Toll样受体与慢性阻塞性肺疾病发病机制的研究进展

高 娴 李素云 王海峰 (河南中医学院老年病研究所，河南 郑州 450008)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种常见、多发、高致残率和高致死率的慢性呼吸系统疾病，以气流受限为特征，气流受限不完全可逆，呈进行性发展。Toll样受体(TLRs)是一类天然的免疫受体，参与机体的各种免疫应答，在各种炎症反应细胞吞噬作用的调节和细胞信号传导及细胞凋亡中起重要作用。本文就COPD的发病机制与TLRs信号传导通路的研究进展作一综述。

1 TLRs及其信号传导通路

1.1 TLRs分布、结构及功能 TLRs是一类最早发现与果蝇胚胎背、腹侧的发育有关的天然的免疫受体，目前在人和大鼠体内共检测13种 TLR，其中 TLR1-9存在于两者体内，而TLR10由于逆转录异常在大鼠体内无功能，TLR11-13在人类基因序列中不表达〔1〕。TLRs广泛分布于多种细胞，大部分在造血干细胞来源的细胞上表达，如巨噬细胞、白细胞和树突细胞等;在非造血干细胞源性细胞则呈选择性表达，如上皮细胞、内皮细胞〔2〕，其中TLR蛋白基因表达最强的是在脾脏及外周血的白细胞中〔3〕。

TLRs属于Ⅰ型跨膜蛋白受体(PRR)，由胞外区、跨膜区和胞内区组成〔4〕。其中胞外区含有固定分布的亮氨酸重复序列(LRR)，参与对病原微生物或其产物的特征性识别，即对病原相关分子模式(PAMP)的识别;跨膜区富含半胱氨酸的结构域;胞内区由Toll同源结构域(THD)和分子羧基端长短不同的短尾肽组成，由于其与人白介素-1受体(IL-1R)的胞内区结构相似，故称为TIR结构域(TIR)，其功能主要是向下游传导信号。

根据TLR的细胞定位不同，可将其主要分为两类：一类位于细胞表面，包括 TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6 和 TLR11，以微生物的膜结构(如蛋白、脂类、脂蛋白等)为配体，可以被小分子或抗体激活;另一类位于细胞内的囊泡结构(溶酶体、内涵体和内质网等)，包括 TLR3、TLR7、TLR8和 TLR9，识别微生物的核酸〔1，5〕。

1.2 TLRs信号传导通路 TLR信号传导通路是由TLRs介导的信号转导通路诱导很多快速反应基因的活化，产生许多效应分子，并参与机体的防御反应。TLR信号传导途径相似，但也有其多样性和特异性。TLR信号传导的基本过程是：TLRs通过识别配体的PAMPs，使配体与TLR接头蛋白结合并触发下游信号途径，通过一系列的蛋白级联反应激活转录因子NF-κB等，活化的NF-κB进入细胞核，引起促炎性基因的转录和表达，使 IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α 等细胞因子大量释放。

目前已知的TLR接头蛋白主要有MyD88(Myeloid differentiation factor 88)、MAL(MyD88 adapter-like)、TRIF(TIR domaincontaining adapter inducing interferon IFN-β)、TRAM(TRIF-related adapter molecule)和 SARM(sterile α and HEAT/Toll/IL-IR resistance motif containing)〔6〕。已知多数 TLRs存在相应的天然配体，如TLR2识别革兰阳性菌和某些革兰阴性菌的脂蛋白、脂壁酸等〔7〕，TLR3识别病毒的双股 RNA(dsRNA)，TLR4主要识别革兰阴性菌脂多糖(LPS)，TLR5识别有鞭毛细菌的鞭毛蛋白，TLR9识别细菌及病毒的未发生甲基化的CpGDNA序列等〔8〕。此外，不同TLRs之间还存在形成异源二聚体的组合识别形式，从而有助于扩大TLRs家族对PAMPs的识别范围〔9〕。

目前发现的TLR信号传导通路有以下几类〔10〕：①MyD88依赖途径，这是一条几乎所有TLR都依赖的主要途径，经过一系列的磷酸化和脱磷酸化，最终激活的NF-κB和促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)诱导炎性因子的表达〔11〕;②小GPT酶路径;③磷脂酰肌醇磷酸途径。这两条属于MyD88依赖途径的旁路，直接接受受体传导的信号，也可以最终激活NF-κB和MAPK;④非MyD88依赖途径，则仅限于TLR3和TLR4介导的信号传导通路，可活化迟发相的NF-κB和MAPK，另外还可激活干扰素调节基因从而引起Ⅰ型干扰素基因的表达。

2 TLRs与COPD的发病机制

目前普遍认为COPD是一种以气道、肺实质和肺血管的慢性炎症为特征的疾病，其中炎症反应是疾病发生发展过程中的一个关键环节，因此炎症因子(如中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞等)及炎症介质(如白介素8、白介素6、TNF-α、基底细胞间黏附分子等)也成为COPD的关键，而影响COPD炎症反应的因素研究最多的是吸烟和感染〔12〕。肺泡巨噬细胞和中性粒细胞表面的TLRs作为第一道天然防线，被吸入气道的有害物质(如香烟烟雾、细菌及病毒)刺激，继而产生一系列病理生理改变，参与到COPD的整个病程中。

2.1 香烟与TLRs在COPD发生发展中的关系 Mortaz等〔13〕通过由香烟烟雾诱导产生的白介素8(IL-8/CXCL-8)被TRL4抗体抑制，及暴露人气道上皮细胞于TRL4配体中来诱导CXCL-8和IL-1β的释放等实验，证明分布在人支气管上皮细胞膜上的TLR4参与了香烟烟雾诱导的CXCL-8和IL-1β的释放及相关的炎症反应。Khalil Karimi等〔14〕采用不同技术对外周血中的巨噬细胞分离，并给予香烟烟雾的刺激后分析发现，在肺泡巨噬细胞中，TLR4受体通道诱导产生大量IL-8，进一步诱导中性粒细胞和CD8+T淋巴细胞参与COPD的炎症反应。Hadi Sarir等〔15〕研究通过短时间(1H)暴露巨噬细胞于香烟烟雾中，香烟烟雾抑制了TLR4的表面表达并使其内化，同时通过上游调节刺激TLR4 mRNA和IL-8 mRNA增多，从而产生更多的自由基增强白介素受体相关激酶(interleukin receptor associated kinase，IRAK)的磷酸化，激活NF-κB，进而产生大量炎症因子。

Baines等〔16〕在健康者和成年COPD患者中，通过对外周血中TLR2和TLR4表达情况的研究，发现中性粒细胞计数明显升高，同时TLR2和TLR4的基因表达也明显增多。Pace等〔17〕在健康不吸烟者、吸烟COPD患者、不吸烟COPD患者中研究支气管肺泡灌洗液中TLR4和TLR2的表达情况，结果显示COPD患者灌洗液中TLR4的表达明显增加，同时中性粒细胞趋化因子活性增强，但TLR2的表达无明显差异。由此说明TLR4的表达情况与COPD的气道及血液中的中性粒细胞分泌情况关系密切。

另外，Geraghty等〔18〕发现与气道重塑紧密相关的基质金属蛋白酶1(MMP-1)的表达也可在香烟烟雾的刺激下，通过TLR4的MyD88/IRAK1信号途径，诱导MMP-1的生成增多。Song等〔19〕通过对香烟烟熏造模大鼠应用TLR9拮抗剂，发现模型组大鼠气道黏液分泌明显增加，支气管壁纤维化，气道旁平滑肌增厚。由此可见TLR与COPD病程过程中的气道重塑亦关系密切。

2.2 感染与TLRs在COPD发生发展中的关系 感染是COPD发生发展的重要因素之一。病毒、细菌是本病急性加重的重要因素。TLRs能识别各种病毒及细菌，参与COPD的发病过程，直接影响到患者的疾病加重次数及免疫系统功能。

2.2.1 细菌感染 随着抗生素的广泛应用，革兰阴性菌已成为逐渐全球范围包括中国在内的COPD发病及发展过程中的主要病原菌〔20～22〕。相关研究证明〔23〕，吸入革兰阴性菌内毒素或者LPS可引起中性粒细胞增多及肺功能的减退，而长期吸入LPS能够引起中性粒细胞从血管内渗出至气道，从而引起慢性气道重塑。分布肺组织中的TLR4在LPS进入宿主体内后，成为LPS的信号传递的重要通路。肺泡巨噬细胞是呼吸道的重要防线，亦是LPS的主要效应细胞，TLR4启动的胞内信号转导最终激活NF-κB，后者进入细胞核，调控众多炎症介质的基因表达，尤其是TNF-α和IL-1等原发性介质的增加，进一步诱导肺泡巨噬细胞产生大量继发性炎性细胞因子和介质，如IL-6、IL-8等，这些炎性介质和细胞因子反过来又可以进一步激活NF-κB，从而产生过度的炎症反应，引起COPD的急性加重，影响患者的生存质量〔24，25〕。李雯等〔26〕通过对比 LPS 刺激前后COPD组与非COPD组患者气道上皮细胞表面TLR4及其mRNA的表达水平，发现两者在COPD组均处于较高水平，前后无明显差异，由此说明气道上皮细胞表面TLR4及TLR4 mRNA的表达水平有可能是COPD发病的一个关键因素。同时最近的研究表明，TLR2和TLR4对革兰阳性菌和阴性菌有特殊的识别功能，但在诱导细胞因子的表达方面并没有差异〔27〕。

2.2.2 病毒感染 呼吸道病毒(如鼻病毒、流感病毒、腺病毒、呼吸道合胞病毒等)也是不容忽视的一种致病因素。

呼吸道合胞病毒(RSV)的F蛋白通过TLR4和CD14分子刺激机体产生抗病毒的细胞因子，TLR4缺陷的小鼠肺部NK细胞、巨噬细胞和单核细胞数量均减少，IL-12分泌下降，NK细胞介导的细胞毒效应受到破坏，清除RSV的能力降低〔28〕。同时，Huang等〔29〕通过观察由感染RSV引起的急性肺部炎症的BALB/c大鼠，发现感染RSV可在短时间内迅速增加TLR7和TLR3的肺内表达，进而激活NF-κB引起一系列的肺部炎症反应。而Castro等〔30〕发现烟草烟雾抑制了感染RSV的浆细胞样树突细胞(pDC)对TLR7的表达及对干扰素调节因子-7(IRF-7)的活化，但对其他细胞因子如IL-6、TNF-α及CXCL8等的表达无影响。

另外，鼻病毒(RV)是最常见的呼吸道感染病毒，是COPD急性加重的主要诱因。Sajjan等〔31〕研究发现在气道上皮细胞中，TLR3信号通道参与诱导RV39感染后IL-8的释放。最近研究发现鼻病毒(RV)可通过活化气道平滑肌细胞中的TLR3和TLR7/8引起细胞外基质沉积，从而引起气道重塑〔32〕。

3 TLRs及其传导通路在COPD治疗中的前景

目前长效支气管扩张剂之一沙美特罗已广泛应用于COPD的临床治疗中，MacRedmond等〔33〕研究发现沙美特罗与激素合用时能上调肺脏气道上皮细胞TLR4的表达，并增强其对LPS的反应程度。由此提示沙美特罗除了对支气管有扩张作用外，还可能对提高患者气道的防御功能有一定帮助。

因此，TLRs的发现使机体的天然免疫防御机制的研究达到了一个新的水平，对TLRs传导通路的进一步研究可以更好地了解机体识别、抵御病原体侵入的分子机制。但目前TLRs对COPD相关机制探讨的研究多停留在实验室或动物模型水平，而在患者体内的表达情况及其在气道慢性炎症过程中的具体作用需进一步探讨。

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