TLR2/TLR4-NF-κB信号通路在痛风中的研究进展

白冬雪, 李 靖(综述), 马利锋(审校)

痛风是由于血尿酸浓度升高,尿酸钠(monosodium urate,MSU)晶体沉积在关节、肌腱及其周围软组织中,从而导致炎症性关节炎间歇性发作[1]。如不及时治疗,可能导致不可逆的关节损伤、慢性炎症及关节畸形。除了改变饮食和生活方式外,痛风的药物治疗还包括抗炎和降低尿酸盐的药物。该病有显著的性别差异,女性发病率显著低于男性[1]。痛风在全世界的发病率呈升高趋势。据国外文献统计,痛风患病率为2.7%～6.7%[2],2010—2017年我国痛风患病率约为1.1%[3]。痛风急性发作期的一系列临床表现,是由沉积的MSU晶体的先天免疫反应引起的。Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)是模式识别受体(pattern-recognition receptors,PRRs),是先天免疫系统中的一种。有研究表明,痛风性关节炎是由于过饱和的MSU晶体在血液中析出,并与巨噬细胞产生作用,诱导中性粒细胞聚集、趋化,大量中性粒细胞进入滑膜和关节液,吞噬MSU晶体后引起脱颗粒、溶酶体和细胞膜的溶解、白细胞募集以及炎症介质的进一步释放,激活TLR2/TLR4-NF-κB信号通路,形成了正反馈循环,使炎症级联放大[4]。本文以痛风及TLR2/TLR4-NF-κB信号通路为主线,综述了TLR2/TLR4-NF-κB信号通路与痛风的相关性及以此信号通路为靶点的治疗方法。

1 痛风的发病机制

痛风的主要病因包括尿酸的产生增加或排泄减少,产生增加主要是由遗传原因或与嘌呤代谢有关的酶缺陷引起;排泄减少主要与已发现的几种尿酸转运体有关,如尿酸转运体通道、尿阴离子交换器和有机阴离子家族成员[5]。此外,痛风的发生常与其他疾病相关,如高血压、肥胖、心血管疾病、糖尿病、血脂异常、慢性肾脏疾病[1]。当血清尿酸水平超过一定浓度,尿酸就会析出并形成MSU结晶在关节等部位沉积,从而导致关节周围的炎症反应,最终导致痛风急性发作[6]。痛风发病机制主要是两种:一是通过TLR2/TLR4-NF-κB信号通路,二是通过调控NOD样受体家族pyrin结构域3(NOD-like receptor family pyrin domain containing 3,NLRP3)炎症小体组装机制。MSU晶体是一种损伤相关分子,目前大多研究发现痛风发作可能与MSU晶体沉积关节刺激机体免疫系统而导致的炎症反应密切相关[7]。TLR2/TLR4-NF-κB信号通路是目前研究较多的。此通路调控白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎性因子的产生,并在痛风发病过程中起重要作用。

2 TLRs

2.1TLRs的定义、结构、功能 TLRs是PRRs家族,在发生感染和细胞损伤的免疫反应中发挥核心作用。它们最先在果蝇中被发现,目前TLRs在人类中发现有10种(TLR1～TLR10),小鼠中发现有12种(TLR1～TLR9和TLR11、TLR12、TLR13)[8]。TLRs是一种Ⅰ型跨膜蛋白,其结构由胞外区、跨膜区、胞浆区三个部分组成。胞外区含有富含亮氨酸的重复序列,具有马蹄形结构,可识别各种配体;胞浆区为Toll-IL-1受体结构域(Toll-IL-1 receptor domain,TIR),可激活下游信号通路[9]。TLRs存在于所有先天免疫细胞上,如巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞等,TLRs能够识别外部病原体上的病原相关分子模式和内部损伤相关分子模式[10]。几乎所有生物都编码不同的TLRs,TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR11表达于细胞膜上,主要识别脂质、脂蛋白等微生物膜成分,如TLR4主要识别脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)并在质膜上转导LPS信号,它检测微生物细胞表面成分;TLR5可识别鞭毛蛋白;TLR1、TLR2和TLR6检测细菌脂蛋白;TLR3、TLR7、TLR8和TLR9位于细胞质中,仅在内质网、溶酶体和内溶酶体等细胞内小泡中表达,具有识别微生物核酸,如TLR3特异性检测双链RNA(dsRNA)等核酸,TLR7和TLR8可识别单链RNA;TLR9是含有双链DNA的未甲基化寡核苷酸,而TLR13识别细菌核糖体RNA[11-12]。TLRs通过与其配体的作用而被激活,产生炎性细胞因子、趋化因子等。此外,TLRs参与抗原呈递细胞的成熟和分化,从而将先天免疫反应和获得性免疫反应联系起来。已报道TLRs基因在免疫组织(如脾、胸腺、淋巴结)和非免疫组织(骨骼肌、脑、肺、肠和胰腺等)以及所有天然免疫细胞和获得性免疫细胞上表达[13]。

2.2TLR2/TLR4-NF-κB信号转导通路 TLR2/TLR4在被如CD14、LPS和MD2等配体激活后,TLR2/TLR4的细胞质TIR结构域募集信号转导接头的MyD88形成复合物,激活下游各种激酶IRAK4、IRAK1,进而导致TNF受体相关因子6(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)被募集和激活,激活kappa B抑制因子激酶复合物(inhibitor of kappa B kinase,IKK)α、IKKβ、IKKγ。TLR4还通过非MyD88依赖途径,募集TRAM和TRIF形成复合物,激活TRAF3,进而激活IKKε、TANK结合激酶1。两者最终导致NF-κB被激活,启动前炎性IL-1β的表达。产生炎症级联反应,生成如TNF-α、IL-1β等细胞炎症因子[14-15]。

3 TLR2/TLR4-NF-κB信号转导通路与痛风的相关性

3.1TLR2/TLR4-NF-κB信号转导通路相关基因的研究 在痛风的发病过程中,虽然痛风的许多炎性介质已被识别,但仅有13个等位基因与统计学上有显著的遗传关联[4],其中与TLR2/TLR4-NF-κB信号转导通路相关的基因主要包括TLR4、分化簇14(cluster of differentiation 14,CD14)、IL-1β、TNF-α。

3.1.1 TLR4 TLR4是一种PRRs,其基因高度多态,与自身免疫及自身炎症有关。TLR4基因rs2149356T>G单核苷酸多态性可能与我国汉族人群原发性痛风发病相关,TT基因型是痛风发病的危险因素,可能参与调节TLR4-IL-1β信号通路以及免疫、炎症、脂质代谢[16-17]。TLR4已被证明在痛风小鼠模型对MSU晶体的炎症反应中是必要因素[18]。研究表明,在服用抗TLR4抗体时,血清IL-1β在发作期间降低,表明TLR4是未来痛风疗法发展的合理靶点[19]。

3.1.2 CD14 CD14是痛风炎症的重要介质TLR2和TLR4的共同受体。体外研究表明,sCD14可与MSU晶体结合;CD14阴性细胞仍可吞噬MSU晶体,但产生的炎性细胞因子IL-1β减少约90%,有力地支持了CD14在痛风炎症中的作用[20]。CD14中功能基因变异的获得增加了TLR4介导的信号对MSU晶体的反应,而功能变异的缺失减少了IL-1β的诱导和白细胞的渗透。因此,CD14在痛风中可能具有促炎作用[20]。但一项研究表明,与健康对照组相比,痛风患者的膜结合CD14和sCD14均减少,将MSU晶体应用于外周血单核细胞CD14的表达也减少[21]。这可能表明CD14在痛风的自发缓解中起重要作用。

3.1.3 IL-1β IL-1β被认为是痛风炎症的中枢,可通过刺激促炎细胞因子、趋化因子8和IL-6释放以及内皮细胞上黏附分子的上调而加剧痛风相关的炎症,导致中性粒细胞和单核细胞等重新聚集到MSU晶体沉积部位[22],中性粒细胞募集后,炎症的正反馈循环随之而来。据报道,MSU晶体存在下的脂肪酸在与TLR2结合后诱导大量IL-1β的释放,通过动物模型研究证实了游离脂肪酸和MSU在诱导小鼠IL-1β产生和MSU结晶性炎症反应中的协同作用[23]。MSU晶体还可以刺激C5a补体蛋白的产生,进而通过产生活性氧和激活炎症小体来刺激IL-1β的产生[24]。对抑制IL-1β作为痛风的治疗进行了几项临床试验。Schlesinger等[25]发现,卡那单抗是一种人类抗IL-1β的单抗,降低了痛风性关节炎急性发作的风险。欧洲药品管理局认为卡那单抗可用于痛风频繁发作且对秋水仙碱、非甾体抗炎药、口服和注射皮质类固醇有禁忌证的患者[26]。对IL-1受体拮抗剂阿那白滞素进行了临床研究,结果显示其对急性痛风发作的疗效不逊于通常的治疗方法[27]。

3.1.4 TNF-α TNF-α是一种被广泛研究的促炎细胞因子,痛风患者血清TNF-α升高,MSU晶体刺激单核细胞产生TNF-α,TNF-α通过其受体促进天冬氨酸蛋白水解酶1的激活,导致NLRP3炎症体的激活,从而导致痛风加重,TNF-α还促进pro-IL-1β的合成,从而产生IL-1β[28-29]。研究表明,rs1800630的A变异与TNF-α和血清TNF-α水平降低相关[30]。这可能表明局部和全身TNF-α表达的影响存在重要差异。目前已开发出几种TNF-α抑制剂。可用的拮抗剂包括:依那西普,一种与IgG的Fc部分偶联的重组人TNF-R2可溶性融合蛋白;英夫利西单抗,一种抗TNF人鼠嵌合IgG1单克隆抗体;阿达木单抗和戈利木单抗,人抗TNF-α单克隆抗体;培塞利珠单抗,人源化抗TNF-α抗体的Fab′片段[31]。有研究表明,依那西普可能对其他抗炎药无效的痛风性炎症有效[32]。有病例报道显示英夫利西单抗成功治疗痛风[33]。

3.2以TLR2/TLR4-NF-κB信号转导通路为痛风治疗靶点的研究 痛风是人类最常见的自身炎症性关节炎之一,传统的痛风治疗策略药物数量有限,且有许多与之相关的副作用,因此,需要开发更安全、有效的药物。Holzinger等[34]的一项研究表明,痛风中高表达的骨髓相关蛋白-8(myeloid-related protein-8,MRP-8)和MRP-14是MSU晶体诱导的体外和体内IL-1β分泌的增强剂,这些由活化的吞噬细胞释放的内源性TLR4配体可导致痛风炎症的持续。He等[35]的一项研究表明,抑制TLR4可以增强髓系细胞表达的触发受体1抑制剂在MSU晶体诱导的炎症中的作用,而髓系细胞表达的触发受体1可以加速MSU晶体诱导的急性炎症,抑制髓系细胞表达的触发受体1可能为缓解急性痛风性关节炎提供一种新治疗策略。另一项研究表明,规律、适度的体力活动可以产生可量化的抗炎作用,能够通过降低循环中性粒细胞上的TLR2表达和抑制全身CXCL1来部分减轻由关节内MSU晶体诱导的病理反应[36]。Rossato等[18]的一项研究表明,MSU可能激活TLR4以诱导巨噬细胞释放IL-1β,在急性痛风发作期间引发伤害感受和炎症。Huang等[37]的研究表明,MSU晶体刺激HSP60表达,从而加速TLRs/MyD88/NF-κB信号通路并加剧线粒体功能障碍。

4 结语

随着痛风患病率的升高,有效的治疗策略变得越来越重要。现有研究表明,痛风性关节炎关节内析出的MSU晶体通过TLR2/TLR4-NF-κB信号通路,合成前IL-1β和其他炎症体成分,此为痛风性关节炎发病的主要途径之一。随着对痛风的研究不断深入,痛风发病机制的逐渐明确,痛风性关节炎的治疗新药不断被研究。目前,虽已证实TLR2/TLR4-NF-κB信号通路在痛风的发病过程中起重要作用,但针对该通路为靶点治疗痛风的药物研究较少,因此,新的治疗靶点的研究有较好前景。