Toll受體4在三種肺部疾病的研究進(jìn)展

陳佳俊 李永霞

Toll受體(Toll-like receptor，TLR)作為先天免疫的代表[1]，作為一種跨膜模式識(shí)別受體，通過激活一系列炎癥信號(hào)通路及免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)，在細(xì)菌、病毒感染調(diào)節(jié)的各個(gè)方面發(fā)揮著重要的重用，TLRs家族共有13個(gè)識(shí)別受體，其中10個(gè)在人類表達(dá)，共同組成人類、其他動(dòng)物抵抗病原菌的第一道防線，Beutler與Hoffman就此發(fā)現(xiàn)榮獲2011年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，在眾多受體中，TLR4研究較為明確，作為一個(gè)重要的中間調(diào)控環(huán)節(jié)，銜接著細(xì)菌內(nèi)毒素成分脂多糖(LPS)與TLR4，激活下游髓樣物質(zhì)88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)通路，造成的各種炎性改變。在此變化中TLR4起到了承上啟下，在介導(dǎo)細(xì)胞炎性反應(yīng)及免疫方面發(fā)揮著重要的意義，現(xiàn)在研究比較多的通路為：TLR4/MyD88依賴性途徑，引起下游核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells ，NF-KB)、TNF-α激活；非依賴性TLR4/MyD88的路徑，激活Toll/白細(xì)胞介素-1受體(TIR)活化。其中前者與炎癥有密切關(guān)系。在慢性肺部疾病中，TLR2和TLR4都在肺部疾病中起到重要意義，其實(shí)研究較多的為COPD、支氣管哮喘等，然而具體機(jī)制暫不明確。本文中主要研究TLR4在肺部疾病改變相關(guān)進(jìn)展。

TLR4與慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease ，COPD)，是一種以氣流受阻為主的氣道慢性炎癥，已成為一個(gè)全球健康問題，世界衛(wèi)生組織(WHO)預(yù)計(jì)，到2020年COPD將在全球疾病負(fù)擔(dān)中排名第五；多區(qū)域中國的流行病學(xué)調(diào)查顯示，40歲以上人群COPD患病率為8.2%，老年人患病率明顯增加，造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及醫(yī)療支出顯著增加，但是該疾病未能完全闡述清楚，以氣道慢性炎癥、氣道重塑、肺氣腫并肺功能進(jìn)行性下降為主要病理改變。其中，香煙煙霧及其他有毒有害氣體作為COPD誘發(fā)與加重風(fēng)險(xiǎn)[2]，促進(jìn)疾病的發(fā)展。Haw等人[3]的相關(guān)研究表明，香煙及其他煙霧激活TLR2及TLR4通路激活，相應(yīng)蛋白表達(dá)增加，造成血管及器官的炎癥反應(yīng)，這種炎性細(xì)胞表達(dá)廣泛分布于外周血有核細(xì)胞及支氣管盥洗液中，在TLR4基因缺乏的樣本中，炎性因子表達(dá)明顯下降，在抑制炎癥反應(yīng)及穩(wěn)定COPD患者癥狀方向，提供了一個(gè)新的治療與降低急性加重的方案。為了進(jìn)一步闡明香煙煙霧及其他煙霧對(duì)COPD患者氣道損傷中的機(jī)制，Emilie Doz 團(tuán)隊(duì)[2]的研究證明，與以往的TLR4活化通路中最重要的內(nèi)毒素(lipopolysaccharide LPS)引導(dǎo)與TLR4同下游MyD88等因子激活不同，他證明煙霧可能作為一種潛在類似LPS物質(zhì)引起下游TLR4激活。在對(duì)于具體激活不同時(shí)，Emilie Doz認(rèn)為可能煙霧需要白介素受體參與反應(yīng)，但LPS則不一樣[3]。同時(shí)在另外一些研究中，TLR4參與煙霧對(duì)穩(wěn)定肺結(jié)構(gòu)與肺氣腫有密切關(guān)系[4]，對(duì)于慢性吸煙的COPD患者及普通人來說，戒煙有益無害。

在煙霧刺激下，機(jī)體發(fā)生慢性炎癥反應(yīng)[2]。氣道慢性炎癥及持續(xù)性全身缺氧造成血管反應(yīng)尤為明顯，特別是在血管炎癥與血管重塑中[5]，TLR通路系統(tǒng)扮演著重要的角色，持續(xù)的慢性炎癥刺激，包括：病原微生物、物理因素等等，在激活TLR系統(tǒng)途徑來說，TLR分為主要的依賴MyD88途徑與非依賴MyD88途徑，均最終釋放炎癥介質(zhì)及其他細(xì)胞損傷因子，共同引起血管炎癥反應(yīng)，通路TLR/Myd88/NF-KB被證實(shí)，能改變肺血管的通透性，刺激下游炎癥細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，調(diào)節(jié)血管增生、肺動(dòng)脈平滑肌合成異常中，發(fā)揮重要作用[6]。MMP，對(duì)抗血管重塑、調(diào)整細(xì)胞外機(jī)制[7]有著積極的意義，在面對(duì)長期肺部疾病患者來說，肺動(dòng)脈高壓仍是不可避免的歸宿，是否可以通過調(diào)節(jié)TLR/Myd88/NF-KB通路，延緩與降低肺動(dòng)脈血管重塑速度，增加患者生存率，提供了新思路。

在慢性肺部疾病中，TLR2和TLR4均參與疾病發(fā)展[3]，只是過程有不同，TLR2多用來識(shí)別革蘭陽性菌糖肽等，TLR4識(shí)別革蘭陰性菌脂多糖(LPS)與脂低聚糖(lipooligosaccharide，LOS)，而在作用炎癥系統(tǒng)及通路時(shí)，又以“瀑布式”級(jí)聯(lián)激活下游NF-kB活化，促進(jìn)炎癥介質(zhì)釋放。隨著研究的深入，近些年來從基因水平[8]闡述COPD與TLR在人群易感性的聯(lián)系不斷被人們所熟知，Apostolou團(tuán)隊(duì)[9]討論TLR2與TLR4的功能性單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphisms，SNPs)表型不同，并且在對(duì)于COPD先天免疫治療方面提供了新方法。

TLR4與支氣管哮喘

支氣管哮喘是一種多因素、多基因參與的具有潛在遺傳性的氣道疾病，通常有多種炎癥細(xì)胞及炎癥因子參與。隨著環(huán)境污染及家具裝修等其他外在原因，支氣管哮喘的發(fā)病率越來越高，且患病年齡也逐漸減小。在各種誘發(fā)因素中，與我們生活環(huán)境密切相關(guān)的是房屋中螨蟲(House dust mites HDMs)，Ishii團(tuán)隊(duì)[10]證明，HDMs作為過敏原與Myd88結(jié)構(gòu)相似，無論有無TLR4受體的存在，都可以激活TLR4下游途徑，促進(jìn)炎癥釋放，機(jī)體在接觸HDMs的情況下，誘導(dǎo)發(fā)生炎癥反應(yīng)與接觸時(shí)間有關(guān)，可引起嗜酸性粒細(xì)胞聚集，增加哮喘患者急性加重風(fēng)險(xiǎn)。

研究證實(shí)免疫因素[11- 12]最為重要，尤其是(輔助1)Th1與(輔助2)Th2的失衡，并進(jìn)一步解釋Th1可調(diào)控哮喘急性發(fā)作，Th2促進(jìn)哮喘急性改變。對(duì)于細(xì)菌低劑量LPS刺激小鼠激活TLR4同時(shí)，促進(jìn)Th2生產(chǎn)，增加肥大細(xì)胞釋放過敏物質(zhì)，導(dǎo)致哮喘患者急性發(fā)作，缺乏TLR4基因的小鼠，Th2與過敏物質(zhì)無明顯增高，這可能是與TL4具體參與途徑有關(guān)，在Lee團(tuán)隊(duì)[13]的研究中證實(shí)LPS激活肥大細(xì)胞脫顆粒是由于激活TLR4/MyD88/NF-KB途徑，值得注意的是，在高劑量的LPS刺激下引起Th1增加，換句話說，隨著LPS濃度與接觸時(shí)間增加，由原來激活Th2程度不斷下降，Th1程度不斷增加，對(duì)抗Th2引起的不良反應(yīng)，機(jī)體的一種自我保護(hù)機(jī)制，可能由于濃度不同激活不同的通路，但具體原因不詳。

隨著哮喘患者反復(fù)發(fā)作導(dǎo)致氣道變形、扭曲、纖毛倒伏、杯狀細(xì)胞增生，原因可能與患者長期慢性炎癥氣道重塑有關(guān)[14]，在小鼠病理模型上可見支氣管上皮細(xì)胞支氣管壁增厚和管腔狹窄，上皮細(xì)胞排列紊亂、脫落、支氣管炎癥細(xì)胞浸潤，從細(xì)胞學(xué)因子上TLR4誘導(dǎo)T細(xì)胞分化Th2過程中[15]，使得白細(xì)胞介素(IL)-4、IL-13、樹突細(xì)胞等物質(zhì)的增加、成熟，引起巨噬細(xì)胞產(chǎn)生MMP、裂解結(jié)構(gòu)蛋白，參與哮喘氣道重塑[16]。TLR4與氣道重塑機(jī)制暫無明確，但在對(duì)抗氣道重塑、改善氣道微環(huán)境、提高患者生活質(zhì)量一直是研究熱點(diǎn)。Qiao Junying團(tuán)隊(duì)[17]以1, 25-(OH)2D3為研究對(duì)象，與以往激活途徑不同，1, 25-(OH)2D3作為鈣的活性形式，不僅參與調(diào)節(jié)機(jī)體鈣、磷代謝水平，同時(shí)也參與單核細(xì)胞及其他免疫細(xì)胞共同參與免疫調(diào)節(jié)，抑制IL-4等物質(zhì)釋放，也通過抑制纖維蛋白達(dá)到抑制氣道重塑，在對(duì)抗哮喘氣道重塑中證實(shí)，由于不同劑量，造成不同的改變，在低、中劑量1, 25-(OH)2D3能減少支氣管炎癥細(xì)胞浸潤，相反，高劑量增加炎癥細(xì)胞浸潤與氣道壁厚度。1, 25-(OH)2D3在未來可能作為一種氣管重構(gòu)抑制劑被使用。LI MING團(tuán)隊(duì)[16]則以TLR4受體抑制劑TAK242為對(duì)象，以細(xì)胞因子胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(thymic stromal lymphopoietin TSLP)為基礎(chǔ)，TLR4-TSLP信號(hào)傳導(dǎo)路徑影響支氣管病理改變，TLR4抑制劑可以作為改善氣道重塑治療方法，但具體TLR4參與機(jī)體代謝、免疫等目前還有待進(jìn)一步研究。

TLR4與阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣(Obstructive sleep apnea OSA)是以夜間打鼾、白天嗜睡等癥狀的一組疾病，隨著人們對(duì)疾病及自身健康的認(rèn)識(shí)，該疾病越來越被重視，在一項(xiàng)中國香港研究表明，中國男性患病率4.1%[18]，女性為2.1%[19]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)OSA作為獨(dú)立因素與心血管系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病有關(guān)[20]。OSA病理特點(diǎn)以夜間呼吸暫停和低通氣為表現(xiàn)的間歇性低氧(intermittent hypoxia IH)，形成了缺氧/再氧合(hypoxia/reoxygenation H/R)改變，類似缺血/再灌注損傷(ischemia/reperfusion I/R)，在導(dǎo)致各種疾病環(huán)節(jié)中以IH為基礎(chǔ)，引起炎癥反應(yīng)與代謝功能障礙，并且IH時(shí)間長短與TLR4激活程度呈正相關(guān)，依賴TLR4/MyD88/MAPK途徑造成下游NF-KB、TNF-α和氧化應(yīng)激物質(zhì)激活(超氧化物歧化酶)，在IH影響下，對(duì)機(jī)體不同組織器官存在不同損傷，Zeng Xianqin團(tuán)隊(duì)[21]在IH條件下闡述OSA患者合并動(dòng)脈粥樣硬化能造成斑塊不穩(wěn)定、脂質(zhì)纖維帽變薄、減少斑塊內(nèi)平滑肌及膠原纖維含量及增加脂質(zhì)在動(dòng)脈粥樣硬化中的不良影響，Kang Hyeon Hui 等研究[22]肝臟纖維化進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，在IH影響下，增加腸道對(duì)脂質(zhì)等物質(zhì)的通透性、全身脂多糖分泌增加等等，所以在此腸道通透性增加的基礎(chǔ)上，大膽猜想，在IH影響下增加腸道對(duì)脂質(zhì)的吸收，影響脂肪在血管及其他部位堆積，增加動(dòng)脈粥樣硬化及破裂風(fēng)險(xiǎn)，增加肝臟對(duì)處理脂質(zhì)物質(zhì)及其他物質(zhì)的壓力，甚至增加一系列與脂質(zhì)代謝有關(guān)的基本風(fēng)險(xiǎn)。但上述猜想未見明確的文獻(xiàn)闡明。對(duì)于腦組織及腎臟來說，IH也是一直不能忽略的損傷因素，激活TLR4，在TLR4/MyD88/MAPK途徑中，引起下游釋放炎癥介質(zhì)，造成腦海馬神經(jīng)元死亡、中樞神經(jīng)“無菌性炎癥”反應(yīng)并在H/R作用下造成腦組織氧化應(yīng)激損傷[23]；腎臟組織對(duì)于缺血缺氧極為敏感，腎小管上皮空泡化、二級(jí)溶酶體增加和線粒體腫脹和退化等，最終造成腎臟組織[24]，綜上所述，OSA作為呼吸系統(tǒng)疾病，確是一個(gè)全身多功能、臟器影響的疾病，作為臨床醫(yī)生，也需要增加對(duì)該疾病的重視。

對(duì)于OSA的治療，以CPAP為主要治療方案，但隨著研究的深入，越來越多的研究者考慮從藥物方面來減少OSA患者組織、器官損傷。藥物與CPAP雙重治療，可能將會(huì)起到事半功倍的效果。阿托伐他汀，作為3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A輔酶A還原酶的競爭性抑制劑，一方面藥物被用于調(diào)脂用藥，抑制氧化應(yīng)激和抗炎作用，另一方面抑制TLR4/MyD88/NF-KB信號(hào)通路活化，對(duì)于心肌細(xì)胞[25]，能改善心肌內(nèi)皮細(xì)胞功能、減少血管炎癥，特別是對(duì)于逆轉(zhuǎn)心室重塑抑制平滑肌增生、改善心肌纖維增生起到了重要作用[26]。同樣，在腎臟[27]、中樞神經(jīng)[28]等組織中，均能促進(jìn)組織修復(fù)，改善功能；另外右旋美托米定作為一種新型高選擇性α2腎上腺素受體激動(dòng)劑，在臨床，常作為鎮(zhèn)靜劑和麻醉劑使用，該藥物有強(qiáng)大的抗炎作用，直接作用于LPS/TLR4/MyD88 /NF-KB途徑，減少炎癥物質(zhì)釋放，在大量的動(dòng)物及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，預(yù)前給藥或者試驗(yàn)中給藥，均能降低炎癥反應(yīng)，由I/R、H/R為主要損傷的疾病來說，能顯著降低炎癥反應(yīng)，保護(hù)心肌損傷、中樞神經(jīng)等組織[29-31]，但作為鎮(zhèn)靜藥物及麻醉藥物來說，是否會(huì)對(duì)嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)疾病患者存在禁忌癥無明確相關(guān)文章。對(duì)于上述兩種藥物來說，給我們一種新的思考路徑，在對(duì)于OSA的IH患者來說CPAP仍然作為首選治療方案，輔助給予阿托伐他汀、右旋美托米定等藥物是否會(huì)減輕組織損傷、促進(jìn)細(xì)胞組織修復(fù)，也有待前瞻性研究。

總之，TLR4。一方面，LPS、煙霧及其他誘因可引起活化。TLR4作為溝通下游通路最重要的受體，起到承上啟下有的作用。另外一方面，抑制、敲除TLR4相應(yīng)基因?qū)?huì)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)缺失。對(duì)于呼吸科疾病來說，了解TLR4、合理運(yùn)用TLR發(fā)揮的炎癥反應(yīng)作用，就更能服務(wù)于患者，為指導(dǎo)治療提供新方案。