LPS/TLR4信号通路在肝纤维化中的作用及临床意义

杨亚楠　段义农

[摘要] 肝纤维化是多种慢性肝脏疾病共有的病理过程，表现为细胞外基质合成增多，降解减少。肝星形细胞（HSC）活化并分泌大量细胞外基质是肝纤维化发生的重要机制。脂多糖（LPS）刺激细胞使细胞表面的多种LPS识别受体（包括LBP、CD14、MD2和TLR4）表达增加，通过细胞内信号传递级联使基因表达发生变化，引起细胞反应。LPS/TLR4信号通路在肝纤维化形成过程中起关键作用。

[关键词] 脂多糖；TLR4；肝纤维化；肝星形细胞

[中图分类号] R575.2+9 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2014）07（c）-0189-03

肝纤维化的发生是一个复杂的多因素作用过程，涉及细胞和分子生物学事件，肝星形细胞（HSC）被激活为肌成纤维细胞，大量增殖并分泌大量细胞外基质是其最重要的机制。慢性肝脏炎症是引起肝纤维化形成的必备条件。大多数研究表明，LPS/TLR4信号通路在HSC活化过程中起重要作用，但到目前为止，在炎症反应与肝纤维化形成之间起作用的信号通路中的分子机制仍未完全清楚。本文将对脂多糖（LPS）的来源、结构、功能及信号转导通路加以综述，阐明LPS在肝纤维化形成发展过程中的作用。

1 LPS的来源、结构及功能

1890年，Pfeiffer等[1]发现了一种与细菌外毒素不同的分子，其具有热稳定性，可与菌体紧密结合，只有在细菌破坏崩解后才释放毒素发挥致病作用，因而被命名为内毒素。研究人员发现，内毒素是革兰氏阴性菌外膜成分，是细菌生长和生存所必需的物质，是一类含不同糖类（碳水化合物）、脂肪酸、氨基酸及磷酸盐的两极分子。因为多糖和脂类是这些成分中最早被确定的，所以内毒素也被称为LPS。LPS分子由化学及生物性质不同的3个部分组成，即O抗原多糖链、核心多糖和类脂A，其中类脂A是LPS的毒性和生物活性中心[2]。LPS最外层的O抗原由若干重复的多糖侧链组成，其变异性最大，能与相应抗体起特异性反应，决定革兰氏阴性菌的种型特异性[3]。最内层的类脂A是由2个葡萄胺、磷酸盐和一定量的脂肪酸构成，可与血清蛋白，如LDL、HDL和LPS结合蛋白（LBP）等结合，可刺激巨噬细胞和单核细胞释放炎症介质，激活不依赖抗体的补体经典途径[4-5]。LPS引起的生物学效应有以下几个方面：①与机体组织、细胞结合，直接导致细胞损伤，刺激巨噬细胞、中性粒细胞和内皮细胞等释放炎性介质和酶等[6]；②可激活补体和B细胞，是一种较强的有丝分裂原，在免疫系统中起佐剂的作用[7-8]；③作用于凝血和纤溶系统，激发播散性凝血[9]；④可引起发热、休克和致死等。

2 LPS/TLR4信号通路在肝纤维化中的作用

在LPS引起的炎症反应过程中，LPS首先与LBP结合，LBP具有转运功能，负责将LPS运送到细胞膜上与CD14结合，形成LPS-LBP-CD14复合物。LPS可通过该复合物作用于TLR4，触发细胞内信号级联反应，而最终导致核因子-κB（NF-κB）、活化蛋白-1（AP-1）等转录因子活化，从而诱导一系列基因的活化与表达[10]。在肝纤维化实验模型和肝硬化患者中，血浆LPS水平均升高[11-13]。Wiest等[14]的研究认为，肠道动力学改变、肠道菌群失调、肠黏膜完整性破坏以及免疫应答受抑制都会使肠黏膜屏障被破坏，而引起细菌迁移增加，并在肝纤维化和肝硬化晚期，血浆LPS水平显著上升。有些研究报道，在进展性肝硬化中，通过有益菌种或抗生素调节肠微生物群能有效阻止细菌迁移和特发性细菌性腹膜炎的发生[15]。抗生素可预防由四氯化碳及胆碱不足引起的肝损伤和肝纤维化，LPS可通过MCCD促进肝纤维化发生[16]。用非吸收性广谱抗生素处理小鼠后发现，胆管结扎的小鼠其肝脏明显较少发生纤维变性反应[17]。Velayudham等[18]研究发现，VSL#3（一种益生菌）可通过调节胶原表达和抑制TGF-β信号通路，预防MCCD引起的肝纤维化发生。

Paik[5]等发现，在活化的人HSC中可表达TLR4及其共受体MD2和CD14。LPS刺激HSC可引起NF-κB和JNK/AP-1信号通路的强烈活化，促进细胞表面黏附分子ICAM-1和VCAM-1的表达，并诱导炎症趋化因子IL-8和MCP-1的产生[19]。通过抑制NF-κB活化能够完全阻断LPS所诱导的IL-8的分泌，同时使JNK失活也可以部分抑制IL-8的产生，这表明NF-κB和JNK活化在HSC的TLR4信号通路中起关键作用。Seki等[20]的研究证实，在LPS诱导的肝纤维化中，Bambi过表达能抑制TGF-β信号通路，而显性阴性型Bambi则促进TGF-β信号通路。激活素的跨膜抑制剂是TGF-β信号通路的伪受体，是一种跨膜蛋白，与TGF-βⅠ型受体的胞外区结构相似，可以竞争性地与Ⅱ型受体结合，诱导配体TGF-β超家族成员（TGF-β、骨形态发生蛋白、激活素等）形成配体受体复合物，由于Bambi缺乏胞内区的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域，而不能使胞质区的Smad蛋白被磷酸化而激活，从而阻断TGF-β家族的信号转导[21]，因此，在HSC中TLR4介导的Bambi下调会加强TGF-β信号通路。Huang等[22]对慢性丙型肝炎患者作了一种基因的功能基因组扫描分析，总结出了肝硬化程度风险评估图表，其中包括7种单核苷酸多态性（SNPs），可通过这种肝硬化程度风险评估推测出患者肝硬化的进展程度。一种有抗纤维化作用的TLR4的CC等位基因发生变异，它也是7种SNPs中较常用的[23]。在随后的研究中，研究人员进一步检测了这些SNPs与HSC之间的功能连接。将TLR4缺陷小鼠HSC和与TLR4 D299G或T3991互补DNAs重组的人HSC系LX-2用于实验，发现与野生型小鼠相比，前两者对LPS的反应性都很低；表现为LPS诱导炎症细胞因子和炎性趋化因子的表达和分泌减少，Bambi表达上调，NF-кB荧光素酶受体活性减弱[23]。此外，在TLR4-/-HSC、Myd88-/-HSC和表达D299G或T399I SNPs小鼠HSC中，分别由NF-κB、胞外信号调节激酶（ERK）及磷脂酰肌醇3激酶的通路抑制剂诱导的凋亡和细胞自发性凋亡明显增多[24]。

3 小结

在LPS引起的炎症反应过程中，LPS与LBP、CD14结合后可形成LPS-LBP-CD14复合物，LPS通过该复合物作用于TLR4，通过激活NF-κB和JNK信号途径，可上调一些炎症趋化因子（如IL-8、MCP-1）和细胞表面黏附分子（ICVM-1和VCAM-1）的表达。TLR4是革兰氏阴性菌细胞壁成分LPS的特异性受体，在HSC活化中具有重要作用，能促进肝脏炎症发生和纤维化形成。TLR4诱导的HSC活化和增敏可能在肝脏炎症和肝纤维形成之间起重要的链接作用。

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（收稿日期：2014-05-09 本文编辑：许俊琴）