Toll樣受體4在潰瘍性結(jié)腸炎患者中的作用

羅正英,沈 楠,羅正興,田佳慧,王佳月,李松巖

(吉林醫(yī)藥學(xué)院,吉林 吉林 132013)

Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)是德國Lemaitre在研究果蠅胚胎早期發(fā)育特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種跨膜蛋白受體。TLR是一類主要表達(dá)并作用于人類宿主細(xì)胞表面外膜層的蛋白,是人類免疫系統(tǒng)中具有識別宿主微生物能力的特異性免疫應(yīng)答受體家族。TLR不僅是一組模式識別受體,同時(shí)也是一類高度保守的Ⅰ型跨組織膜蛋白。TLR含有自動(dòng)識別損傷因子的相關(guān)分子模式,作為連接固有細(xì)胞免疫和可獲得性細(xì)胞免疫之間的橋梁[1]。TLR作為細(xì)胞中一類非常關(guān)鍵的模式識別受體,在控制炎癥、細(xì)胞信號鏈轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫反應(yīng)發(fā)生等過程調(diào)控中發(fā)揮獨(dú)特的功能,與組織炎性反應(yīng)的關(guān)系尤為密切[2]。

1 TLR4的結(jié)構(gòu)

TLR4是哺乳動(dòng)物中第一個(gè)被識別的TLR,可識別革蘭陰性菌外膜的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)。TLR4由胞核外膜區(qū)層、胞質(zhì)區(qū)層和跨膜區(qū)層等構(gòu)成。在TLR4的細(xì)胞外膜區(qū)中存在著16～28個(gè)單位的富含亮氨酸重復(fù)序列,主要功能是直接識別病原體相關(guān)分子模式基因。在TLR4的跨膜區(qū)內(nèi)包含一個(gè)Toll蛋白/白細(xì)胞介素-1受體基因(Toll/IL-1 receptor,TIR)的結(jié)構(gòu)域,TIR基因與編碼IL-1蛋白的受體基因具有較高的同源性,主要激活下游信號通路。

2 TLR4介導(dǎo)的信號通路

TLR4作為“門戶”蛋白,調(diào)控機(jī)體免疫的炎癥鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的啟動(dòng),在跨膜組織傳輸信息的TLR家族基因組中一直以來有著相當(dāng)重要的基礎(chǔ)地位[3]。在人類的整個(gè)TLR家族表達(dá)系統(tǒng)中,TLR4是唯一能夠直接激活依賴性的髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor88,MyD88)通路和非依賴性的MyD88通路。TLR4介導(dǎo)的信號通路的主要效應(yīng)是誘導(dǎo)炎癥反應(yīng),保護(hù)腸道黏膜免受入侵細(xì)菌的危害和促進(jìn)黏膜完整性。

2.1 MyD88依賴型信號通路

在MyD88依賴型信號通路中,LPS為外源性配體,它被TLR4識別并結(jié)合,激活下游反應(yīng)。對于內(nèi)源性配體,也是類似的途徑。配體不同,但都引起促炎反應(yīng),促炎反應(yīng)的產(chǎn)物對潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)的發(fā)生有著關(guān)鍵的作用。以LPS為例,TLR4識別并誘導(dǎo)結(jié)合LPS,激活形成的TLR4與受體MyD2結(jié)合,受CD14調(diào)節(jié)形成受體復(fù)合物[4]。復(fù)合物與MyD88上的Toll結(jié)構(gòu)相結(jié)合,可直接使MyD88中的死亡結(jié)構(gòu)域活化,形成TLR-MyD活性復(fù)合體,接著通過磷酸化募集并激活白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶4(IL-1 receptor associated kinase 4,IRAK4)。IRAK4將IRAK1進(jìn)一步磷酸化,使IRAK1在磷酸化步驟完成后從TLR-MyD的活性復(fù)合體脫離出來與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6,TRAF6)相結(jié)合。TRAF6作為E3泛素化的一個(gè)連接酶,與兩個(gè)輔酶UBC13和UEV1A結(jié)合形成一個(gè)復(fù)合體,此復(fù)合體能夠激活胞膜上的蛋白轉(zhuǎn)化生長因子-β激活激酶1(transforming growth factor-β-activated kinase 1,TAK1)[5]。TAK1通過選擇性激活下游的促分裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)和抑制IκB激酶(IκB kinase,IKK)通路,使Ⅰ-kB被降解,并進(jìn)一步使核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)被活化分解而被轉(zhuǎn)移并釋放至宿主細(xì)胞核基質(zhì)腔內(nèi),導(dǎo)致腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α)、白介素1(interleukin 1,IL-1)等促炎性因子大量釋放及氧自由基裂解產(chǎn)物的持續(xù)大量分泌,在宿主細(xì)胞體內(nèi)還可持續(xù)激發(fā)多種炎癥的鏈?zhǔn)交磻?yīng)。炎癥因子的釋放將進(jìn)一步間接刺激靶細(xì)胞活性氧含量的迅速增加,加速了宿主機(jī)體自身的生物氧化還原和免疫應(yīng)激等反應(yīng),促進(jìn)細(xì)胞炎癥的級聯(lián)擴(kuò)大[6],最后可能引起UC。而激活細(xì)胞的MAPK通路則導(dǎo)致了AP-1的大量產(chǎn)生。AP-1蛋白經(jīng)過磷酸化和活化處理之后,能夠進(jìn)入到細(xì)胞核中,介導(dǎo)多種細(xì)胞炎癥因子基因轉(zhuǎn)錄、翻譯,釋放促炎細(xì)胞因子。

2.2 MyD88非依賴型信號通路

在MyD88非依賴型信號通路中,接頭蛋白是TRIF蛋白,TRIF的接頭分子TRAM,同樣含有TIR結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)。TLR4識別LPS并結(jié)合配體,與TRIF和TRAM結(jié)合之后,形成復(fù)合體并輸送至內(nèi)涵體。TRIF的C區(qū)介導(dǎo)的信號分子蛋白物質(zhì)與受體相互作用蛋白1(receptor-interacting protein 1,RIP1)相互作用。在非依賴信號通路過程中TRIF將信號傳遞到RIP1,RIP1接收信號激活胞膜的TAK1,TAK1激活下游的IKK。IKK可以磷酸化Ser32和Ser36位點(diǎn),進(jìn)而誘導(dǎo)激活NF-κB。大量研究表明,NF-kB可引起IL-6、IL-1β、TNF-α等因子及炎癥效應(yīng)放大相關(guān)的酶大量釋放,最后造成并加重炎癥反應(yīng)[7]。此外,小鼠TLR4敲除模型研究表明,TLR4敲除會(huì)激活TRIF/IRF3信號通路,誘導(dǎo)炎癥的發(fā)生[8]。

3 TLR4與UC

UC是指一種腸道非特異性反應(yīng)的臨床炎癥性疾病,UC的發(fā)生部位主要是左下腹,以直腸和乙狀結(jié)腸最為常見。UC以嘔吐、左下腹疼痛、持續(xù)性腹瀉、便血等為主要表現(xiàn),具有腸道癌變的可能性,它也是直接導(dǎo)致急性消化系統(tǒng)疾病復(fù)發(fā)和誘發(fā)慢性腹瀉的主要危險(xiǎn)因素之一[9-10]。UC病人的免疫保護(hù)機(jī)制失常,使持續(xù)反復(fù)的急性炎癥損傷并阻礙正常黏膜功能的組織再生,造成局部組織永久性損傷,并且最終可能會(huì)使這種疾病朝著癌癥的方向轉(zhuǎn)化和發(fā)展[11]。

正常生理?xiàng)l件下,TLR4在腸上皮細(xì)胞中低水平表達(dá),主要是保護(hù)機(jī)體免受入侵細(xì)菌的侵害。研究表明,TLR4激活后會(huì)上調(diào)肌球蛋白輕鏈激酶誘導(dǎo)腸黏膜屏障通透性增強(qiáng),促進(jìn)腸道炎癥的發(fā)生[12]?？紤]到TLR4基因在活動(dòng)期UC患者腸上皮中表達(dá)上調(diào),推測TLR4可能參與了UC疾病的發(fā)展。一項(xiàng)研究表明,受刺激的腸膠質(zhì)細(xì)胞可以通過TLR4作用釋放一氧化氮,加重腸道炎癥[13]。有研究表明,LPS(一種TLR4配體)刺激單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞激發(fā)高水平的促炎細(xì)胞因子釋放,這會(huì)加劇葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[14]。研究發(fā)現(xiàn)[15],TLR4/MyD88/NF-kB信號通路與UC的發(fā)生密切相關(guān)。MyD88依賴途徑通過誘導(dǎo)動(dòng)物體內(nèi)的多種抗腫瘤細(xì)胞炎性基因的異常表達(dá),分泌出TNF-α、IL-6、IL-1β等細(xì)胞因子。MyD88非依賴途徑可以引起IFN和其他免疫調(diào)節(jié)趨化因子的高水平表達(dá)。TLR4的信號傳導(dǎo)對UC的發(fā)生有一定的促進(jìn)作用,并且從某種程度來說它為UC的發(fā)生提供了條件。UC的發(fā)生同時(shí)也會(huì)引起TLR4表達(dá)的增強(qiáng),將會(huì)導(dǎo)致免疫反應(yīng)被過度激活。綜上所述,TLR4在特定情況下可以促使UC的發(fā)生,而UC也可以加強(qiáng)TLR4的表達(dá),最終引起體內(nèi)多種促炎因子大量分泌。TLR4與UC進(jìn)行雙向反應(yīng),相互作用。

4 TLR4在UC治療中的作用

非可控性炎癥是導(dǎo)致UC反復(fù)急性發(fā)作,不斷慢性進(jìn)展加劇的主要危險(xiǎn)原因之一,因此加強(qiáng)控制各種炎癥毒性反應(yīng)將是今后治療UC患者的主要策略[16]。通過藥物對TLR4表達(dá)的影響來治療UC,主要基于調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)表達(dá)的程度。一方面,TLR4介導(dǎo)的兩種信號通路即MyD88依賴和MyD88非依賴信號通路,它們的過度表達(dá)致使UC發(fā)生,因此下調(diào)TLR4信號通路的活化程度可治療UC。有研究已經(jīng)表明,TLR4的表達(dá)下調(diào),可減輕小鼠體質(zhì)量丟失,減輕腸黏膜損傷和炎癥反應(yīng),抑制炎性細(xì)胞因子的釋放[17]。另一方面,對于機(jī)體來說,在TLR4介導(dǎo)的分子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路過度表達(dá)時(shí),會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)負(fù)反應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制。負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制能夠直接使TLR4信號活化能力相對減弱和轉(zhuǎn)錄量相應(yīng)減少,同時(shí)也抑制非功能性信號分子如MyD88、IRAK-M等的表達(dá)[18],所以通過上調(diào)負(fù)性調(diào)控因子也可以治療UC。

黃連素是一種活性生物堿,有著很久的使用歷史。它作為用于醫(yī)治腸道炎癥的有效藥物,同時(shí)還有一個(gè)較為顯著的抑菌消炎作用,可以治療很多感染性疾病。黃連素在一定程度上能夠有效調(diào)節(jié)大鼠腸道上皮組織細(xì)胞TLR4/NF-κB信號通路表達(dá)蛋白的過度降解和誘導(dǎo)活化。它通過直接抑制上游TLR4基因異常去表達(dá)下調(diào)NF-κB蛋白信號通路活化程度,減少下游表達(dá)的TNF-α、IL-6、IL-1β等致炎因子的異常過量釋放,控制機(jī)體炎癥毒性免疫反應(yīng)的作用,以此來達(dá)到治療UC的效果[19]。

益生菌有保護(hù)腸道屏障、改善免疫調(diào)節(jié)等作用。TLR也參與了益生菌治療腸炎中的過程。益生菌可改變抗原提呈細(xì)胞中TLR的表達(dá)水平來影響免疫細(xì)胞之間的信號交流進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)程度。也可以抑制TLR通路在一定程度治療UC[20]。

綜上所述,TLR4雖然會(huì)引起UC的發(fā)生,但是也可以反過來抑制UC。治療UC,可以通過阻礙或者切斷TLR4在發(fā)病過程中的信號傳導(dǎo),增強(qiáng)負(fù)性調(diào)控因子表達(dá),為人類解決TLR4相關(guān)疾病提供新思路。