Toll样受体在糖尿病肾病发病中的作用

冯媛媛(综述)，白雪源,陈香美(审校)

(1.解放军总医院肾病科/肾脏疾病国家重点实验室，北京 100853； 2.南开大学医学院，天津 300000)

Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)系统在识别细菌等病原微生物及激活炎性反应信号转导通路中发挥着重要作用，是天然免疫受体之一，在启动和调节天然免疫及诱导获得性免疫中起重要作用[1-2]，是目前研究的热点。近年来，随着人们饮食结构和生活方式的改变，糖尿病的发生率正逐年递增，由此导致的糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)也逐年增加。DN的发病机制复杂,除了血糖、血脂代谢紊乱和血流动力学异常外，近年的研究显示TLRs系统可能也参与DN的发生、发展过程。因此，进一步探讨TLRs与糖尿病肾损伤之间的关系，已成为当前糖尿病和肾脏病学界的热点课题。

1 TLRs的结构、配体与信号转导通路

TLRs是人们在研究果蝇胚胎育过程中发现的dToll基因所编码的一种跨膜受体蛋白，随后在人类细胞表面鉴定出与其同源的Toll样蛋白，并命名为TLRs[3-5]。TLRs不仅在天然免疫中发挥重要的作用,而且还可以调节获得性免疫。

1.1TLRs的结构 TLRs分子均由胞外区、跨膜区和胞内区3部分组成，属Ⅰ型跨膜受体。其胞外区均有18～31个富含亮氨酸的串联重复序列，该区为序列多变的Ig样结构域,与宿主对感染反应的特异性有关,其空间结构的细微变化就会影响TLRs对病原相关分子模式的识别[1-2]。TLRs的胞内区含有Toll/白细胞介素(interleukin，IL)-1受体同源区(Toll/IL-1 receptor homologous region，TIR)，其中包括3个保守盒参与信号转导[2]。TIR是一个保守结构，TLRs信号转导通路上的许多蛋白质,如髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)、IL-1受体相关激酶、肿瘤坏死因子受体相关因子6等都具有TIR[6-7]。TLRs在生物界高度保守、分布广泛，但不同生物TLRs的种类和数量不尽相同[8]。

1.2TLRs的分布、配体 迄今为止，已经发现哺乳动物TLRs有13个成员，人体内有10个，即TLR1～10，小鼠中不表达TLR10，但发现了人类没有的TLR11～13。TLRs家族成员主要表达于各种免疫相关的细胞，如单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞等[8-9]。

TLRs属于模式识别受体，模式识别受体识别结合的某些病原微生物或其产物所共有的高度保守的特定分子结构称为病原相关分子模式[10]。病原相关分子模式包括革兰阴性菌的脂多糖，革兰阳性菌的肽聚糖、脂磷壁酸、磷壁酸，分枝杆菌的脂糖，真菌的甘露聚糖，病毒的RNA、表面蛋白，革兰阳性菌、分枝杆菌、螺旋体中的脂蛋白，细菌鞭毛蛋白，以及一些微生物的CpG DNA、dsRNA、ssRNA[11]。TLRs除了可识别上述外源性分子之外，近年的研究发现TLRs还可识别一些内源性配体，这些配体也称为损伤相关分子模式，如热激蛋白、细胞外基质的降解产物、自身的核酸成分等。自由脂肪酸和高糖作为TLR2和TLR4的内源性配体可以诱导产生致炎因子[12-13]。大阪大学等研究人员通过动物实验发现，由于高血压等原因使心肌细胞内的线粒体受损后，导致无用的线粒体DNA蓄积，蛋白质“TLR9”会发挥作用，激活免疫反应，引发心肌炎症，严重者可导致心力衰竭。对此，在进一步的研究发现，即使能分解线粒体DNA的酶无法发挥作用，只要投放能遏制“TLR9”蛋白质的物质，那么小鼠即使出现高血压等情况，也不会出现心肌炎引发的心力衰竭[14]。

1.3TLRs的信号转导通路 TLRs信号转导通路包括MyD88依赖性通路和MyD88非依赖性通路。MyD88依赖性通路是指当TLRs胞外段与相应配体结合后，TIR即发生二聚化并与MyD88的Toll结构域结合，同时诱导MyD88的死亡结构域活化而形成TIR-MyD88活性复合体；MyD88用它的死亡结构域募集下游同样含死亡结构域的IL-1受体相关激酶1和IL-1相关蛋白激酶2，导致IL-1受体相关激酶自身磷酸化；磷酸化的IL-1受体相关激酶脱离MyD88，与肿瘤坏死因子受体相关因子6结合，导致肿瘤坏死因子受体相关因子6活化，并引起丝裂原激活蛋白激酶磷酸化，而后激活κB抑制剂激酶，导致κB抑制剂(inhibitior of kappaB，IκB)泛素化而从IκB/核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)复合物中释放出来，NF-κB由此活化并转位入核，从而激活一系列致炎因子基因的表达。除了MyD88依赖性通路外，还存在MyD88非依赖性通路，包括TLR3和TLR4。TLR3的MyD88非依赖信号通路是通过诱导干扰素β的含TIR结构域的衔接蛋白激活肿瘤坏死因子受体相关因子联合NF-κB激酶结合激酶1，进而促进干扰素调节因子3的激活，诱导干扰素β等基因的表达。TLR4除了参与MyD88依赖性通路之外，还参与MyD88非依赖性通路，它的MyD88非依赖性通路可能主要调控TLR4介导的树突状细胞的成熟和获得性免疫正向调节分子，如主要组织相容性复合体、共刺激分子CD80[11,15-16]。

2 TLRs在糖尿病发生、发展中的作用

TLRs信号通路在糖尿病及其相关并发症的发生、发展中的作用已得到肯定。研究表明，TLR1、TLR2、TLR3、TLR7都参与了糖尿病的发生机制[17]。已有实验证明TLRs，尤其是TLR2和TLR4在1型糖尿病和2型糖尿病中的表达均增加[18]。赵莉等[19]研究表明，在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型血浆中TLR2 mRNA和蛋白高表达，并且mRNA和蛋白表达水平呈正相关。Dasu等[20]报道，高糖可引起人单个核细胞上TLR2表达增加，剔除TLR2基因后再在高糖环境中孵育24 h TLR2表达明显下降。1型糖尿病患者白细胞内TLR2 mRNA的表达增加能够促进炎症的发生[21]。TLR2剔除后能够降低糖尿病和DN初期的炎性反应[22]。

目前有研究显示，2型糖尿病患者尤其是伴有动脉粥样硬化的患者存在着外周血单个核细胞上TLR4的激活，证明了TRL4很可能是联系2型糖尿病血管炎性反应和胰岛素抵抗的关键因子及有力的抗炎治疗靶点[23]。妊娠期糖尿病患者体内TLR4 mRNA、NF-κB mRNA呈高表达,炎性因子IL-1、IL-10、肿瘤坏死因子α升高，提示存在免疫炎症[24]。在关于糖尿病并发症的研究中还发现，TLR4表达的上调参与了动脉粥样硬化、糖尿病周围神经病变及糖尿病眼底病变的发生[25]。TLR4剔除后，糖尿病小鼠炎症信号通路相关蛋白的表达下降[22]。

3 TLRs在DN发生、发展中的作用

TLRs在肾小管上皮细胞、系膜细胞和足细胞等肾脏固有细胞中表达，这些TLRs受体可能参与了肾间质炎性反应的发生及肾小管的损伤修复[26]。在人类的11个TLRs中，TLR2和TLR4能够促进缺血/再灌注肾损伤，TLR3、TLR7、TLR9会导致肾小球肾炎等[27]，但是对于糖尿病肾损伤模型中TLRs的表达目前研究较少，仅限于TLR2和TLR4。TLR2和TLR4在小鼠肾脏中主要表达于肾小管上皮细胞和肾小球系膜细胞。Li等[28]的研究表明，DN大鼠肾组织TLR2及其内源性配体(热激蛋白70和高迁移率族蛋白1)的表达增加，并与MyD88和单核细胞趋化蛋白1表达呈正相关；剔除TLR2基因后，链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠肾脏病变减轻，足细胞丢失减少。对DN患者进行肾活检，结果发现TLR2在肾小球和肾小管间质中高表达。用TLR2剔除小鼠诱导产生DN后，能够降低炎症的发生和DN初期的症状。体外实验同样表明，高糖能够诱导TLR2 mRNA高表达[29]。总之，在DN肾组织中，TLR2表达增加，并且与炎症浸润相关。

TLR4的配体主要是脂多糖和内源性配体，在识别脂多糖及介导炎性反应信号转导中起重要作用。林珊等[30]研究发现，DN患者中肾组织TLR4表达明显上调，并与肾小管上皮细胞炎症密切相关。Lin等[31]研究表明，DN患者肾组织中TLR4介导的信号通路能够导致肾小管间质性炎症。TLR4与拮抗剂CRX-526结合后，能够预防系膜细胞中DN的发生[32]。体外实验同样表明，高糖能够诱导小鼠肾小球系膜细胞TLR4 mRNA表达，并与DN的产生相关[33]。对于其机制，可能是肾小球中TLR4表达增加，一方面经由连接蛋白MyD88依赖性或非依赖性信号转导途径诱导NF-κB活性增加，NF-κB被激活后上调炎性因子的转录；另一方面TLR4可激活免疫细胞和肾脏实质细胞,使其分泌大量炎性介质和细胞因子,组织出现持续性炎性反应。慢性肾脏疾病患者肾脏内TLR4 mRNA的表达与核细胞趋化蛋白1和转化生长因子β1呈正相关。

4 展 望

通过对TLRs家族的研究发现,糖尿病及其肾损伤过程中，固有免疫系统TLRs通过激活NF-κB信号通路促进炎性反应，但目前对于这方面的报道仅限于TLR2和TLR4，其他TLRs表达及其具体作用还有待于进一步的研究。后续研究深入地探讨DN发生与炎症的关系及炎症调节的机制，也可从细胞分子水平进一步研究免疫炎症在DN发生中的作用，以便为DN的预防和治疗提供新的线索。

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