Toll受体4在三种肺部疾病的研究进展

陈佳俊 李永霞

Toll受体(Toll-like receptor，TLR)作为先天免疫的代表[1]，作为一种跨膜模式识别受体，通过激活一系列炎症信号通路及免疫应答调节，在细菌、病毒感染调节的各个方面发挥着重要的重用，TLRs家族共有13个识别受体，其中10个在人类表达，共同组成人类、其他动物抵抗病原菌的第一道防线，Beutler与Hoffman就此发现荣获2011年诺贝尔生理学与医学奖，在众多受体中，TLR4研究较为明确，作为一个重要的中间调控环节，衔接着细菌内毒素成分脂多糖(LPS)与TLR4，激活下游髓样物质88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)通路，造成的各种炎性改变。在此变化中TLR4起到了承上启下，在介导细胞炎性反应及免疫方面发挥着重要的意义，现在研究比较多的通路为：TLR4/MyD88依赖性途径，引起下游核转录因子κB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells ，NF-KB)、TNF-α激活；非依赖性TLR4/MyD88的路径，激活Toll/白细胞介素-1受体(TIR)活化。其中前者与炎症有密切关系。在慢性肺部疾病中，TLR2和TLR4都在肺部疾病中起到重要意义，其实研究较多的为COPD、支气管哮喘等，然而具体机制暂不明确。本文中主要研究TLR4在肺部疾病改变相关进展。

TLR4与慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease ，COPD)，是一种以气流受阻为主的气道慢性炎症，已成为一个全球健康问题，世界卫生组织(WHO)预计，到2020年COPD将在全球疾病负担中排名第五；多区域中国的流行病学调查显示，40岁以上人群COPD患病率为8.2%，老年人患病率明显增加，造成的社会经济负担及医疗支出显著增加，但是该疾病未能完全阐述清楚，以气道慢性炎症、气道重塑、肺气肿并肺功能进行性下降为主要病理改变。其中，香烟烟雾及其他有毒有害气体作为COPD诱发与加重风险[2]，促进疾病的发展。Haw等人[3]的相关研究表明，香烟及其他烟雾激活TLR2及TLR4通路激活，相应蛋白表达增加，造成血管及器官的炎症反应，这种炎性细胞表达广泛分布于外周血有核细胞及支气管盥洗液中，在TLR4基因缺乏的样本中，炎性因子表达明显下降，在抑制炎症反应及稳定COPD患者症状方向，提供了一个新的治疗与降低急性加重的方案。为了进一步阐明香烟烟雾及其他烟雾对COPD患者气道损伤中的机制，Emilie Doz 团队[2]的研究证明，与以往的TLR4活化通路中最重要的内毒素(lipopolysaccharide LPS)引导与TLR4同下游MyD88等因子激活不同，他证明烟雾可能作为一种潜在类似LPS物质引起下游TLR4激活。在对于具体激活不同时，Emilie Doz认为可能烟雾需要白介素受体参与反应，但LPS则不一样[3]。同时在另外一些研究中，TLR4参与烟雾对稳定肺结构与肺气肿有密切关系[4]，对于慢性吸烟的COPD患者及普通人来说，戒烟有益无害。

在烟雾刺激下，机体发生慢性炎症反应[2]。气道慢性炎症及持续性全身缺氧造成血管反应尤为明显，特别是在血管炎症与血管重塑中[5]，TLR通路系统扮演着重要的角色，持续的慢性炎症刺激，包括：病原微生物、物理因素等等，在激活TLR系统途径来说，TLR分为主要的依赖MyD88途径与非依赖MyD88途径，均最终释放炎症介质及其他细胞损伤因子，共同引起血管炎症反应，通路TLR/Myd88/NF-KB被证实，能改变肺血管的通透性，刺激下游炎症细胞基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，调节血管增生、肺动脉平滑肌合成异常中，发挥重要作用[6]。MMP，对抗血管重塑、调整细胞外机制[7]有着积极的意义，在面对长期肺部疾病患者来说，肺动脉高压仍是不可避免的归宿，是否可以通过调节TLR/Myd88/NF-KB通路，延缓与降低肺动脉血管重塑速度，增加患者生存率，提供了新思路。

在慢性肺部疾病中，TLR2和TLR4均参与疾病发展[3]，只是过程有不同，TLR2多用来识别革兰阳性菌糖肽等，TLR4识别革兰阴性菌脂多糖(LPS)与脂低聚糖(lipooligosaccharide，LOS)，而在作用炎症系统及通路时，又以“瀑布式”级联激活下游NF-kB活化，促进炎症介质释放。随着研究的深入，近些年来从基因水平[8]阐述COPD与TLR在人群易感性的联系不断被人们所熟知，Apostolou团队[9]讨论TLR2与TLR4的功能性单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms，SNPs)表型不同，并且在对于COPD先天免疫治疗方面提供了新方法。

TLR4与支气管哮喘

支气管哮喘是一种多因素、多基因参与的具有潜在遗传性的气道疾病，通常有多种炎症细胞及炎症因子参与。随着环境污染及家具装修等其他外在原因，支气管哮喘的发病率越来越高，且患病年龄也逐渐减小。在各种诱发因素中，与我们生活环境密切相关的是房屋中螨虫(House dust mites HDMs)，Ishii团队[10]证明，HDMs作为过敏原与Myd88结构相似，无论有无TLR4受体的存在，都可以激活TLR4下游途径，促进炎症释放，机体在接触HDMs的情况下，诱导发生炎症反应与接触时间有关，可引起嗜酸性粒细胞聚集，增加哮喘患者急性加重风险。

研究证实免疫因素[11- 12]最为重要，尤其是(辅助1)Th1与(辅助2)Th2的失衡，并进一步解释Th1可调控哮喘急性发作，Th2促进哮喘急性改变。对于细菌低剂量LPS刺激小鼠激活TLR4同时，促进Th2生产，增加肥大细胞释放过敏物质，导致哮喘患者急性发作，缺乏TLR4基因的小鼠，Th2与过敏物质无明显增高，这可能是与TL4具体参与途径有关，在Lee团队[13]的研究中证实LPS激活肥大细胞脱颗粒是由于激活TLR4/MyD88/NF-KB途径，值得注意的是，在高剂量的LPS刺激下引起Th1增加，换句话说，随着LPS浓度与接触时间增加，由原来激活Th2程度不断下降，Th1程度不断增加，对抗Th2引起的不良反应，机体的一种自我保护机制，可能由于浓度不同激活不同的通路，但具体原因不详。

随着哮喘患者反复发作导致气道变形、扭曲、纤毛倒伏、杯状细胞增生，原因可能与患者长期慢性炎症气道重塑有关[14]，在小鼠病理模型上可见支气管上皮细胞支气管壁增厚和管腔狭窄，上皮细胞排列紊乱、脱落、支气管炎症细胞浸润，从细胞学因子上TLR4诱导T细胞分化Th2过程中[15]，使得白细胞介素(IL)-4、IL-13、树突细胞等物质的增加、成熟，引起巨噬细胞产生MMP、裂解结构蛋白，参与哮喘气道重塑[16]。TLR4与气道重塑机制暂无明确，但在对抗气道重塑、改善气道微环境、提高患者生活质量一直是研究热点。Qiao Junying团队[17]以1, 25-(OH)2D3为研究对象，与以往激活途径不同，1, 25-(OH)2D3作为钙的活性形式，不仅参与调节机体钙、磷代谢水平，同时也参与单核细胞及其他免疫细胞共同参与免疫调节，抑制IL-4等物质释放，也通过抑制纤维蛋白达到抑制气道重塑，在对抗哮喘气道重塑中证实，由于不同剂量，造成不同的改变，在低、中剂量1, 25-(OH)2D3能减少支气管炎症细胞浸润，相反，高剂量增加炎症细胞浸润与气道壁厚度。1, 25-(OH)2D3在未来可能作为一种气管重构抑制剂被使用。LI MING团队[16]则以TLR4受体抑制剂TAK242为对象，以细胞因子胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin TSLP)为基础，TLR4-TSLP信号传导路径影响支气管病理改变，TLR4抑制剂可以作为改善气道重塑治疗方法，但具体TLR4参与机体代谢、免疫等目前还有待进一步研究。

TLR4与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气(Obstructive sleep apnea OSA)是以夜间打鼾、白天嗜睡等症状的一组疾病，随着人们对疾病及自身健康的认识，该疾病越来越被重视，在一项中国香港研究表明，中国男性患病率4.1%[18]，女性为2.1%[19]。随着研究的深入，发现OSA作为独立因素与心血管系统、代谢系统、神经系统等疾病有关[20]。OSA病理特点以夜间呼吸暂停和低通气为表现的间歇性低氧(intermittent hypoxia IH)，形成了缺氧/再氧合(hypoxia/reoxygenation H/R)改变，类似缺血/再灌注损伤(ischemia/reperfusion I/R)，在导致各种疾病环节中以IH为基础，引起炎症反应与代谢功能障碍，并且IH时间长短与TLR4激活程度呈正相关，依赖TLR4/MyD88/MAPK途径造成下游NF-KB、TNF-α和氧化应激物质激活(超氧化物歧化酶)，在IH影响下，对机体不同组织器官存在不同损伤，Zeng Xianqin团队[21]在IH条件下阐述OSA患者合并动脉粥样硬化能造成斑块不稳定、脂质纤维帽变薄、减少斑块内平滑肌及胶原纤维含量及增加脂质在动脉粥样硬化中的不良影响，Kang Hyeon Hui 等研究[22]肝脏纤维化进展发现，在IH影响下，增加肠道对脂质等物质的通透性、全身脂多糖分泌增加等等，所以在此肠道通透性增加的基础上，大胆猜想，在IH影响下增加肠道对脂质的吸收，影响脂肪在血管及其他部位堆积，增加动脉粥样硬化及破裂风险，增加肝脏对处理脂质物质及其他物质的压力，甚至增加一系列与脂质代谢有关的基本风险。但上述猜想未见明确的文献阐明。对于脑组织及肾脏来说，IH也是一直不能忽略的损伤因素，激活TLR4，在TLR4/MyD88/MAPK途径中，引起下游释放炎症介质，造成脑海马神经元死亡、中枢神经“无菌性炎症”反应并在H/R作用下造成脑组织氧化应激损伤[23]；肾脏组织对于缺血缺氧极为敏感，肾小管上皮空泡化、二级溶酶体增加和线粒体肿胀和退化等，最终造成肾脏组织[24]，综上所述，OSA作为呼吸系统疾病，确是一个全身多功能、脏器影响的疾病，作为临床医生，也需要增加对该疾病的重视。

对于OSA的治疗，以CPAP为主要治疗方案，但随着研究的深入，越来越多的研究者考虑从药物方面来减少OSA患者组织、器官损伤。药物与CPAP双重治疗，可能将会起到事半功倍的效果。阿托伐他汀，作为3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A辅酶A还原酶的竞争性抑制剂，一方面药物被用于调脂用药，抑制氧化应激和抗炎作用，另一方面抑制TLR4/MyD88/NF-KB信号通路活化，对于心肌细胞[25]，能改善心肌内皮细胞功能、减少血管炎症，特别是对于逆转心室重塑抑制平滑肌增生、改善心肌纤维增生起到了重要作用[26]。同样，在肾脏[27]、中枢神经[28]等组织中，均能促进组织修复，改善功能；另外右旋美托米定作为一种新型高选择性α2肾上腺素受体激动剂，在临床，常作为镇静剂和麻醉剂使用，该药物有强大的抗炎作用，直接作用于LPS/TLR4/MyD88 /NF-KB途径，减少炎症物质释放，在大量的动物及细胞实验中，预前给药或者试验中给药，均能降低炎症反应，由I/R、H/R为主要损伤的疾病来说，能显著降低炎症反应，保护心肌损伤、中枢神经等组织[29-31]，但作为镇静药物及麻醉药物来说，是否会对严重呼吸系统疾病患者存在禁忌症无明确相关文章。对于上述两种药物来说，给我们一种新的思考路径，在对于OSA的IH患者来说CPAP仍然作为首选治疗方案，辅助给予阿托伐他汀、右旋美托米定等药物是否会减轻组织损伤、促进细胞组织修复，也有待前瞻性研究。

总之，TLR4。一方面，LPS、烟雾及其他诱因可引起活化。TLR4作为沟通下游通路最重要的受体，起到承上启下有的作用。另外一方面，抑制、敲除TLR4相应基因将会导致炎症反应缺失。对于呼吸科疾病来说，了解TLR4、合理运用TLR发挥的炎症反应作用，就更能服务于患者，为指导治疗提供新方案。