Toll样受体4基因多态性与2型糖尿病的研究进展

李 宁(综述)，刘 静(审校)

(1.兰州大学第一临床医学院，兰州 730000;2.甘肃省人民医院内分泌科，兰州 730000)

Toll样受体4基因多态性与2型糖尿病的研究进展

李 宁1△(综述)，刘 静2※(审校)

(1.兰州大学第一临床医学院，兰州 730000;2.甘肃省人民医院内分泌科，兰州 730000)

2型糖尿病(T2DM)是一种多基因遗传病，多种基因和环境因素共同参与T2DM的发病。免疫在胰岛素作用、血糖稳态和T2DM中发挥重要作用。固有免疫反应是连接外界环境与机体相互作用的重要系统，固有免疫相关炎性途径的基因突变可能影响到T2DM危险因素的代谢表型，参与疾病的发病。Toll样受体4(TLR4)是固有免疫系统的核心介质，在T2DM中起着重要的作用。TLR4基因Asp299Gly及Thr399Ile的突变，可影响TLR4蛋白的结构，引起感染风险增加的同时也会降低慢性炎症相关疾病(如T2DM)的患病风险。

2型糖尿病;Toll样受体4;基因多态性

2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)是由于周围组织(如骨骼肌、肝脏、脂肪组织等)对胰岛素的敏感性下降和(或)胰岛β细胞分泌胰岛素不足引起的［1］。急性期蛋白、细胞因子和内皮相关免疫介质在T2DM患者中均有所升高［2］，全身低度亚临床炎性反应常预示或涉及T2DM的发病，提示慢性免疫炎症系统紊乱参与T2DM病理生理进程。固有免疫系统是机体防御微生物、化学、物理等各种损害的第一线，是生物体在长期进化中形成的系统防御体系。固有免疫细胞(如巨噬细胞等)通过识别与宿主不同的病原体分子(统称为病原相关分子模式，pathogen-associated molecular patterns，PAMP)促进释放多种炎性细胞因子，这些炎性细胞因子在T2DM中也同样升高。能够识别PAMP的分子称模式识别受体中最主要的是Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)。有研究发现，固有免疫通过TLRs及其信号转导在胰岛素抵抗和T2DM疾病进展中发挥重要作用［3］。T2DM作为一种多基因遗传病，固有免疫相关炎症途径的基因突变可能影响T2DM危险因素的代谢表型，参与疾病的发病［4］。TLRs作为其中重要的受体系统，其基因多态性很可能参与T2DM病理生理机制。TLR4基因Asp299Gly及Thr399Ile的突变，可影响TLR4蛋白的结构，引起感染风险增加的同时也会降低慢性炎症相关疾病，如T2DM的患病风险。在此对TLR4基因多态性与T2DM的相关研究进展进行综述。

1 TLRs简介

1.1 TLRs的发现及信号转导方式 1997年Medzhitov等［5］在人类细胞表面发现和果蝇Toll蛋白结构同源性很高的结构，后称为 TLRs。TLRs是一类能够识别侵入体内的微生物，进而激活免疫应答的跨膜信号传递受体蛋白，通过细胞信号转导途径激活固有免疫反应，并通过提供刺激分子和诱导T细胞分化的细胞因子，协助建立获得性免疫［6］。迄今发现10 种人 TLRs(TLR1～ TLR10)［7］。TLRs分子属于Ⅰ型跨膜蛋白，分为胞内区、跨膜段及胞外区三部分，胞外区主要功能是识别配体以及与其他辅助受体结合形成受体复合物，胞内区含有和白细胞介素1(interleukin，IL-1)类似的结构域，称为Toll-IL-1受体(Toll-IL-1 receptor，TIR)结构域［5］。配体与相应TLRs结合后招募各种TIR结构域-含信号接头分子(TIR domain-containing signaling adaptors)，包括骨髓分化因子(myeloid differentiation factor，MyD)88，TIR结构域-含接头蛋白(TIR domain-containing adapter protein，TIRAP)TIR结构域-含诱导诱导干扰素接头(TIR domain-containing adaptor inducing interferons，TRIF)和 TRIF-相关接头分子(TRIF-related adaptor molecule，TRAM)［3］，并将 TLRs 信号转导 途径为MyD88依赖途径和TRIF依赖途径。配体与TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR7、TLR8 和 TLR9 结合后招募 MyD88，另外 TLR1、TLR2、TLR4和 TLR6招募连接 TIR结构域和 MyD88的 TIRAP。TLR3和TLR4受体信号转导特别依赖于产生Ⅰ型干扰素的信号接头TRIF和诱导促炎性细胞因子的MyD88。TLR4通过连接TIR结构域和TRIF的TRAM募集TRIF。这种接头募集反应初发信号转导瀑布最终激活转录因子 NF-κB、AP-1。此外，MAP激酶(如 p38、JNKs)和细胞外信号调节激酶1/2也会活化。这些转录因子会诱导炎性细胞因子和Ⅰ型干扰素的转录，在代谢性疾病的进展中发挥重要作用。

1.2 TLR4及其基因多态性 TLR4是第一个被人所知并详尽了解的TLR，广泛分布于各种细胞，主要是固有免疫系统细胞，如巨噬细胞和树突状细胞是脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的受体［8］。TLR4 同样与内源性配体相互作用，如热休克蛋白、纤连蛋白、纤维蛋白原、氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoproteins，oxLDS)和游离脂肪酸。配体与TLR4结合后激活细胞内信号通路，最重要的是TLR4/NF-κB 通路［9］，导致炎性细胞因子和其他与获得性免疫相关的共刺激分子的合成和释放，其中许多涉及胰岛素抵抗。TLR4基因位于染色体9q32～33，包括3个外显子。常见的两个单核苷酸多态性(SNPs)位于TLR4基因外显子3的+986(A→G)和+1196(C→T)导致 TLR4分子299(Asp299Gly)和399(Thr399Ile)核苷酸的改变［10］，并呈连锁不平衡。研究显示，299Gly和399Ile改变了TLR4胞外区的结构，进而影响其与配体的结合，导致对LPS的反应性降低［12］。Asp299Gly突变携带者体内的促炎性反应细胞因子、急性期反应、可溶性黏附分子下降，增加了严重感染的风险［13］，同时也降低了颈动脉粥样硬化发病率［14］。

T2DM作为一种多基因遗传病，其发病具有遗传倾向，是由多个基因多种环境因素共同作用的结果。免疫在胰岛素作用、血糖稳态和T2DM中发挥重要作用。TLR4是固有免疫反应中重要受体，作为与环境相互作用的重要物质，其基因突变可能会改变某些环境因素对机体的作用。由此推测，机体对T2DM环境危险因素的反应可能会因此发生变化，进而导致T2DM的患病风险降低。

2 TLR4基因多态性与T2DM和胰岛素抵抗

2.1 TLR4基因多态性与T2DM 有研究［13］对巴西东南部211例糖尿病患者和200例健康对照的研究中发现，TLR4 299Gly和399Ile变异分别使T2DM的风险降低了55%和75%(分别为OR=0.45 95%CI0.19～0.99;OR=0.25 95%CI0.07～0.9)。提示299Gly和399Ile等位基因显示对T2DM有保护作用，299Gly和399Ile携带者与较低的T2DM患病率相关。2011年，希腊 Manolakis等［14］在包括 286例T2DM和413例对照者的研究中发现，TLR4的这两种单核苷酸多态性与T2DM相关。但是，该单核苷酸多态性在其他人群研究中的结果并不相同。德国Illig等［15］在一项包括722例研究对象的横断面研究中指出，299Gly和399Ile和T2DM患病率缺乏联系。这与波兰 Buraczynska 等［10］和德国 Rudofsky 等［16］、Kolz等［17］的研究相似。在亚洲人的研究中，韩国Kim 等［18］及我国 2008年［19］对天津地区和 2010年［20］对中国汉族T2DM的病例对照研究中，均未检测出TLR4的这两种单核苷酸多态性。产生这种差异的原因很可能与遗传漂变、迁徙以及不同种族长期受到不同的自然选择压力等因素有关。

T2DM作为一种多基因遗传病，多个基因多种环境因素共同作用参与其发病。TLR4作为与环境相互作用的重要物质，其基因突变，尤其是引起蛋白质结构异常的基因突变可能会使机体对环境因素(如T2DM危险因素)的反应发生变化，进而影响其发病。目前已知其Asp299Gly及Thr399Ile的突变增加了各种感染性疾病的患病率［13］，主要原因可能是由于299位上Asp被Gly替代，理论上导致蛋白结构α螺旋的破坏，形成扩大的β延伸(extended β-strain)进而导致功能下降［21］，进而影响到了对环境因素的免疫反应。这种异常的TLR4蛋白可能通过改变外界环境因素(T2DM危险因素)对机体的作用，降低了机体对慢性炎症性疾病，如颈动脉粥样硬化［14］和糖尿病的患病风险。

关于T2DM和TLR4基因多态性的研究中，其结果并不相同。在巴西［13］和希腊［14］的研究提示有保护作用，在德国［15］和其他地区的研究中并未发现相关，并且在中国［20］和韩国［18］的研究中未检测到TLR4的这两种单核苷酸多态性。因此，对TLR4的这两种突变对T2DM的保护作用方面尚不能进行广泛推论。这种地区差异可能TLR4基因多态性的外显率受各人群特有的其他基因和环境因素影响而有所不同，可能需要更多不同地区、大样本、多中心的研究。

2.2 TLR4基因多态性与胰岛素抵抗 高血糖状态诱导胰岛素的分泌和释放，胰岛素通过减少肝糖原的输出和增加外周组织对葡萄糖的摄取降低血糖水平，其功能是由细胞膜上活化的胰岛素受体介导的。在胰岛素受体底物(insulin receptor substrate，IRS)蛋白的酪氨酸磷酸化后，很快诱导受体自身磷酸化，继而激活两种主要的下游信号转导通路：PI3激酶通路和丝裂原活化蛋白激酶通路［3］。慢性炎症早期因子如肿瘤坏死因子刺激或升高游离脂肪酸水平，抑制IRS-1丝氨酸磷酸化，进而破坏胰岛素信号转导引起胰岛素抵抗［22］。肥胖的T2DM患者中TLR4的基因表达和蛋白含量在肌肉组织中明显升高，与严重胰岛素抵抗相关。在小鼠中定向破坏TLR4或是TLR4基因突变，对于肥胖相关的胰岛素抵抗有保护作用［23-24］。研究提示，可能是由于血浆升高的游离脂肪酸水平引起异常升高的TLR4表达和信号转导，参与人体胰岛素抵抗的发病［3］。由此推测，TLR4基因Asp299Gly、Thr399Ile突变产生异常的TLR4蛋白通过使携带者体内的TLR4表达和信号转导水平下降，进而降低机体的胰岛素抵抗，使T2DM患病风险下降。具体还需要进一步的试验研究加以证实。

3 TLR4基因多态性与T2DM并发症

在TLR4基因多态性与T2DM并发症的相关研究中，Rudofsky等［16］指出 TLR4单核苷酸多态性(Asp299Gly和Thr399Ile)出现率在246例1型糖尿病(T1DM)和530例T2DM患者中无显著性差异。与T1DM相比，50.9%的Asp299Asp/Thr399Thr携带者有糖尿病神经病变，而仅26.2%的 Asp299Gly/Thr399Ile基因型携带者有糖尿病神经病变，提示在T2DM中TLR4多态性与糖尿病神经病变有很强的相关性。这可能与突变影响到TLR4蛋白与内源性配体如oxLDL的结合，因此降低了oxLDL等诱导的氧化应激反应，进而减少了糖尿病神经病变的易感性有关［16］。另一项波兰 Buraczynska 等［10］关于糖尿病视网膜病变的研究发现，Asp299Gly的G等位基因在早发糖尿病视网膜病变(DR)组的出现率显著大于健康对照组和糖尿病病史大于10年却无DR组，提示Asp299Gly的G等位基因是早发DR的独立危险因素。Kolek等［25］的研究显示，299Gly突变不仅与免疫反应受损有关，还与下降的C反应蛋白有关，同时与减少的血管造影的冠状动脉疾病和糖尿病的患病率有联系。而Manolakis等［14］在希腊699个研究对象的研究中发现TLR4的这两种SNPs与T2DM相关，对于缺血性心脏病无明显相关。

T2DM并发症的发病除了与血糖长期控制不佳相关外，还与其他危险因素如肥胖、血脂紊乱、静坐的生活方式等多种因素有关。因此，TLR4 Asp299Gly、Thr399Ile突变是否通过改变机体免疫状态降低机体对易感因素的反应进而影响疾病的具体发病机制，尚需要进一步的研究加以证明。

4 展望

TLR4基因多态性及功能在T2DM患者的免疫和炎症中起者重要作用，它使T2DM患者的天然免疫和获得性免疫联系在一起，TLR4基因多态性及功能的深入研究为T2DM患者的免疫状态和并发症方面的研究提供了新的思路。对以后在开发治疗2型糖尿病新型基因药物和进一步对TLR4基因多态性和T2DM及其危险因素作用方面的研究提供依据。

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Recent Research Progresses of Toll-like Receptor 4 Polymorphisms and Type 2 Diabetes Mellitus

LI Ning1，LIU Jing2.(1.The First Clinical Medicine School of Lanzhou University，Lanzhou730000，China;2.Department of Endocrinology，Gansu Province People's Hospital，Lanzhou730000，China)

Type 2 diabetes mellitus(T2DM)is a disease of multifactorial inheritance.Multiple of genetic and environmental factors participate the development of the disease.Immune system plays an important role in insulin action，glucose homeostasis and T2DM.Inherent immunity is an important mechanism connecting the environment and human body.The genetic mutations of innate immune related inflammatory pathways may affect the metabolic phenotypes of T2DM risk factors and participate the process of the disease.Toll-like receptor 4(TRL4)，a central mediator of the innate immune response，plays an important role in T2DM.TLR4 Asp299Gly and Thr399Ile polymorphisms result in the changes of TLR4 protein and are associated with the increased prevalence of infectious diseases and the decreased prevalence of chronic inflammatory diseases such as T2DM.

Type 2 diabetes;Toll-like receptor 4;Polymorphism

R587.1

A

1006-2084(2012)13-2087-03

2011-12-16

2012-02-28 编辑：潘雪