TLR4/MyD88/NF-κB信号通路调控肝星状细胞活化及其临床意义

王志会 周石

肝纤维化是各种肝病发展过程中的病理生理过程,因病毒性肝炎、脂肪性肝炎、代谢性、自身免疫性及药物毒物性肝炎等诱发的肝纤维化是肝病结局的关键因素。长期暴露于损伤因子下,可诱发肝硬化甚至肝细胞癌风险[1]。肝纤维化的主要病理特点是肝实质内的细胞外基质合成与降解失衡,导致大量的细胞外基质沉积在肝实质[2]。细胞外基质ECM产生最主要的来源是肌成纤维细胞,而肌成纤维细胞来源于活化的HSCs、门静脉成纤维细胞、骨髓源性细胞以及肝实质来源的细胞经过上皮-间质转换(epithelial-mesenchymaltransformation,EMT)等多种途径,但活化的肝星状细胞是其主要的来源[3]。肝硬化是全球第11大常见死亡原因,并且肝硬化由于缺乏有效的治疗方法,因而是目前世界性的重大健康问题[4]。

一、肝星状细胞

肝星状细胞被称作Ito细胞、脂细胞或脂肪储存细胞,1876年由von Kupffer首先报道[5]。静止状态的肝星状细胞负责肝脏再生、免疫调节、维持窦循环以及维生素A贮存和控释,并为肝脏提供结构和功能支持[6]。在肝损伤时,静止状态的HSC被激活,导致其转分化为具有增殖、收缩、炎症、趋化性及纤维化特性的肌成纤维细胞(myofibroblasts,MFB)。活化的HSC可表达α平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscleactin,α-SMA)、I及III型胶原纤维[7]。

二、TLR4调控肝星状细胞活化致肝纤维化信号传导通路

(一)Toll样受体-4 Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)可通过进化发展来识别源自微生物或受损细胞的结构保守分子。其是天然免疫系统的重要成员之一,连接天然免疫和适应性免疫[8]。其中,Medzhitov等[9]首次发现转染到人细胞系中的人Toll的组成型活性突变体,即为TLR4。其可诱导 NF-κB 的激活以及IL-1、IL-6、IL-8等炎性细胞因子的NF-κB控制基因的表达。TLR4主要由多个富含亮氨酸的重复序列组成,其中在胞外结构域中富含亮氨酸的重复序列最多,该区域的变异性较大,主要起到特异识别病原相关分子模式以及损伤相关分子模式的作用[10,11]。

(二)Toll样受体-4信号通路 脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)与TLR4识别与结合需要几个信号分子:脂多糖结合蛋白(lipopolysaccharide binding proteins,LBP)、脂多糖受体CD14及髓样分化蛋白-2(myeloid differentiation protein-2,MD-2)。LBP从革兰氏阴性菌的外膜中提取LPS,并将其以单体形式转移到CD14[12],CD14将TLR4转导至MD-2,MD-2与TLR4形成二聚化复合体,LPS结合到MD-2并诱导其构象改变,允许第二TLR4受体的结合[13]。TLR4的集成侧包括一个TIR结构域(Toll-IL-1结构域),其与下游接头分子TIR结构域的特异相互作用决定了细胞内信号的特异转导。

TLR4/NF-κB信号通路的传导有2条途径:一条为髓样分化蛋白-88(myeloid differentiation factor 88,MYD 88)依赖性途径,另一条为MyD88非依赖性途径。TLR4下游接头分子均能够将信号传递到TLR4的TIR结构域,从而起到激活MyD88非依赖途径或者MyD88依赖途径的作用。MyD88依赖性途径是TLR4的下游,通过MyD88依赖性途径可使活化的TIR结构域与MyD88缔合,促进促炎细胞因子的产生。白介素-1受体相关激酶-1、白介素-1受体相关激酶-4以及肿瘤坏死因子受体相关因子-6等募集到TIR-MyD88复合体,并导致白介素-1受体相关激酶-1以及肿瘤坏死因子受体相关因子-6的磷酸化。磷酸化衔接子分子将上游信号传导到下游,激活NF-κB时,IκB激酶(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase,IKK)被NF-κB诱导激酶磷酸化,并被泛素-蛋白酶途径降解。NF-κB以及IKK复合物解聚后,核定位序列暴露并被转运至细胞核内,与其相关DNA序列结合,启动基因转录并释放细胞因子[14]。MyD88非依赖途径下,TLR4主要通过TRIF相关的接头分子(TRIF-related adaptor molecule,TRAM)作为衔接子分子与TLRS相关的干扰素活化因子(Toll/IL-1R domain-containing adapter inducing IFN-beta,TRIF)相结合,激活TRIF。激活的TRIF与肿瘤坏死因子受体相关因子-3、肿瘤坏死因子受体相关因子-6以及受体相互作用蛋白1和3相结合,使其活化,激活信号通路[15]。

三、TLR4信号通路在肝星状细胞活化中的作用机制

(一)肠源性内毒素血症 肝纤维化是多种因素参与诱导的复杂病理生理过程,其中肠源性内毒素血症(intestinal endotoxemia,IETM)是肝纤维化过程中的重要诱导因素。其中,LPS是内毒素的主要成分,而TLR4是介导内毒素LPS反应的细胞表面特异性受体。LPS/TLR4信号通路主要在免疫及炎症机制中发挥作用,主要介导炎症反应。目前研究表明,LPS/TLR4介导的MyD88/NF-κB信号通路在肝星状细胞活化中发挥重要作用。约10%的肝硬化患者反复发生TLR激活调控的慢性肝炎和纤维化[16]。TLR4-MyD88-NF-κB信号通路存在于大多数细胞内,TLR4表达于肝星状细胞静止状态与活化状态,但是其活化状态时则会表达完整的TLR4/NF-κB信号通路[17,18]。肝星状细胞激活是多方式、多途径的,其中包括直接旁分泌通路、旁分泌活化通路及自分泌活化通路。但近几年发现免疫系统在HSC激活有着重要作用,研究发现TLR4/MyD88信号通路可调控HSC活化、增殖及炎症反应,导致NF-κB激活,激活的NF-κB通过核孔易位进入细胞核[19],可介导大量炎症因子(TNF-α、IL-6、IL-1β等)的分泌。上述炎症因子的大量分泌可作用于HSCs,诱导HSCs激活。活化的HSCs可通过自分泌或者旁分泌途径产生大量细胞因子,诱导瀑布级联效应,从而使HSCs处于持续活化状态[20]。此外,活化的HSC也分泌 TGF-β,TGF-β诱导静止肝星状细胞分化成为肌成纤维细胞,并产生大量的ECM累积在肝组织中,最终形成肝纤维化。

(二)肝内其他细胞(肝巨噬细胞) 肝纤维化过程中,肝门脉系统以及体循环系统中LPS水平升高,同时伴随肝损伤部位巨噬细胞及淋巴细胞等的聚集,活化巨噬细胞数量不断增加,进而诱发IL-1β、TNF-α、氮氧化物合成酶-2、环氧化酶-2等的转录表达,导致肝细胞的受损[21]。TLR4作为LPS的信号传导分子在单核细胞、巨噬细胞系统中广泛存在。巨噬细胞通过TLR4信号转导作用,导致NF-κB活化。NF-κB活化会增强活化肝星状细胞的存活和增殖[22,23]。活化的肝星状细胞与巨噬细胞间可通过分泌趋化因子、炎症因子以及凋亡因子诱导双方细胞的活化、分化、增殖和凋亡,并且能够调节细胞外基质(ECM)的生成与降解,进而影响肝纤维化的发生发展与抑制逆转。

(三)氧化应激 氧化应激是急性肝损伤最为重要的诱因之一,肝纤维化等各类肝病发生发展过程中均伴随不同程度的氧化应激。肝脏受到刺激时,LPS/TLR4信号通路除直接在免疫及炎症机制中发挥作用外,还可激活还原型辅酶II(nicotinamide adenosine dinucleotide phosphate-hependent,NADPH)氧化酶,致使大量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)产生,进而导致氧化应激,通过TLR4信号通路在肝损伤、肝纤维化进展中发挥作用[24,25]。

四、TLR4/MyD88/NF-κB信号通路防治策略

研究表明,TLR4信号通路在肝纤维化的发病机制中起重要作用,TLR4拮抗剂、LPS中和剂或长期服用抗生素是肝纤维化患者临床试验的主要考虑因素[26]。几种TLR4小分子抑制剂,如脂质A模拟物,可与TLR4-MD复合物结合,从而阻止脂质A与LPS的部分结合以及随后的TLR4激活。E5564TLR4拮抗剂E5564与细胞内的一个大内囊结合MD-2[27]。CRX-56CRX-526在体外和体内抑制LPS诱导的细胞因子分泌,并在两种不同的实验模型中改善结肠炎[28-29]。其不针对MD-2,但在TLR4的细胞内区域发挥其抑制作用,如抑制组成性活性受体嵌合体,其中TLR4的细胞外区域被CD4取代。

五、总结与展望

肝纤维化是一个动态的、双向的过程,具有恢复和重建的内在能力,目前研究表明,肝硬化是可逆的,其潜在机制包括炎症环境的转换、活化的HSCs消除或消退以及细胞外基质的降解。TLR4/MyD88/NF-κB信号通路是诱导和促进HSC激活的重要通路,也是肝纤维化形成最核心、最关键的环节。TLR4/MyD88/NF-κB信号通路主要通过调控HSCs的活化、增殖、迁移以及基质代谢等过程参与肝纤维化的形成。阻断或沉默TLR4/MyD88/NF-κB信号通路,可抑制或阻断HSC激活,继而延缓肝纤维化过程进展,对肝纤维化防治产生一定作用,为肝纤维化的临床治疗提供理论基础和新的靶点。

利益冲突声明:所有作者均声明不存在利益冲突。