TLR4在重癥急性胰腺炎相關(guān)腸道屏障損傷中調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展

胡珺暉 梅啟享 曾 悅

重癥急性胰腺炎(SAP)是臨床常見的急腹癥，其進(jìn)展快，并發(fā)癥多發(fā)，預(yù)后不良，病死率為20%～30%。目前認(rèn)為Toll樣受體4(TLR4)激活可能是SAP發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素，急性胰腺炎(AP)發(fā)生時(shí)，TLR4通過激活下游信號(hào)通路產(chǎn)生大量炎性介質(zhì)，誘發(fā)全身炎性反應(yīng)，導(dǎo)致多器官衰竭。腸道是SAP全身炎性反應(yīng)的重要靶器官，研究表明腸道屏障損傷造成的細(xì)菌移位可對(duì)胰腺造成二次打擊，加重胰腺損傷。SAP發(fā)生時(shí)，腸道TLR4表達(dá)上調(diào)，并被證實(shí)與腸道屏障損傷密切相關(guān)。本文就TLR4在SAP中調(diào)節(jié)腸道屏障損傷的機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述，以期進(jìn)一步了解SAP的發(fā)病機(jī)制，并為其治療及腸道屏障的保護(hù)提供新的策略。

1 TLR4的概述

TLR家族屬于Ⅰ型跨膜蛋白，具有細(xì)胞外段、跨膜段和細(xì)胞質(zhì)段。TLR4是最早發(fā)現(xiàn)的TLR家族成員[1]。TLR4的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域由18～31個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)序列組成；細(xì)胞內(nèi)區(qū)含有與白細(xì)胞介素-1(IL-1)受體相似的結(jié)構(gòu)域，即Toll/IL-1受體(TIR)結(jié)構(gòu)域，TIR結(jié)構(gòu)域?yàn)樾盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)所必須。TLR4可特異性識(shí)別脂多糖(LPS)，LPS是革蘭陰性菌外膜的主要成分，能激活巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，介導(dǎo)炎性介質(zhì)的釋放，從而導(dǎo)致一系列病理反應(yīng)[2-3]。除外源性配體外，TLR4還可識(shí)別熱休克蛋白60(HSP60)、HSP70、HSP90(Gp96)、高遷移率族蛋白1 (HMGB1)、表面活性蛋白-A(SP-A)、SP-D、纖連蛋白EDA 、纖維蛋白原等內(nèi)源性配體，TLR4存在于許多種細(xì)胞中，如巨噬細(xì)胞，肝細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。在腸道中，TLR4主要在胎兒回腸隱窩基底外側(cè)、結(jié)腸基底外側(cè)低表達(dá)及活動(dòng)性克羅恩病(CD)患者回腸、結(jié)腸的黏膜表達(dá)。

TLR4受體激活后主要啟動(dòng)兩條下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，即MyD88依賴性和非MyD88依賴性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[4]。MyD88通過IκB激酶(IKK)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑激活轉(zhuǎn)錄因子，包含核因子-κB(NF-κB)和激活蛋白-1(AP-1)，有利于細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄，在炎性反應(yīng)中起著重要作用。另一種方式是由含有TIR結(jié)構(gòu)域的銜接子誘導(dǎo)干擾素-β(TRIF)和Toll樣受體相關(guān)分子(TRAM)介導(dǎo)，導(dǎo)致干擾素-α(IFN-α)和IFN-β的表達(dá)，主要起抵抗病毒的作用。

TLR4參與全身多種疾病的調(diào)控，尤其與慢性炎性反應(yīng)的發(fā)生密切相關(guān)。有研究表明TLR4在革蘭陰性菌感染所致的肺炎[5]、膝骨關(guān)節(jié)炎、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病[6]和壞死性小腸結(jié)腸炎(NEC)[7]的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用，許多腫瘤細(xì)胞表面也高表達(dá)TLR4[8]。另有研究顯示，TLR4在病毒感染過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用[9]。

2 TLR4在AP中的作用

SAP是一種急性進(jìn)展的炎性反應(yīng)，目前其發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。炎性細(xì)胞因子水平升高與SAP嚴(yán)重程度密切相關(guān)，并且這些炎性細(xì)胞因子可引起全身性炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)、多器官功能障礙綜合征(MODS)和死亡。TLR4在SAP進(jìn)展中的重要作用已被廣泛研究。TLR4在胰腺腺泡細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞表面廣泛分布，且在SAP病程中，胰腺組織中TLR4表達(dá)明顯上調(diào)，LPS和TLR4的配體水平與AP患者全身并發(fā)癥、病死率及疾病嚴(yán)重程度相關(guān)，提示TLR4在SAP發(fā)病機(jī)制中起著重要作用[10]。在疾病早期，胰腺腺泡細(xì)胞損傷是AP進(jìn)展的主要事件，受損細(xì)胞釋放出的HMGB1、S100A8/S100A9和HSP可作為內(nèi)源性配體激活TLR4，引發(fā)下游炎性因子和趨化因子釋放[11]，招募巨噬細(xì)胞增強(qiáng)嗜中性粒細(xì)胞的活性，釋放出大量炎性因子和趨化因子[12]。腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是TLR4下游信號(hào)激活產(chǎn)生的主要炎性因子，高水平的TNF-α與小鼠AP模型的疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[13]。在AP后期，TLR4表達(dá)不斷升高，全身炎性反應(yīng)加重組織細(xì)胞損傷，可引發(fā)內(nèi)毒素血癥，TLR4促炎反應(yīng)增強(qiáng)，加重胰腺損傷。

Awla等[14]和Sharif等[15]的研究表明，與野生型小鼠相比，TLR4-/-小鼠的AP表現(xiàn)出較輕的胰腺損傷和炎性反應(yīng)，支持TLR4在AP發(fā)病機(jī)制中的重要性。此外，Awla等[14]的研究還證明AP中TLR4介導(dǎo)的炎性反應(yīng)和組織損傷是腺泡細(xì)胞中蛋白水解活化的下游事件。

3 AP中TLR4與腸道屏障的關(guān)系

3.1 腸道屏障與AP

腸道是機(jī)體的消化器官，還具有內(nèi)分泌、免疫等功能，是機(jī)體非特異性抗感染的第一道防線。此外，腸道是機(jī)體最大的細(xì)菌和內(nèi)毒素貯庫(kù)，為一隱匿性感染源。腸道屏障可分為機(jī)械屏障、免疫屏障、化學(xué)屏障和微生物屏障4部分。在腸道中，膽汁、胃酸、胰液以及Paneth細(xì)胞分泌的防御素、抗菌肽等物質(zhì)可抑制病原體定植，降解細(xì)菌和抗原。不流動(dòng)水層、糖萼和黏液層通過分泌IgA和由糖萼和黏液組成的物理屏障共同防止細(xì)菌黏附。固有層細(xì)胞可分泌IgA、細(xì)胞因子、趨化因子和肥大細(xì)胞蛋白酶以啟動(dòng)先天性和獲得性免疫防御。腸道單層上皮細(xì)胞及細(xì)胞間連接構(gòu)成腸道機(jī)械屏障的主體部分，對(duì)微絨毛刷狀緣起到支持作用，并調(diào)節(jié)上皮屏障功能和細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)[16-17]

在SAP病程中，由于缺血再灌注(I/R)損傷、炎性因子大量釋放等原因，腸黏膜屏障的完整性極易受損。腸道屏障損傷與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如非洲豬瘟，酒精性肝炎，急性心肌梗死。任何造成腸黏膜缺血、破損、脫落、萎縮的因素均可引起腸道機(jī)械屏障功能損傷。研究表明，AP病程中腸道通透性增加與預(yù)后不良相關(guān)[18]。腸道屏障的結(jié)構(gòu)和功能損傷不僅可影響消化吸收功能，并可導(dǎo)致大量細(xì)菌和內(nèi)毒素經(jīng)門靜脈和淋巴系統(tǒng)侵入機(jī)體血液循環(huán)系統(tǒng)，引起腸源性膿毒血癥和內(nèi)毒素血癥，由此不僅加重原發(fā)疾病，而且可能誘發(fā)SIRS和MODS而危及生命。

3.2 TLR4介導(dǎo)腸道屏障損傷

TLR4在腸道各部位的表達(dá)并不相同，主要受到該區(qū)域細(xì)菌組成的影響。TLR4通過啟動(dòng)先天性和獲得性免疫，在維持腸道正常細(xì)菌耐受性和炎性反應(yīng)發(fā)生的平衡中發(fā)揮著重要作用。TLR4在正常腸上皮中低表達(dá)，TLR4過表達(dá)往往與腸道損傷有關(guān)。Dheer等[19]的實(shí)驗(yàn)證明，腸上皮過度表達(dá)TLR4小鼠的腸上皮屏障功能減弱，且與細(xì)菌移位增加存在正相關(guān)關(guān)系，并導(dǎo)致小鼠小腸中Paneth細(xì)胞數(shù)減少和α-防御素表達(dá)降低，腸道屏障功能受損。TLR4的表達(dá)是NEC發(fā)生的必要條件，腸上皮不表達(dá)TLR4的小鼠不發(fā)生NEC[20]，而選擇性過表達(dá)TLR4的小鼠發(fā)生嚴(yán)重的NEC[21]。 Egan等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，NEC小鼠中TLR4的表達(dá)可募集淋巴細(xì)胞，造成腸道損傷。大量研究表明，TLR4的激活在炎癥性腸病(IBD)的發(fā)生過程中也起著非常重要的作用。IBD中細(xì)菌激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與線粒體ATP產(chǎn)生減少有關(guān)， Ruiz等[23]的研究表明IBD中線粒體功能障礙與TLR4活化高度相關(guān)，并提出IBD中可能存在由TLR4等模式識(shí)別受體調(diào)控的細(xì)菌-線粒體-炎性反應(yīng)軸。TLR4可通過下游信號(hào)通路誘導(dǎo)表皮生長(zhǎng)因子配體分泌，刺激腸上皮細(xì)胞增殖，在腸道受損的情況下有利于屏障損傷的修復(fù)，但在長(zhǎng)期慢性炎性反應(yīng)的刺激下，TLR4過表達(dá)可誘導(dǎo)異常的腸上皮增殖，促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。TLR4-/-小鼠模型由于黏膜中環(huán)氧合酶-2(COX-2)、前列腺素E(PGE)的表達(dá)降低而抑制了腫瘤的發(fā)展[24]。

AP患者常伴有腸道屏障損傷，可能與腸道I/R有關(guān)。TLR4也被證明是造成腸道損傷的原因，Zheng等[25]的研究證明大腸桿菌MG1655可通過LPS激活腸上皮細(xì)胞中的TLR4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終引起炎性損傷。在I/R期間，TLR4在心臟、腦、肝和腎中的表達(dá)升高[26-28]，并且HMGB1-TLR4軸可能是許多I/R炎性反應(yīng)的重要觸發(fā)因素，提示TLR4可能與腸道I/R損傷密切相關(guān)。腸道I/R的早期炎性反應(yīng)在黏膜損傷中起主要作用：血液再灌注產(chǎn)生大量炎性細(xì)胞因子；中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)產(chǎn)生活性氧；通過誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)生成一氧化氮，對(duì)腸道黏膜細(xì)胞造成損傷。He等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，TLR4信號(hào)激活與裂解的天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)相關(guān)，可誘導(dǎo)I/R中的腸上皮細(xì)胞凋亡和黏膜屏障破壞。此外，TLR4下游信號(hào)通路中NF-κB可調(diào)節(jié)iNOS和促炎細(xì)胞因子(如TNF-α)的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)I/R中的細(xì)胞損傷。miR-146a是小鼠巨噬細(xì)胞系TLR4信號(hào)通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子，通過miR-146a抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路可減輕I/R中的腸上皮損傷[29]。Yazji等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，在TLR4Δendoth小鼠模型中，血管擴(kuò)張分子內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)顯著降低，從而減少了腸道的血流灌注。

4 總結(jié)和展望

SAP期間的腸道黏膜屏障損傷是一個(gè)重要且復(fù)雜的過程，改善SAP患者的腸黏膜損傷對(duì)于控制病情至關(guān)重要。TLR4是體內(nèi)重要的模式識(shí)別受體，與SAP的發(fā)生、發(fā)展及疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。在腸道中，TLR4是一把雙刃劍，正常情況下TLR4的激活可誘導(dǎo)損傷情況下的腸上皮增殖，而過度表達(dá)的TLR4則被證實(shí)與NEC、IBD的發(fā)生密切相關(guān)。目前SAP中腸道損傷的機(jī)制尚未完全闡明，TLR4可能通過介導(dǎo)I/R氧化應(yīng)激對(duì)腸道屏障造成損傷。TLR4在SAP相關(guān)腸道屏障損傷中的調(diào)節(jié)機(jī)制有待進(jìn)一步研究，以期為SAP相關(guān)腸道屏障損傷的治療提供新的思路。