Toll样受体及其基因多态性与胃黏膜疾病相关性的研究进展

李　静　姜相君

青岛大学医学院附属青岛市市立医院消化内二科(266000)

Toll样受体及其基因多态性与胃黏膜疾病相关性的研究进展

李静*姜相君#

青岛大学医学院附属青岛市市立医院消化内二科(266000)

Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)是存在于生物体内的一类非常重要的模式识别受体(pattern recognition receptors, PRRs)，在机体天然免疫中发挥重要作用。此外，TLRs还是连接天然免疫与获得性免疫的桥梁，其可通过识别 病原体的特异性保守序列——病原体相关分子模式(pathogen associated molecular patterns, PAMPs)引发信号转导，对天然免疫和获得性免疫进行调控，从而维持机体免疫系统稳态[1]。存在PRRs缺陷的个体对相应病原体高度易感，并发生免疫调控系统功能障碍，导致感染性、变态反应性、自身免疫性疾病发生。

胃黏膜疾病的发生、发展是一个复杂的多因素、多机制过程，不同个体对胃黏膜疾病的遗传易感性有一定差异。近年众多研究发现，TLRs作为一类重要的PRRs，与多种胃黏膜疾病的发生、发展有着密切的联系。本文就TLRs及其基因多态性与胃黏膜疾病的相关性作一综述。

一、TLRs的种类、分布、结构、配体及其信号转导途径

1. TLRs的种类和分布：Toll蛋白最初是在研究果蝇胚胎发育时被发现的，是果蝇背腹轴形成过程中的一个重要受体[2]，随后发现其在成年果蝇的抗真菌、抗革兰阳性菌天然免疫应答中亦发挥重要作用。1997年，Medzhitov等[1]首次在人体内发现与果蝇Toll蛋白同源的蛋白，命名为“Toll样受体”。目前在哺乳动物体内已相继发现13种不同TLRs，人和小鼠体内均存在TLR1-9，TLR10只存在于人体内，TLR11-13则仅存在于小鼠体内。根据亚细胞定位，TLRs可分为两类：一类位于细胞膜，如TLR1、2、4、5、6、10，主要针对细菌识别其表面结构，如肽聚糖、脂蛋白、脂多糖(LPS)等；另一类位于胞内细胞器，如内质网、溶酶体等，包括TLR3、7、8、9，主要功能为识别病毒和核酸，有利于机体区分异体与自身DNA[3]。

TLRs分布广泛，可表达于多种不同组织和细胞。大部分TLRs表达于造血干细胞来源的细胞，如白细胞、树突细胞、巨噬细胞等；同时选择性表达于非造血干细胞源性细胞，如上皮细胞、内皮细胞等，在机体局部免疫中发挥防御作用。

2. TLRs的结构：TLRs属于Ⅰ型跨膜受体，由胞外区、跨膜区和胞内区三部分组成。胞外结构域富含亮氨酸重复基序(leucine-rich repeats, LRRs)，称为LRR结构域，呈马蹄形结构，其凹面被认为与病原体的识别直接相关，该区域结构变异较大，可能与病原体PAMPs存在变异有关；跨膜区富含半胱氨酸；胞内结构域与哺乳动物白细胞介素-1受体(IL-1R)家族的胞内结构域高度相似，称为Toll/IL-1R(TIR)结构域[4]，是由约200个氨基酸残基组成的保守区域，负责募集MyD88、TRIF、TIRAP和(或)TRAM等衔接蛋白，向下游转导信号[5]。

3. TLRs的配体：TLRs能单独或与其他TLRs或其他分子协同识别不同病原体的特异性PAMPs，TLR1可识别热休克蛋白(HSP)；TLR2识别的PAMPs种类较多，可与TLR1、6、10或非TLRs分子形成异二聚体，识别革兰阳性菌的肽聚糖、脂肽和脂蛋白，支原体的脂肽以及真菌的酵母聚糖等多种PAMPs[3]；TLR3可识别病毒和寄生虫的双链DNA；TLR4主要识别革兰阴性菌的LPS；TLR5、TLR6分别识别细菌的鞭毛蛋白和支原体的双酰基脂肽；TLR7可识别咪唑喹啉等化合物，TLR7、TLR8可识别病毒单链RNA；TLR9则以识别病毒或细菌的非甲基化CpG-DNA序列和宿主核染质-IgG复合物为主[6]。此外，TLRs还能识别来自受损细胞的内源性信号，以及内源性大分子降解产物如硫酸肝素等[7]。

4. TLRs介导的信号转导途径：TLRs为先天免疫应答的传感器，可通过识别PAMPs引起下游目的基因活化，诱导免疫应答发生。根据与TIR结构域结合的衔接蛋白种类，TLRs介导的信号转导途径可分为MyD88依赖性和非依赖性途径，后者系通过TRIF途径进行信号转导，TLR1、2、6、7、9介导的信号转导途径属于MyD88依赖性，TLR3属于非MyD88依赖性，TLR4则既可为MyD88依赖性，亦可为非MyD88依赖性[8-9]。

①MyD88依赖性信号转导途径：髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88, MyD88)是TLRs信号转导途径中重要的衔接蛋白，其分子结构中含有一个氨基端死亡结构域和一个羧基端TIR结构域，后者与TLRs的TIR结构域相结合，前者与IL-1R相关激酶(IL-1R associated kinase, IRAK)的死亡结构域相互作用，募集IRAK至受体复合物。微生物病原体突破宿主免疫防御屏障时，机体上皮细胞和免疫细胞上的TLRs识别并结合其PAMPs，其本身发生二聚化，诱导胞内TIR结构域构象改变，募集并与MyD88的TIR结构域相互作用以激活MyD88，活化后的MyD88通过IRAK发生自身磷酸化，与肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)相互作用，诱导转录因子AP-1激活和(或)使转录因子NF-κB 易位至细胞核内，从而启动靶基因转录，介导机体免疫炎症应答。

②非MyD88依赖性/TRIF信号转导途径：MyD88同源蛋白的发现以及MyD88缺失但TLR4不缺失的小鼠树突细胞的成熟均提示非MyD88依赖性信号转导途径的存在。目前已发现5种MyD88同源蛋白，最早被发现的是MyD88，这些同源蛋白均为含TIR 结构域的衔接蛋白(TIR domain-containing adapter protein, TIRAP)，又名MyD88衔接样蛋白(MyD88-adapter-like, Mal)。另4个结构与MyD88类似、含有TIR结构域的衔接蛋白TIRAP、TRIF、TRAM、SARM可能在TLRs介导的非MyD88依赖性信号转导途径中起重要作用[10]，目前研究较多的是TRIF通路。TLR3、TLR4可通过TRIF通路引发天然免疫应答。其中，TLR3可直接激活TRIF通路，TLR4则需与TRAM协同作用。TRIF募集肿瘤坏死因子β激活激酶1(tumor necrosis factor-beta activated kinase 1, TAK1)和TANK结合激酶-1(TANK-binding kinase 1, TBK1)，进而激活NF-κB或干扰素调节因子3(interferon regulating factor-3, IRF-3)，诱导炎症相关基因转录，产生促炎细胞因子和Ⅰ型干扰素(IFN)，如TNF-α、IL-6、IL-12、IFN-α 等[11]。

综上，现有研究发现具有TIR结构域的衔接蛋白在TLRs介导的信号转导途径中起重要作用，无论是通过MyD88依赖性还是非依赖性途径。

二、TLRs基因多态性与胃黏膜疾病

TLRs基因多态性可使其编码蛋白或相关信号转导途径发生改变，使个体对某些胃黏膜疾病呈现出不同的易感性，从而影响疾病的发生、发展和临床结局。以下主要概述TLRs基因多态性与幽门螺杆菌(Hp)感染相关胃黏膜疾病、胃溃疡和胃癌的关系。

1. TLRs基因多态性与Hp感染相关胃黏膜疾病的关系：Hp感染是人类最常见的慢性感染之一，也是公认的引起人类慢性胃炎的重要病因。然而，Hp感染者中仅小部分发展成为慢性胃炎，此现象除与感染细菌的数量、菌株毒力以及环境因素有关外，还可能与免疫、种族、遗传等宿主因素有关。TLRs基因多态性可影响机体的天然免疫和获得性免疫应答，进而影响机体对Hp感染的易感性和疾病结局。国内王正强等[12]的研究证实，TLR1 rs4833095位点多态性可影响机体对Hp的易感性，AA基因型携带者Hp感染风险显著增加。

TLR4可介导Hp的LPS激活NF-κB，在机体抗感染免疫应答中发挥启动和调节作用。华开罗等[13]的病例对照研究对中国湖北地区115例慢性非萎缩性胃炎患者和264例健康体检者行TLR4 Asp299Gly位点多态性分析，发现Hp感染相关慢性胃炎组与正常对照组所有个体均为AA纯合子，未检出突变基因型，两组间基因型频率、等位基因频率以及携带者频率均无明显差异，表明该位点多态性与Hp相关慢性胃炎无明显相关性。Achyut等[14]的研究纳入印度北部130例Hp感染非溃疡性消化不良患者和200例无症状对照者，亦未发现Asp299Gly位点多态性与Hp相关胃炎和胃癌前病变有关，但该研究发现TLR4 Thr399Ileu位点多态性是Hp相关胃炎和胃癌前病变的危险因素，399Ileu等位基因频率和Asp299-Ileu399单倍型频率与胃炎风险相关，399Ileu等位基因携带者胃黏膜浆细胞浸润、萎缩和肠上皮化生风险增高。Bagheri等[15]对伊朗195例Hp感染者和241例非感染者的病例对照研究则发现，Hp感染相关慢性胃炎患者的TLR4 Asp299Gly位点G等位基因和DG基因型频率显著高于慢性活动性胃炎患者，DG基因型携带者胃黏膜单核细胞浸润显著增多，表明G等位基因置换可能改变Hp感染者的胃黏膜免疫应答模式，最终发展为慢性胃炎。上述研究中TLR4 Asp299Gly位点多态性的差异可能与研究对象的种族差异和样本数量有关，有待进一步研究。

2. TLRs基因多态性与胃溃疡的关系：林李淼等[16]对118例浙江汉族消化性溃疡患者和210名健康对照者行TLR4 Asp299G1y位点多态性分析，发现所有个体Asp299Gly均为AA纯合子，未见突变基因型AG和GG，表明Asp299Gly多态性与该地区人群的Hp相关消化性溃疡无相关性。该研究进一步比较了中国浙江汉族健康人群与其他国家人群的TLR4 Asp299Gly多态性分布特点，结果显示中国浙江汉族人群与荷兰高加索人群、英国人群和德国人群之间的Asp299Gly等位基因频率和基因型频率存在显著差异，与日本人群相比则未见明显差异，且均未发现突变基因型。这一发现提示，欧亚人种的种族差异可能导致TLR4 Asp299Gly等位基因和基因型的分布差异，进而影响其在消化性溃疡病遗传机制中的作用。

3. TLRs基因多态性与胃癌的关系：胃癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一，其发生机制尚不明确，目前观点认为环境因素与饮食因素、Hp感染、遗传因素等共同参与了胃癌的发生，其中Hp感染可能起先导作用。Hp的LPS通过活化单核细胞和胃上皮细胞诱导促炎因子分泌，引发胃黏膜慢性炎症。而目前普遍认为，慢性炎症可导致多种肿瘤尤其是消化道肿瘤发生。TLRs基因的功能性结构改变可能影响相关基因转录和蛋白表达，进而影响胃黏膜炎症反应程度，可能与胃癌发生有关。

Huang等[17]的病例对照研究对中国1 053例胃癌患者和1 100名对照者行TLR4 rs1927914 T>C、rs10759932 T>C位点基因分型，发现与野生型纯合子TT基因型相比，rs10759932位点C等位基因携带者胃癌风险显著降低，且此保护作用与Hp感染状态无关。张丽等[18]的研究纳入296例胃癌患者和160例胃炎患者，分析了多个单核苷酸多态性位点与中国汉族人群胃癌发生的相关性，结果显示TLR4 rs2149356位点杂合子基因型和rs7873784位点隐性基因型(CC对CG+GG)均显著增加胃癌发生风险。Santini等[19]在171例意大利散发性胃癌患者和151名对照者中评价了TLR4 Asp299Gly、Thr399Ile位点多态性是否为胃癌发生的危险因素，结果显示Thr399Ile位点多态性与胃癌尤其是肠型胃癌的易感性增加相关。de Oliveira等[20]对巴西208例慢性胃炎患者、174例胃癌患者和225名对照者行TLR4 rs4986790(+896A/G)、rs4986791(+1196C/T)位点基因分型，结果显示胃癌组TLR4+896AG基因型频率显著高于对照组，TLR4+896A/G+1196C/T GC单倍型多态性亦与胃癌易感性相关。Kupcinskas等[21]对高加索人群的研究则显示TLR4基因多态性与胃癌发生无关。该研究检测了114例胃癌患者、222例萎缩性胃炎患者和238名对照者的TLR4 rs11536889(3725G>C)位点多态性，发现其与胃癌、萎缩性胃炎以及Hp感染均无关。

另一些研究评价了其他TLRs与胃癌之间的联系。de Oliveira等[20]的研究发现，TLR2基因片段中的-196~-174 del(ins/del+del/del)可增加巴西人群的胃癌发生风险。曾红梅等[22]在我国胃癌高发地区山东省临朐县选取248例胃癌患者和496例胃炎对照者，对其TLR2 rs3804099、TLR9 rs187084位点行基因型分析，发现rs3804099 TC+CC基因型携带者胃癌发生风险明显降低，合并Hp感染的TT基因型携带者胃癌发生风险明显增加，rs187084位点多态性与胃癌发生无明显关联。该作者以上述检测人群为基础，进一步选择350例胃黏膜异型增生患者和496例肠上皮化生患者，分析了TLR2、TLR5基因多态性与胃癌及其癌前病变的关系，与在巴西人群中进行的病例对照研究[20]结果不同，该研究发现TLR2基因片段-196~-174 del携带者胃癌发生风险显著降低，而TLR5 rs5744174 C等位基因携带者(TC+CC)胃癌发生风险增加，如患者合并Hp感染，此种风险将进一步增加，表明rs5744174多态性与Hp感染之间存在交互作用[23]。Yang等[24]对德国人群的研究发现，TLR1纯合子602S等位基因携带者由TLR2/1激动剂引发的IFN-γ应答减弱，突变型纯合子602S/S基因型可降低Hp相关胃病如胃癌和胃溃疡的发生风险。在高加索人群中，研究[25]未发现TLR9-1237 T/C启动子基因多态性与胃癌风险增加有关。

综上，某些TLRs基因单核苷酸位点多态性在某些人群中可增加胃癌发生风险，其机制可能为减弱机体对Hp的免疫应答，如TLR4 Asp299Gly位点多态性可能通过改变TLR4胞外区结构，影响TLR4转运至胞膜或与配体结合，从而减弱胃黏膜屏障对Hp产生的LPS的反应性，导致对Hp致癌性的抑制作用减弱。

三、结语

TLRs是机体免疫系统重要的天然受体，与胃黏膜疾病之间有着密切的联系。近年来，TLRs的生物学特点已基本明确，关于其在天然免疫和获得性免疫中作用的研究亦已取得一定进展，但对TLRs基因单核苷酸位点多态性的功能、意义以及各多态性位点之间的相互作用仍未能完全阐明。现有研究提示某些TLRs基因位点多态性与胃黏膜疾病的遗传易感性有一定联系，但更多位点多态性与胃黏膜疾病的相关性仍需进一步研究、探讨。随着对TLRs及其基因多态性研究的不断深入，可能为各种胃黏膜疾病的临床防治、预后判断等提供新的靶点和思路。

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(2014-11-17收稿；2014-12-20修回)

摘要胃黏膜疾病的发生、发展是一个复杂的多因素、多机制过程，不同个体对胃黏膜疾病的遗传易感性有一定差异。众多研究发现Toll样受体(TLRs)作为一类重要的模式识别受体，与多种胃黏膜疾病的发生、发展有着密切的联系。TLRs基因多态性可使其编码蛋白或相关信号转导途径发生改变，使个体对某些胃黏膜疾病呈现出不同的易感性，从而影响疾病的发生、发展和临床结局。本文就TLRs及其基因多态性与胃黏膜疾病的相关性作一综述。

关键词Toll样受体；多态性，单核苷酸；胃黏膜；幽门螺杆菌

Advances in Study on Toll-like Receptors and its Gene Polymorphisms in Gastric Mucosal DiseasesLIJing,JIANGXiangjun.DepartmentofGastroenterologyⅡ,QingdaoMunicipalHospital,QingdaoUniversityMedicalCollege,Qingdao,ShandongProvince(266000)

Correspondence to: JIANG Xiangjun, Email: drjxj@163.com

AbstractThe development and progress of gastric mucosal diseases is a complex process associated with multiple factors and underlying mechanisms, and individuals may present different genetic susceptibilities to gastric mucosal diseases. Various studies have demonstrated a strong link between Toll-like receptors (TLRs), as pattern recognition receptors, and the development and progress of gastric mucosal diseases. The gene polymorphisms of TLRs may change its encoded proteins or related signaling pathways, which results in different susceptibilities to gastric mucosal diseases; this might affect the development, progress and clinical outcome of the disease. In this review article, the advances in study on TLRs and its gene polymorphisms in gastric mucosal diseases were summarized.

Key wordsToll-Like Receptors;Polymorphism, Single Nucleotide;Gastric Mucosa;Helicobacter pylori

通信作者#本文，Email: drjxj@163.com

DOI:*Email: 775616401@qq.com