缺血性心肌損傷及Toll樣受體對其調(diào)控作用的研究進(jìn)展

魏 娜 賀海波 張長城 袁 丁 (三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

缺血性心臟病和心衰有較高的致死率和并發(fā)率〔1〕，冠狀動(dòng)脈血流堵塞可引起心肌細(xì)胞缺血性壞死繼而誘發(fā)心肌梗死(MI)。天然免疫防御系統(tǒng)在誘發(fā)和隨后的修復(fù)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，其中涉及中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞。受損心肌和炎性細(xì)胞通過天然免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用對內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞等非炎性細(xì)胞產(chǎn)生影響〔2〕。Toll樣受體(TLRs)是一種介導(dǎo)天然免疫反應(yīng)識別的重要信號通路受體〔3〕，是天然免疫防御系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，可以識別一系列不同的多肽、蛋白質(zhì)和核酸片段。研究〔4〕表明心臟可被缺血和再灌注損傷非特異性激活。TLRs可以識別細(xì)胞損傷或死亡過程中的內(nèi)源性信號介質(zhì)〔5〕，從而誘發(fā)其活化、激活炎癥信號通路。本文就缺血性心肌損傷及TLRs對其調(diào)控作用作一綜述。

1 缺血性心肌損傷與炎癥反應(yīng)

心肌缺血早期，炎癥因子和趨化因子等促炎介質(zhì)在血液和心肌組織中的表達(dá)水平顯著提高;同時(shí)MI區(qū)、中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等炎性細(xì)胞浸潤顯著增加〔6〕。炎癥反應(yīng)主要包括激活本地巨噬細(xì)胞和從血液中吸引其他免疫細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。不同的免疫細(xì)胞產(chǎn)生大量的促炎因子，繼而引起炎癥級聯(lián)反應(yīng)促使更多炎癥細(xì)胞聚集，導(dǎo)致心肌細(xì)胞進(jìn)一步損傷和死亡。肉芽組織、膠原纖維的形成，補(bǔ)體的激活和自由基的產(chǎn)生都與炎癥級聯(lián)反應(yīng)相關(guān)〔7〕。炎癥反應(yīng)在急性MI(AMI)的發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，心肌細(xì)胞壞死使局部和系統(tǒng)炎癥反應(yīng)加重。這種炎癥反應(yīng)對于AMI后心肌組織的愈合和疤痕的形成是必要的〔8〕，但是持續(xù)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)將引發(fā)心室重構(gòu)和心衰〔8〕。心肌缺血、機(jī)械損傷和熱休克蛋白刺激、氧化應(yīng)激損傷、細(xì)胞因子級聯(lián)反應(yīng)都是引起MI后炎癥因子釋放的重要因素〔9〕，再灌后首先發(fā)生中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞浸潤并釋放細(xì)胞因子和炎癥因子。大量炎癥因子的生成加重心肌損傷，并進(jìn)一步促進(jìn)炎癥因子的釋放，從而形成惡性循環(huán)。腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-6、IL-1β以及各種趨化因子如IL-8和單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1，都被證實(shí)在心肌缺血再灌和MI后心室重構(gòu)中發(fā)揮重要作用〔10，11〕。

成年人心臟包含約(40～50)億個(gè)心肌細(xì)胞，因?yàn)閹缀鯖]有自我再生能力，其大量損傷引起組織疤痕的形成。持續(xù)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)清除損傷產(chǎn)生的死細(xì)胞和細(xì)胞碎片，引起心室重構(gòu)，但是也同時(shí)激活細(xì)胞修復(fù)蛋白信號通路。及時(shí)抑制炎癥信號通路，確保梗死區(qū)域有利于組織愈合疤痕的形成，并阻止心室重構(gòu)的發(fā)生。即使心肌組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞外基質(zhì)成分、細(xì)胞表型相對微小的改變，都會(huì)顯著影響心室形態(tài)和心室功能，因此，MI后炎癥反應(yīng)失調(diào)將會(huì)引起嚴(yán)重的后果。過度強(qiáng)烈的早期炎癥反應(yīng)可能增加基質(zhì)降解引起心臟破裂。持續(xù)的炎癥反應(yīng)可能使膠原沉積減少，引起疤痕組織的形成并降低心臟舒張功能，使心室腔肥大。增加促炎介質(zhì)的表達(dá)可能促進(jìn)細(xì)胞凋亡通路活化，導(dǎo)致心肌細(xì)胞進(jìn)一步損失。最后，炎癥反應(yīng)失調(diào)可能引起炎癥浸潤到非梗死區(qū)，加重纖維化和心臟舒張功能的損傷。因此，持續(xù)強(qiáng)烈的內(nèi)源性炎癥反應(yīng)使心臟受損。

MI后壞死是心肌細(xì)胞的主要死亡方式，同時(shí)凋亡也可造成心肌細(xì)胞的損失。壞死的細(xì)胞釋放細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)，通過激活天然免疫防御系統(tǒng)引發(fā)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。除了可以作為“預(yù)警系統(tǒng)”，通過辨別自我和非我成分，抵抗病原微生物入侵，天然免疫防御系統(tǒng)還可以作為一個(gè)復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)識別壞死細(xì)胞或細(xì)胞外基質(zhì)釋放的“危險(xiǎn)信號”，激活炎癥信號通路。

2 TLRs對缺血性心肌損傷的調(diào)控作用

天然免疫防御系統(tǒng)是抵抗外來病原體入侵的第一道防線，TLRs是其中的一種重要組成成分。TLRs屬于模式識別受體(PRRs)家族，是進(jìn)化上高度保守的跨膜蛋白。TLRs可識別病原相關(guān)分子模式(PAMPs)，啟動(dòng)防御系統(tǒng)抵御病原體入侵;同時(shí)還可以識別損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)〔12〕，隨后誘導(dǎo)免疫應(yīng)答反應(yīng)調(diào)控機(jī)體組織損傷的修復(fù)。大量研究顯示，TLRs不僅可以抵抗病原體的入侵，而且在心肌缺血再灌性損傷、缺血后心室重構(gòu)、動(dòng)脈粥樣硬化等非感染性組織損傷所引起的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。因此，明確TLRs在調(diào)控缺血性心肌損傷中的作用具有重要意義。

2.1 TLRs的激活 TLRs在心肌細(xì)胞表達(dá)〔13〕，起初認(rèn)為通過TLRs活化，激活天然免疫防御系統(tǒng)，保護(hù)人體對抗病原體的入侵。PAMPs可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞TLRs活化，如LPS促使TLR4活化，蛋白多糖促使TLR2活化，鞭毛蛋白促使TLR5活化，繼而誘導(dǎo)核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB介導(dǎo)的心肌細(xì)胞炎癥反應(yīng)并使心臟收縮功能降低〔14〕。然而，心肌細(xì)胞不同于免疫細(xì)胞可以直接暴露于PAMPs，但是不同的刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生DAMPs，可能對介導(dǎo)急性心功能失調(diào)發(fā)揮重要作用。大量研究報(bào)道，心肌損傷所釋放的各種內(nèi)源性配體作為“危險(xiǎn)信號”，也被稱為DAMPs，激活TLRs。機(jī)體損傷部位DAMPs迅速上調(diào)，具有不同的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外作用并使天然免疫系統(tǒng)激活〔15〕。DAMPs包括一系列分子如纖維連接蛋白，彈性蛋白酶，染色體DNA，HMGB1和熱休克蛋白(HSP)。TLRs有兩種不同的途徑與特異性配體結(jié)合，分別為銜接蛋白髓樣分化因子(MyD88)和包含TIR結(jié)構(gòu)域接合子蛋白，包括干擾素(IFN)-β介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子(Trif)。MyD88和Trif的活化激活NF-κB和IFN調(diào)節(jié)因子(IRFs)，誘導(dǎo)炎癥因子的產(chǎn)生〔2〕。NF-κB是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，在正常細(xì)胞中，NF-κB存在于細(xì)胞質(zhì)中與IκB抑制蛋白結(jié)合，處于失活狀態(tài)。TLRs活化可將其激活，IκBa被IKK磷酸化并易被泛素依賴性蛋白酶體降解，繼而NF-κB轉(zhuǎn)移到核內(nèi)激活一系列促炎細(xì)胞因子和炎癥趨化因子的轉(zhuǎn)錄，引起炎癥反應(yīng)〔16〕。

2.2 TLRs對缺血性心肌損傷的調(diào)控作用 TLRs高度保守并在不同物種中廣泛存在，哺乳動(dòng)物中，TLRs在不同細(xì)胞中的表達(dá)存在差異。TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR7、TLR9 在小鼠心臟和心肌細(xì)胞系中存在〔13〕。TLR2、TLR4、TLR5通過對信號通路的調(diào)控誘導(dǎo)促炎因子的表達(dá)并抑制心臟收縮功能〔5，17〕，但是TLR3、TLR7、TLR9并不發(fā)揮作用。現(xiàn)在人類心臟中已發(fā)現(xiàn)10種TLRs mRNA表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，天然免疫反應(yīng)并不是引起心肌缺血再灌注后促炎因子的釋放、內(nèi)皮細(xì)胞活化，補(bǔ)體沉積，免疫細(xì)胞浸潤和血管通透性增加等炎癥反應(yīng)的主要因素〔18～20〕，這些炎癥反應(yīng)都是通過 NF-κB信號通路進(jìn)行調(diào)控〔21〕。因?yàn)門LRs對調(diào)控NF-κB激活活化發(fā)揮重要作用，因此，TLRs在心肌缺血性損傷中的作用在過去十年中廣泛研究。

心肌缺血性損傷與天然免疫系統(tǒng)密切相關(guān)，大量研究表明，MI引起的左心室重構(gòu)與心肌組織中免疫細(xì)胞浸潤誘導(dǎo)機(jī)體強(qiáng)烈的自身免疫反應(yīng)相關(guān);缺血和再灌注起初介導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷和中性粒細(xì)胞活化，繼而引起蛋白酶的釋放和TLRs活化，TLRs在心肌缺血再灌等非感染性的心肌損傷中具有調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用〔22〕。TLRs是天然免疫系統(tǒng)的重要組分，其中TLR2和TLR4在心臟中研究最廣〔23，24〕，并且TLR2和TLR4在組織缺血性損傷中發(fā)揮重要作用。大量研究表明，TLR2激活可使心肌再灌性損傷加重〔25〕，TLR2基因敲除小鼠可降低心肌缺血再灌性損傷引起的梗死面積增加、中性粒細(xì)胞浸潤、氧自由基的產(chǎn)生和細(xì)胞因子的釋放〔26〕。TLR2可以識別脂蛋白和肽聚糖，引起NF-κB活化，使心肌細(xì)胞收縮功能受損〔13，17〕。研究表明，與野生型小鼠相比，小鼠心肌細(xì)胞壞死程度顯著降低，其程度與Akt的表達(dá)和磷酸化程度呈負(fù)相關(guān)〔27〕。缺血性心肌損傷可誘導(dǎo)HSP60和HSP70的生成，引起心臟炎癥反應(yīng)，胞外HSP70通過TLR2誘導(dǎo)心肌炎癥反應(yīng)和心臟收縮功能障礙〔28〕，但是胞外HSP60通過TLR4誘導(dǎo)炎癥因子的生成〔29〕。國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，TLR4信號通路在心肌缺血再灌性損傷中發(fā)揮重要作用，TLR4突變后能減弱其后信號轉(zhuǎn)導(dǎo)從而減輕心肌缺血再灌性損傷及炎癥反應(yīng)〔30〕。Kim等〔31〕發(fā)現(xiàn)TLR4敲除使系統(tǒng)炎癥反應(yīng)顯著降低，但只是選擇性降低心肌中IL-6和MI面積，因此推測心肌再灌時(shí)TLR4通路調(diào)控系統(tǒng)而不是局部炎癥反應(yīng)。Ding等〔32〕研究發(fā)現(xiàn)TLR4缺乏小鼠顯著降低心肌缺血再灌引起的中性粒細(xì)胞浸潤，抑制HMGB1、TNF-α、IL-8等炎癥因子的表達(dá)。Lin等〔33〕發(fā)現(xiàn) κ-阿片受體的激活通過抑制 TLR4/NF-κB信號通路，對心肌缺血再灌大鼠發(fā)揮保護(hù)作用。

3 結(jié)語與展望

研究表明早期粒性白細(xì)胞浸潤梗死心肌，使心肌缺血性損傷加重〔34〕，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了通過抑制炎癥反應(yīng)治療缺血性心肌損傷的發(fā)展。盡管大量實(shí)驗(yàn)研究表明抑制炎癥反應(yīng)可以降低缺血性心肌損傷，但由于種種原因，其中梗死后炎癥級聯(lián)反應(yīng)依賴與一個(gè)復(fù)雜的蛋白調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，具有多樣性并受多種因素影響〔35〕，使這種治療方法在臨床上并沒取得顯著成效。TLRs是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在缺血性心肌損傷中扮演重要角色，其中TLR2和TLR4在組織缺血性損傷中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。因此，以TLRs為靶點(diǎn)，深入探討炎癥反應(yīng)在心肌缺血性損傷中的作用及免疫調(diào)節(jié)蛋白間的相互影響，尋找治療策略，加快有效藥物在臨床上治療缺血性心肌損傷的應(yīng)用。

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