Toll样受体4与心血管疾病研究进展

熊小菊（综述） 黄鹤（审校）

综 述

Toll样受体4与心血管疾病研究进展

熊小菊（综述） 黄鹤（审校）

Toll样受体4；心血管疾病；综述

心血管疾病是严重威胁人类健康的主要疾病，大量的研究显示它与心肌炎症有着密切的关系。Toll样受体 4（toll-like receptor 4，TLR4）是天然免疫系统的一种模式识别受体，它既能识别来源于病原菌的外源性分子，也能识别由损伤组织和坏死细胞释放的内源性分子。因此，TLR4是感染和非感染刺激诱导促炎反应的关键受体，遂成为抗炎治疗的新靶点。最近有大量的研究显示，TLR4介导的炎症反应与许多心血管疾病有着密切的关系，例如心肌炎、心肌梗死、心肌缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化、高血压等。有鉴于此，本文主要针对TLR4与心血管疾病的研究进展作一综述。

1 TLR4简介

1.1 TLR4结构及生物学功能 人类的TLR4是第一个被发现的哺乳动物Toll样受体，它位于细胞表面，属Ⅰ型跨膜蛋白，包括富含亮氨酸重复序列的膜外区（识别并结合病原相关分子）、跨膜区和含有Toll/白细胞介素1受体同源区（TIR）结构域的胞质区（介导下游信号转导）。TLR4属于模式识别受体（PRRs）家族，它能识别来源于病原体的外源性分子（PAMPs），尤其是来源于革兰阴性菌的分子（例如脂多糖，LPS）。最近研究发现，TLR4也能识别由组织损伤和细胞坏死释放的内源性分子，即损伤相关分子（DAMPs）。无论是细菌来源的外源性配体还是宿主来源的内源性配体，TLR4与其结合后通过信号转导最终导致核因子-κB（NF-κB）和免疫反应基因激活，引起促炎症因子和趋化因子分泌，促进炎症反应，参与许多疾病的发生和发展过程。

1.2 TLR4信号转导途径 TLR4信号通路根据接头蛋白的不同可分为髓样分化蛋白88（MyD88）依赖性和非MyD88依赖性途径。MyD88依赖途径主要引起NF-κB及丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）通路激活，在LPS的早期免疫反应中起主要作用。非MyD88依赖途径为NF-κB和干扰素β调节因子3（IRF3）的晚发活化，主要介导LPS诱导的干扰素诱导蛋白10、糖皮质激素终止反应基因16（GARG-16）、干扰素调节基因 1（IRG-1）表达和树突状细胞（DC）成熟。

2 TL4与心血管疾病

2.1 TLR4与病毒性心肌炎 病毒感染是心肌炎最常见的病因，其中最常见的病毒为柯萨奇病毒（CVB3）。有研究表明，抑制TLR4信号通路能减轻病毒性心肌炎的炎症反应。Fairweather等[1]报道，在CVB3感染的小鼠模型中，与野生型小鼠相比，TLR4缺陷的小鼠对柯萨奇病毒感染更有抵抗力，TLR4缺陷降低了炎症反应和病毒复制，减轻了心肌炎。此研究还发现，CVB3感染的野生型小鼠心脏白介素-1β（IL-1β）和白介素-18（IL-18）表达水平明显增加，而TLR4缺陷小鼠却没有改变。与此相反，Riad 等[2]报道，TRIF（TLR4 非 MyD88通路下游分子）缺陷的小鼠显示TLR4依赖的抗病毒因子干扰素β（IFN-β）抑制，从而导致了严重的心功能衰竭和100%死亡。另有研究显示，敲除MyD88可导致促炎因子如IL-1β和IL-18产生减少，增加干扰素调节因子 3（IRF3）和干扰素 β（IFN-β）的表达，与野生型小鼠比较，MyD88敲除小鼠显示更高的存活率[3]。因此，TLR4不仅能通过MyD88依赖途径增加病毒性心肌炎的严重性，也能通过非MyD88依赖途径限制病毒性心肌炎的严重程度。然而，在更多的情况下，MyD88依赖的信号通路在病毒性心肌炎中较非MyD88依赖信号途径具有更主导的作用。

2.2 TLR4与心肌梗死 尽管心肌梗死的有效治疗在很大程度上改善了心脏功能，提高了生存率，但是心肌梗死仍然是人类死亡率最高的的疾病。心肌梗死后坏死的心肌细胞释放大量内源性的损伤相关分子，它们能有效激活TLR4。TLR4激活后导致促炎因子表达增加，促进炎症反应，使已受损的心肌损伤程度进一步加重。心肌梗死后梗死部位和非梗死部位的心肌TLR4及其下游基因表达明显上调[4]。大量的研究显示，抑制TLR4信号通路能减轻心肌炎症损伤，阻止受损心肌免遭再次炎症打击。例如有研究显示，静脉注射慢病毒介导的拮抗TLR4的短链RNA至梗死的心脏区域，能有效缩小心肌梗死的面积，提高心脏的功能[4]。另外，TLR4抑制剂二甲双胍能明显降低心肌梗死后肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-6和 IL-10炎症因子的表达。

近年来有大量的研究探索了心肌梗死后坏死心肌细胞释放的与激活TLR4相关的损伤相关分子。S100钙结合蛋白A1（S100A1）被报道是TLR4的一种激动剂，也是内源性的警报分子。Rohde等[5]的研究显示，小鼠心肌梗死后诱导产生S100A1，心脏注射S100A1能扩大心肌梗死后梗死面积，使左室功能恶化。Schiopu和Cotoi[6]发现，S100A8/A9是TLR4内源性配体，心肌梗死后被大量释放出来，能加重心肌炎症反应。除此之外，由坏死心肌细胞释放的高迁移率族蛋白B1（high mobility group box1,HMGB1）、半乳糖凝集素 3（galectin-3）、S100β和IL-1α也能通过TLR4信号通路诱导心肌炎症反应。因此，与激活TLR4相关的损伤相关分子可能成为预测心肌梗死的标志物，并成为心肌炎症的治疗靶点。

2.3 TLR4与心肌缺血再灌注损伤 组织的缺血再灌注损伤即短暂阻断器官的血供后恢复血液供应，在此过程中缺血引起的低氧诱导了组织和细胞的损伤，同时释放大量的损伤相关分子。再灌注维持了器官的功能，同时也引起了急性炎症反应，进一步加重组织坏死，这种现象被称为“再灌注损伤”。最近大量动物心肌缺血再灌注研究证明，TLR4作为许多损伤相关分子的靶点，在缺血再灌注损伤中起着重要的作用。Lu等[7]的研究发现，在心肌缺血再灌注损伤的早期，不仅缺血区也包括潜在的危险区，TLR4和NF-κB表达水平明显增高，心肌细胞出现凋亡。刘千萍等[8]则发现，在心肌缺血再灌注晚期TLR4和促炎因子水平也明显升高，进一步加重了心肌结构和功能损害，促进了左室重构。

进一步的研究发现，抑制TLR4信号通路能减轻缺血再灌注损伤后炎症反应和心肌的凋亡。Wang等[9]报道，紫檀芪（pterostilbene）能通过抑制TLR4-NF-κB信号通路降低心肌缺血再灌注损伤后TNF-α的产生，抑制白细胞的浸润，减轻心肌的炎症反应和心肌的凋亡。Shimamoto等[10]发现，在小鼠心肌缺血再灌注之前预先静脉内给予TLR4拮抗剂eritoran 10分钟，能有效减少心肌梗死面积。Soldo等[11]研究发现，另外一个TLR4天然拮抗剂cyanobacterial能显著降低心脏缺血再灌注缺血区域多核白细胞的浸润。同样在心肌缺血再灌注之前预先给予卵泡抑素follistatin（TLR4下游基因的一个结合蛋白），能够通过抑制MyD88依赖的信号通路有效地降低再灌注损伤引起的外膜细胞、心肌细胞和内皮细胞的凋亡和坏死[12]。以上研究表明，TLR4及其下游的基因可能成为潜在的治疗靶点，预先给于抑制TLR4及其下游基因的处理可能降低缺血再灌注损伤所致的心肌进一步损害。

2.4 TLR4与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是缺血性心脏病最主要的病因，目前广泛研究表明它是一种多因素相互作用的慢性炎症疾病。动脉粥样硬化主要特点是血管内皮损伤、单核细胞黏附和迁移、巨噬细胞泡吞脂质和泡沫细胞的形成，其整个病理过程都伴随着免疫系统的激活和炎症因子的释放。TLR4作为天然免疫的最主要受体参与了动脉粥样硬化的发生和进展过程。首先，TLR4介导了冠状动脉内皮细胞黏附分子和化学因子的释放。在动脉粥样硬化早期病变中，脂多糖和氧化型低密度脂蛋白诱导内皮细胞激活，激活的内皮细胞释放大量炎症介质［包括IL-8、IL-6、单核细胞趋化因子（MCP-1）、血管细胞黏附分子（VCAM-1）和细胞间黏附分子（ICAM-1）］，增加了单核细胞和内皮细胞的黏附，促进了单核细胞向血管壁的迁移，在此过程中，TLR4表达上调，NF-κB激活促进了内皮细胞的炎症反应。其次，TLR4促进了促炎反应和血管平滑肌细胞的增殖。冠状动脉粥样硬化时，TLR4也高表达血管平滑肌细胞。在体的研究证明，TLR4抗体减轻了人热休克蛋白60（HSP60）刺激诱导的血管平滑肌细胞的增殖[13]。另外通过TLR4途径激活的血管平滑肌细胞也高表达MCP-1、IL-8、血管内皮生长因子（VEGF）、ICAM-1和VCAM-1细胞因子，这些细胞因子促进了促炎反应。最后，TLR4介导了单核细胞/巨噬细胞浸润和泡沫细胞的形成。临床研究显示，在急性冠脉综合征中，单核细胞TLR4表达水平明显上调，且聚集于血栓中[14]。另有研究发现，鼠粥样硬化斑块和人的粥样硬化斑块中的巨噬细胞TLR4的表达水平也明显增高[15]。TLR4表达水平升高促进了单核细胞的激活，激活的单核细胞释放 IL-6、TNF-α、MCP-1和其他炎症因子，促进了单核/巨噬细胞在血管内膜的浸润和聚集。在脂质丰富的情况下，大量修饰的脂蛋白与TLR4相互作用进一步激活了单核细胞和巨噬细胞，细胞激活后出现膜变皱，胞吞脂质，形成泡沫细胞，此过程是粥样硬化斑块形成的标志[16]。

抑制TLR4的激活能抑制动脉粥样硬化的发展。在体研究表明，在apoE敲除的小鼠高胆固醇血症模型中，TLR4的敲除减少动脉硬化斑块面积、脂质的含量和巨噬细胞的浸润[17]。另外，在apoE敲除的小鼠糖尿病模型中，预先给小鼠灌注TLR4拮抗剂，能明显减少粥样硬化斑块的面积，抑制炎症因子的释放，减少粥样硬化斑块脂质的形成[18]。因此，通过基因敲除TLR4或者给予TLR4拮抗剂抑制TLR4信号通路能减轻心脏的炎症反应，可能成为潜在的抗炎、抗动脉粥样硬化的靶点。

2.5 TLR4与高血压 高血压是一种慢性疾病，它也是许多其他心脏病最常见和最重要的危险因子。近年来大量研究发现，高血压是一种慢性炎症疾病，伴随着血管内和循环中促炎因子水平的增高和转录因子NF-κB的激活。激活的血管壁炎症促进了血管的功能紊乱。TLR4是第一个被发现与血管功能紊乱和高血压有关的Toll样受体[19]。它通过内源性分子（如热休克蛋白60和血管紧张素Ⅱ）诱导血管平滑肌促炎反应和增殖。Bomfim等[19]的研究发现，在自发性高血压大鼠模型中，TLR4表达明显升高，而提前给予高血压大鼠抗TLR4抗体能减轻主动脉的收缩力，降低IL-6水平和动脉平均压。另有研究显示，在血管紧张素Ⅱ诱导的高血压模型中，TLR4表达水平也明显升高，而且促进了血管内皮细胞功能紊乱、血管的重构和血压的升高[20]。Dange等[21]则发现，在以上两种高血压模型中，通过中枢抑制TLR4能减轻炎症反应，降低血压。另有研究证明，TLR4突变通过下调NAD（P）H氧化酶亚型1和4及环氧酶1的活性，改善了肥胖和2型糖尿病小鼠血管内皮功能紊乱，降低了血脂和血压[22]。

心室肥厚是高血压最常见的并发症。大量的研究显示，TLR4信号通路可能参与了高血压心室重构的发生发展过程。最近有研究发现，基因敲除TLR4能减轻心脏的炎症，改善主动脉缩窄所致的心肌肥厚[23]。另外对TLR4内源性配体的研究发现，抑制热休克蛋白70能通过抑制TLR4信号通路减轻腹主动脉缩窄诱导的心肌肥厚及纤维化[24]。以上研究表明，TLR4在高血压中发挥了重要的作用，为进一步研发新的药物限制高血压的进展和靶器官的损害提供了理论依据。

3 结论

综上所述，TLR4在病毒性心肌炎、心肌缺血再灌注损伤、心肌梗死、冠状动脉粥样硬化、高血压等心血管疾病的发生、发展过程中起着重要的作用。越来越多的研究发现，TLR4通过MyD88依赖的信号通路启动了大量促炎因子、细胞表面分子、化学因子的表达，进一步加剧了心肌的损伤。抑制TLR4信号通路可能成为一种有效的抑制心肌炎症的方法，预先给予针对TLR4信号靶点的药物可能成为有效的保护心脏免遭再次打击的重要措施。

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The research progress of TLR4 and cardiovascular disease

TLR4；Cardiovascular disease；Review

国家自然科学基金资助项目（项目编号：81570306）

430060 湖北省武汉市，武汉大学人民医院心内科，武汉大学心血管病研究所，心血管病湖北省重点实验室

黄鹤，E-mail：huanghe1977@hotmail.com

10.3969/j.issn.1672－5301.2016.12.002

R54

A

1672-5301（2016）12-1061-04

2016-08-30）