成的必備條件。大多數(shù)研究表明，LPS/TLR4信號通路在HSC活化過程中起重要作用，但到目前為止，在炎癥反應與肝纖維化形成之間起作用的信號通路中的分子機制仍未完全清楚。本文將對脂多糖（LPS）的來源、結構、功能及信號轉導通路加以綜述，闡明LPS在肝纖維化形成發(fā)展過程中的作用。

1 LPS的來源、結構及功能

1890年，Pfeiffer等[1]發(fā)現(xiàn)了一種與細菌外毒素不同的分子，其具有熱穩(wěn)定性，可與菌體緊密結合，只有在細菌破壞崩解后才釋放毒素發(fā)揮致病作用，因而被命名為內毒素。研究人員發(fā)現(xiàn)，內毒素是革蘭氏陰性菌外膜成分，是細菌生長和生存所必需的物質，是一類含不同糖類（碳水化合物）、脂肪酸、氨基酸及磷酸鹽的兩極分子。因為多糖和脂類是這些成分中最早被確定的，所以內毒素也被稱為LPS。LPS分子由化學及生物性質不同的3個部分組成，即O抗原多糖鏈、核心多糖和類脂A，其中類脂A是LPS的毒性和生物活性中心[2]。LPS最外層的O抗原由若干重復的多糖側鏈組成，其變異性最大，能與相應抗體起特異性反應，決定革蘭氏陰性菌的種型特異性[3]。最內層的類脂A是由2個葡萄胺、磷酸鹽和一定量的脂肪酸構成，可與血清蛋白，如LDL、HDL和LPS結合蛋白（LBP）等結合，可刺激巨噬細胞和單核細胞釋放炎癥介質，激活不依賴抗體的補體經典途徑[4-5]。LPS引起的生物學效應有以下幾個方面：①與機體組織、細胞結合，直接導致細胞損傷，刺激巨噬細胞、中性粒細胞和內皮細胞等釋放炎性介質和酶等[6]；②可激活補體和B細胞，是一種較強的有絲分裂原，在免疫系統(tǒng)中起佐劑的作用[7-8]；③作用于凝血和纖溶系統(tǒng)，激發(fā)播散性凝血[9]；④可引起發(fā)熱、休克和致死等。

2 LPS/TLR4信號通路在肝纖維化中的作用

在LPS引起的炎癥反應過程中，LPS首先與LBP結合，LBP具有轉運功能，負責將LPS運送到細胞膜上與CD14結合，形成LPS-LBP-CD14復合物。LPS可通過該復合物作用于TLR4，觸發(fā)細胞內信號級聯(lián)反應，而最終導致核因子-κB（NF-κB）、活化蛋白-1（AP-1）等轉錄因子活化，從而誘導一系列基因的活化與表達[10]。在肝纖維化實驗模型和肝硬化患者中，血漿LPS水平均升高[11-13]。Wiest等[14]的研究認為，腸道動力學改變、腸道菌群失調、腸黏膜完整性破壞以及免疫應答受抑制都會使腸黏膜屏障被破壞，而引起細菌遷移增加，并在肝纖維化和肝硬化晚期，血漿LPS水平顯著上升。有些研究報道，在進展性肝硬化中，通過有益菌種或抗生素調節(jié)腸微生物群能有效阻止細菌遷移和特發(fā)性細菌性腹膜炎的發(fā)生[15]?？股乜深A防由四氯化碳及膽堿不足引起的肝損傷和肝纖維化，LPS可通過MCCD促進肝纖維化發(fā)生[16]。用非吸收性廣譜抗生素處理小鼠后發(fā)現(xiàn)，膽管結扎的小鼠其肝臟明顯較少發(fā)生纖維變性反應[17]。Velayudham等[18]研究發(fā)現(xiàn)，VSL#3（一種益生菌）可通過調節(jié)膠原表達和抑制TGF-β信號通路，預防MCCD引起的肝纖維化發(fā)生。

Paik[5]等發(fā)現(xiàn)，在活化的人HSC中可表達TLR4及其共受體MD2和CD14。LPS刺激HSC可引起NF-κB和JNK/AP-1信號通路的強烈活化，促進細胞表面黏附分子ICAM-1和VCAM-1的表達，并誘導炎癥趨化因子IL-8和MCP-1的產生[19]。通過抑制NF-κB活化能夠完全阻斷LPS所誘導的IL-8的分泌，同時使JNK失活也可以部分抑制IL-8的產生，這表明NF-κB和JNK活化在HSC的TLR4信號通路中起關鍵作用。Seki等[20]的研究證實，在LPS誘導的肝纖維化中，Bambi過表達能抑制TGF-β信號通路，而顯性陰性型Bambi則促進TGF-β信號通路。激活素的跨膜抑制劑是TGF-β信號通路的偽受體，是一種跨膜蛋白，與TGF-βⅠ型受體的胞外區(qū)結構相似，可以競爭性地與Ⅱ型受體結合，誘導配體TGF-β超家族成員（TGF-β、骨形態(tài)發(fā)生蛋白、激活素等）形成配體受體復合物，由于Bambi缺乏胞內區(qū)的絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域，而不能使胞質區(qū)的Smad蛋白被磷酸化而激活，從而阻斷TGF-β家族的信號轉導[21]，因此，在HSC中TLR4介導的Bambi下調會加強TGF-β信號通路。Huang等[22]對慢性丙型肝炎患者作了一種基因的功能基因組掃描分析，總結出了肝硬化程度風險評估圖表，其中包括7種單核苷酸多態(tài)性（SNPs），可通過這種肝硬化程度風險評估推測出患者肝硬化的進展程度。一種有抗纖維化作用的TLR4的CC等位基因發(fā)生變異，它也是7種SNPs中較常用的[23]。在隨后的研究中，研究人員進一步檢測了這些SNPs與HSC之間的功能連接。將TLR4缺陷小鼠HSC和與TLR4 D299G或T3991互補DNAs重組的人HSC系LX-2用于實驗，發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比，前兩者對LPS的反應性都很低；表現(xiàn)為LPS誘導炎癥細胞因子和炎性趨化因子的表達和分泌減少，Bambi表達上調，NF-кB熒光素酶受體活性減弱[23]。此外，在TLR4-/-HSC、Myd88-/-HSC和表達D299G或T399I SNPs小鼠HSC中，分別由NF-κB、胞外信號調節(jié)激酶（ERK）及磷脂酰肌醇3激酶的通路抑制劑誘導的凋亡和細胞自發(fā)性凋亡明顯增多[24]。

3 小結

在LPS引起的炎癥反應過程中，LPS與LBP、CD14結合后可形成LPS-LBP-CD14復合物，LPS通過該復合物作用于TLR4，通過激活NF-κB和JNK信號途徑，可上調一些炎癥趨化因子（如IL-8、MCP-1）和細胞表面黏附分子（ICVM-1和VCAM-1）的表達。TLR4是革蘭氏陰性菌細胞壁成分LPS的特異性受體，在HSC活化中具有重要作用，能促進肝臟炎癥發(fā)生和纖維化形成。TLR4誘導的HSC活化和增敏可能在肝臟炎癥和肝纖維形成之間起重要的鏈接作用。

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（收稿日期：2014-05-09 本文編輯：許俊琴）