肝纖維化是肝臟損害發展到一定程度后的病理生理表現,其發病機制目前尚未完全明了,治療方法也極為有限。Toll樣受體(TLR)作為最重要的一種模式識別受體,在機體固有免疫及獲得性免疫應答過程中的重要性已得到論證,近年其與肝纖維化病理生理過程之間的聯系正得到大量研究。TLR通過識別外源性或內源性配體及接受其他因子對其自身表達的調節而影響下游多種細胞因子表達,在肝纖維化病理生理過程中發揮了重要作用。同時,參與這一過程的部分關鍵因子也為臨床干預治療提供了靶點,這有利于研究既有藥物在肝纖維化中的應用及新藥開發,進而為肝纖維化控制指明一個新方向。現就TLR信號通路在肝纖維化機制中的作用作一綜述。
引用本文: 文皚巍, 曹文富. Toll樣受體信號通路在肝纖維化機制中的作用. 華西醫學, 2015, 30(4): 779-782. doi: 10.7507/1002-0179.20150222 復制
肝纖維化為肝組織內細胞外基質過度增生與異常沉積所導致的肝臟結構或(和)功能發生的異常改變,是多種肝臟急慢性疾病的恢復性瘢痕,是多種肝臟損害發展到一定程度后的共同病理生理表現。肝纖維化與炎癥反應之間有重要關系。Toll樣受體(TLR)識別其配體后啟動下游信號通路,產生大量炎性細胞因子并引起炎癥反應,進而促進肝星狀細胞(HSC)活化。活化的HSC轉化為肌成纖維細胞,產生大量以膠原蛋白為主要成分的細胞外基質,最終造成肝纖維化[1]。可見TLR及其介導的信號通路在肝纖維化發生發展機制中發揮了重要的作用。現就TLR信號通路在肝纖維化機制中的作用作一綜述。
1 TLR及其傳導通路概述
TLR屬模式識別受體家族,最早于1988年在果蠅體內發現[2]。TLR是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白,細胞外區由富含亮氨酸的重復序列組成,負責識別病原體相關分子模式或其他產物;細胞內區包含Toll/白細胞介素-1受體同源結構域(Toll/IL-1 TIR),是TLR與下游信號分子相互作用并介導下游信號傳導的核心作用元件。TLR廣泛分布于免疫器官和心、腦、肺、肝、腎等器官和組織內,主要表達于免疫細胞,在某些上皮細胞和成纖維細胞中也有表達[3]。TLR配體分為外源性和內源性。外源性配體主要來自病原微生物,即病原體相關分子模式(PAMP),是微生物進化過程中的保守成分,如脂多糖(LPS)、非甲基化DNA等;內源性配體即損傷相關分子模式(DAMP),在細胞外基質降解、組織損傷、機體應激時釋放,如高遷移率族蛋B1(HMGB1)、透明質酸-熱休克蛋白等[3]。
TLR信號傳導通路中的關鍵接頭分子是髓樣分化因子88(MyD88),屬于死亡結構域家族和Toll/IL-1R家族成員。TLR識別受體后,可通過MyD88依賴性和非依賴性途徑,依次激活IL-1R受體相關激酶和腫瘤壞死因子受體相關分子6,絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族,最終激活重要轉錄因子,如核因子(NF)-κB或干擾素調節因子,調控下游一系列病理生理反應[3]。
TLR信號傳導通路在天然免疫及獲得性免疫中起到重要的作用,可識別和監視各種不同的PAMP,是機體抵抗感染的第一道屏障。TLR與PAMP結合后,可迅速啟動下游的信號傳導途徑,啟動NF-κB、干擾素調節因子,導致各種炎性因子、Ⅰ型干擾素和趨化因子的分泌,確保天然免疫系統對病原體迅速、直接發揮應答作用。此外,TLR結合配體后可促進抗原提呈細胞的成熟,尤其是樹突狀細胞(DC),不同種類的TLR啟動DC后可產生不同的細胞因子和化學啟動因子,從而誘導或調節獲得性免疫,起機體先天性免疫向獲得性免疫轉化的橋梁作用。
2 TLR4信號傳導通路在肝纖維化中的作用
TLR4是最早發現存在于人細胞表面的TLR,對人體免疫系統,尤其是天然免疫中的重要性[3]。作為人體的重要免疫器官,肝臟在清除有害物質、抵御病原體方面起到了重要的作用。TLR4及其信號通路一方面對于肝臟固有免疫的建立和維持起到了重要作用,另一方面也參與多種炎性反應,推動包括肝纖維化在內的多種肝損傷的發生發展。研究TLR4信號傳導通路在肝纖維化中的作用將對肝纖維化的干預治療產生重要的指導作用。目前,針對肝纖維化中TLR4傳導通路的研究主要集中于TLR4-MyD88-NF-κB信號通路上面,通過控制TLR4配體如LPS、HMGB1等以及影響TLR4本身表達(如AngⅡ)這兩方面從上游干預這條信號傳導通路,最終調節NF-κB以及多種細胞因子的表達,進而干預肝纖維化。同時,作為TLR4-MyD88-NF-κB通路作用點以及轉化生長因子(TGF)-β抑制性假性受體,骨形態發生蛋白與激活素膜結合抑制劑(BAMBI)以及其作用機制近年來也得到了越來越多的研究。
2.1 LPS通過TLR4信號通路促進肝纖維化
LPS是G-菌細胞壁主要成分,在人體腸道中大量存在,并在肝纖維化中發揮著重要的作用。2007年,Seki等[4]發現與未飼喂抗生素進行預處理的對照組大鼠相比,在這組大鼠血漿LPS減少的同時,各項肝纖維化指標[膠原蛋白-1,Acta2,TGF-1,組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)1]均提示肝纖維化程度明顯減輕。LPS在肝纖維化中的作用與TLR4及其信號通路中的關鍵接頭分子MyD88密切相關。TLR4與LPS相結合后,通過TLR4-MyD88-NF-κB信號通路,一方面能夠上調多種趨化因子(MCP-1,MIP-1a,MIP-1B,RANTES,KC,MIP-2,IP-10)和TLR2的表達,引起巨噬細胞(枯否細胞)在HSC所在部位的聚集,產生病理作用,另一方面下調TGF-β抑制性假性受體BAMBI的表達,促進肝纖維化發生發展[4]。BAMBI是一種Ⅰ型TGF-β受體蛋白,它缺乏細胞內激酶結構域故在TGF-β信號傳導中起到抑制劑的作用[5]。TGF-β是目前所知最強有力的致炎因子,BAMBI的過度表達能抑制TGF-β信號通路,而BAMBI的負性調控能增強信號通路強度,最近研究顯示,這種負性調控作用與NF-κBp50和組蛋白去乙酰化酶1(HDAC1)相互作用并形成復合物有關,這種復合物能抑制BAMBI增強子的轉錄活性,進而下調其表達[5]。對BAMBI負性調控的機制還有待進一步完善。LPS于HSC結合TLR后所引起的一系列下游反應引,是TLR4-MyD88-NF-κB信號通路通過LPS這個始動因素在肝纖維化中的重要體現,也是肝纖維化發生發展的最重要原因。隨著肝纖維化病情的發展,炎性細胞因子、營養不良、交感神經興奮等多種原因使得腸黏膜結構發生改變,包括緊密連接受損、細胞間隙變寬、血管阻塞促使屏障功能喪失[6],導致腸道對LPS通透性繼續增加,而LPS的增加又進一步加重肝纖維化,形成惡性循環,最終使得病情發展為肝硬化、肝衰竭等。所以,控制LPS及其與TLR4的結合是干預肝纖維化的一種重要方式,目前已證實利福昔明[7]、咖啡酸苯乙酯[8]通過清除LPS、抑制TLR4與LPS相互作用可干預肝纖維化發展,但僅為活體動物實驗。同時TGF-β及BAMBI在這一過程中起到了重要作用,但其可用于藥物干預的靶點還需進一步明確。
2.2 HMGB1通過TLR4信號通路促進肝纖維化
DAMP是機體無菌性損傷時釋放出來的大分子。其在生理狀態下與微環境隔離而在細胞損傷時被暴露或(和)釋放至微環境[9]。目前研究較多的DAMP是高遷移率族蛋白(HMG),HMGB1是含量最豐富的HMG蛋白,是一種高度保守附著于核小體上的非組蛋白核蛋白,對穩定DNA結構和調控轉錄活性起到重要作用[10],TLR4是HMGB1發揮作用的重要受體。Li等[11]的研究提示,移位和細胞間釋放的HMGB1,而非LPS,是高脂飲食所致的肝臟功能損傷早期階段啟動TLR4信號通路的重要介質。通過使用HMGB1中和抗體消除HMGB1能使肝細胞分泌的腫瘤壞死因子(TNF)-α和IL-6減少,而減輕炎性反應。HMGB1能作為早期介質啟動和增強TLR4-MyD88-NF-κB通路,進而增強高脂飲食所致的肝臟損傷和炎癥[11]。Li等[11]提出肝細胞暴露于自由脂肪酸或高脂飲食中能增強HMGB1的細胞內表達和細胞外釋放,通過TLR4/MyD88依賴型通路促進炎性因子的釋放,引起或加重包括脂肪變性、脂肪性肝炎等在內的多種肝損傷,而脂肪聚集反過來又促進HMGB1的表達和釋放,形成一個能自我持續甚至增強的過程。TLR4所致的HSC的啟動和增敏能增強多種慢性肝病中炎癥和纖維化之間的聯系而促進肝纖維化發展。Ge等[12]研究顯示肝纖維化過程中HMGB1等表達被上調,通過siRNA轉染HSC并抑制HMGB1的表達能降低α-SMA、Ⅰ型膠原等纖維化產物肝內沉積。Zhang等[13]在離體HSC的實驗中發現,HMGB1能增強趨化細胞因子MCP-1基因的轉錄和表達,并能增強TGF-β促肝纖維化的作用,TLR4信號轉導通路不僅依賴于腸源性LPS的參與,還與HMGB1的協同作用密切相關。此外,HMGB1還能增強HSC的遷移與活化。在肝硬化過程中HSC遠離它們生理狀態下常存在的位置而遷移到纖維化區域并在其中聚集。Wang等[14]在肝臟血管瘤患者HSC標本的實驗中發現,HMGB1能通過趨化作用機制和趨觸作用機制促進人類HSC遷移。HMGB1所致HSC的活化和遷移與TLR4依賴的JNK和PI3K/Akt信號通路的啟動密切及促纖維化因子TGF-β、血小板衍生因子、結締組織生長因子、表皮細胞生長因子表達增加相關。HMGB1與肝纖維化的聯系近年已得到較多研究,作為內源性的TLR4配體,HMGB1能在肝纖維化早期,腸道屏障結構尚未明顯改變時通過TLR4信號通路發揮促纖維化作用,及時干預HMGB1及其與TLR4的結合為早期控制肝纖維化的發展提供了一個新方向。
2.3 血管緊張素(Ang)Ⅱ通過TLR4信號通路促進肝纖維化
Ang是HSC增殖的促有絲分裂因子。在活化HSC中,通過與血管緊張素-Ⅱ受體(AT1-R)結合,AngⅡ能夠啟動一系列信號轉導通路進而刺激DNA的合成、細胞的增殖、膠原的生成,促進肝纖維化[15]。Shirai等[16]研究顯示:AngⅡ能夠顯著增強TLR4的表達,進而加強肝纖維化的進展,而這種作用能夠被血管緊張素受體Ⅰ抑制劑(ARB)顯著降低。AngⅡ能夠獨立的引起TGF-β的表達增強,也能夠通過上調TLR4的表達而強化LPS-TLR4-MyD88-NF-κb-BAMBI信號通路增強TGF-β促纖維化作用。AngⅡ與TLR4信號通路之間的相互聯系中,LPS作為一個始動因素起到了重要的作用[16]。Li等[17]在大鼠HSC系的離體實驗和肝纖維化模型的活體實驗中發現,AngⅡ、LPS、TGF-β對Ⅰ型膠原的分泌表現出顯著的協同作用,不論是離體還是活體情況下。AngⅡ導致TLR4表達的增加均呈現出時間依賴和劑量依賴的方式,這種作用能夠被ARB所阻斷[17]。Ang Ⅱ、LPS同時作用于離體或活體模型所引起的TLR4表達的上調明顯高于Ang Ⅱ或LPS單獨作用對TLR4表達的上調程度。給予實驗細胞AngⅡ預處理后僅予以TGF-β并不足以產生促纖維化作用[17]。Shirai等[16]的研究也顯示,在無LPS存在的情況下,AngⅡ無法啟動TLR4-MyD88-NF-κb通路,無法下調BAMBI的表達而易化TGF-β信號通路,故無法通過TLR4信號通路促進肝纖維化[16]。最近已有研究顯示由硫代乙酰胺腹膜內注射所致的肝硬化模型與對照組相比,血管緊張素Ⅰ轉化酶(ACE)的表達有顯著的上調[18]。替米沙坦(ARB的一種)能顯著降低由曼森裂體吸蟲感染所致的肝纖維化小鼠模型的TGF-β表達,并能增強基質金屬蛋白酶-2分泌,同時減少TIMP-2分泌,進而減輕肝纖維化[19]。說明腎素、血管緊張素系統在各種因素所致的肝纖維化發展過程中的重要性。AngⅡ對于TLR4的表達上調作用是對LPS-TLR4-MyD88-NF-κb信號通路的重要補充。抑制AngⅡ進而抑制TLR4信號傳導通路及拮抗TGF-β及其作用,這為肝纖維化的干預提供了一種新的思路,但仍需進一步、大量充分的臨床研究。
3 TLR9及其他TLR信號通路在肝纖維化中的作用
TLR4及其信號通路因在肝纖維化中的重要作用已得到深入研究,近年TLR9信號通路亦引起較多關注。TLR9的分布較TLR4局限,多表達于某些免疫細胞中,如DC細胞和B細胞,人類TLR9選擇性地表達于漿細胞樣DC的內體區室。TLR9主要配體為非甲基化DNA(CpG DNA),其與配體結合后,能夠通過MyD88依賴途徑激活下游轉錄因子IRF7等,促進多種炎癥因子分泌[20]。肝細胞凋亡后所釋放的DNA能通過TLR9信號通路促進HSC的分化,并能抑制PDGF介導的HSC趨化作用。這使得HSC停留于肝細胞凋亡部位,并分泌膠原和其他促纖維化因子[21]。Miura等[22]研究顯示,在給予CDAA飲食22周后,TLR9-/-大鼠的脂肪型肝炎和肝纖維化程度較野生型大鼠相比明顯減輕,TLR9-/-大鼠IL-1β的分泌量也明顯小于野生型大鼠,提示TLR9在脂肪型肝炎及肝纖維化中的重要性。TLR9信號通路激活枯否細胞并促進分泌IL-1β,IL-1β進而促進HSC活化及分泌以TIMP1為主的多種促纖維化因子,并刺激肝實質細胞上調DGAT2的表達而增加細胞內脂肪的聚集。肝細胞內脂肪的不斷聚集能引起NF-κB的失活,導致促凋亡因子Bax表達的增加及抗凋亡因子Bcl-2表達減少,促進肝實質細胞死亡,而肝細胞死亡后釋放的DNA又能激活TLR9,通過TLR9信號通路刺激IL-1β進一步釋放[22]。Abu-Tair等[23]研究顯示,CpG最終是否引起的纖維化,是通過TLR9介導的抗纖維化和促纖維化雙重效應相互作用的結果決定。TLR9信號通路具有抗纖維化效應,主要表現為對于淋巴細胞表達CD8分子的下調及促進自然殺傷細胞增殖的作用,同時其促纖維化效應主要表現為HSC分泌α-SMA和肝細胞釋放谷丙轉氨酶的增多[23]。TLR9與TLR4均通過MyD88依賴途徑激活下游轉錄因子,MyD88成為肝纖維化干預治療的一個重要靶點。在CpG DNA通過TLR9信號通路引起肝纖維化的過程中IL-1β發揮重要作用,此外是否還有其他信號分子有重要意義及之間的相互作用還需進一步研究。此外,TLR9對于肝纖維化促進和抑制的雙重效應,這也為抗纖維化藥物的研發提供了新的方向。
對于其他TLR受體,通過β干擾素TIR結構域銜接蛋白的介導作用,TLR3和TLR4能刺激β干擾素的產生。但在人類HSC中只有TLR3,而非TLR4能最終夠刺激其產生β干擾素進而引起抗肝炎病毒效應。TLR3/TLR4-TRIF信號通路可能在HSC中起到了不同于在巨噬細胞中的獨特作用[24]。TLR2的配體為G+菌細胞壁成分如肽聚糖、脂膜酸,HSC對TLR2配體反應不敏感。Paik等[25]的研究顯示,TNF-α或IL-1β能顯著上調TLR2的表達,在TLR2配體出現時,HSC能增強NF-κβ的活化及IL-8的產生,增強肝纖維化。此外,Seki等[4]的研究提示,內毒素也能上調TLR2的表達,HSC內多種炎性介質如TNF-α、IL-1β、內毒素可在TLR2信號通路的啟動中起到了重要作用。總之,TLR4、TLR9之外的其他TLR及其信號通路在肝纖維化中的作用近年來已得到部分研究,但還需得到進一步深入。
4 結語
肝纖維化的過程,TLR信號通路作用機制非常復雜,作用范圍相當廣泛。目前的研究主要集中在TLR4、TLR9及其信號傳導通路,尤其是TLR4-MyD88-NF-κb這條信號通路上。而其他幾種TLR及其下游的另外幾條重要通路如:JAK/STAT、MAPK、氧化應激途徑等與肝纖維化之間的聯系,以及這幾大通路之間的聯系和它們在臨床上的一些進一步的應用還需進一步研究。而在研究時的實驗過程,更多的活體實驗,甚至是一定程度的臨床實驗,需開展起來,以獲得與臨床應用更接近的數據。
肝纖維化為肝組織內細胞外基質過度增生與異常沉積所導致的肝臟結構或(和)功能發生的異常改變,是多種肝臟急慢性疾病的恢復性瘢痕,是多種肝臟損害發展到一定程度后的共同病理生理表現。肝纖維化與炎癥反應之間有重要關系。Toll樣受體(TLR)識別其配體后啟動下游信號通路,產生大量炎性細胞因子并引起炎癥反應,進而促進肝星狀細胞(HSC)活化。活化的HSC轉化為肌成纖維細胞,產生大量以膠原蛋白為主要成分的細胞外基質,最終造成肝纖維化[1]。可見TLR及其介導的信號通路在肝纖維化發生發展機制中發揮了重要的作用。現就TLR信號通路在肝纖維化機制中的作用作一綜述。
1 TLR及其傳導通路概述
TLR屬模式識別受體家族,最早于1988年在果蠅體內發現[2]。TLR是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白,細胞外區由富含亮氨酸的重復序列組成,負責識別病原體相關分子模式或其他產物;細胞內區包含Toll/白細胞介素-1受體同源結構域(Toll/IL-1 TIR),是TLR與下游信號分子相互作用并介導下游信號傳導的核心作用元件。TLR廣泛分布于免疫器官和心、腦、肺、肝、腎等器官和組織內,主要表達于免疫細胞,在某些上皮細胞和成纖維細胞中也有表達[3]。TLR配體分為外源性和內源性。外源性配體主要來自病原微生物,即病原體相關分子模式(PAMP),是微生物進化過程中的保守成分,如脂多糖(LPS)、非甲基化DNA等;內源性配體即損傷相關分子模式(DAMP),在細胞外基質降解、組織損傷、機體應激時釋放,如高遷移率族蛋B1(HMGB1)、透明質酸-熱休克蛋白等[3]。
TLR信號傳導通路中的關鍵接頭分子是髓樣分化因子88(MyD88),屬于死亡結構域家族和Toll/IL-1R家族成員。TLR識別受體后,可通過MyD88依賴性和非依賴性途徑,依次激活IL-1R受體相關激酶和腫瘤壞死因子受體相關分子6,絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族,最終激活重要轉錄因子,如核因子(NF)-κB或干擾素調節因子,調控下游一系列病理生理反應[3]。
TLR信號傳導通路在天然免疫及獲得性免疫中起到重要的作用,可識別和監視各種不同的PAMP,是機體抵抗感染的第一道屏障。TLR與PAMP結合后,可迅速啟動下游的信號傳導途徑,啟動NF-κB、干擾素調節因子,導致各種炎性因子、Ⅰ型干擾素和趨化因子的分泌,確保天然免疫系統對病原體迅速、直接發揮應答作用。此外,TLR結合配體后可促進抗原提呈細胞的成熟,尤其是樹突狀細胞(DC),不同種類的TLR啟動DC后可產生不同的細胞因子和化學啟動因子,從而誘導或調節獲得性免疫,起機體先天性免疫向獲得性免疫轉化的橋梁作用。
2 TLR4信號傳導通路在肝纖維化中的作用
TLR4是最早發現存在于人細胞表面的TLR,對人體免疫系統,尤其是天然免疫中的重要性[3]。作為人體的重要免疫器官,肝臟在清除有害物質、抵御病原體方面起到了重要的作用。TLR4及其信號通路一方面對于肝臟固有免疫的建立和維持起到了重要作用,另一方面也參與多種炎性反應,推動包括肝纖維化在內的多種肝損傷的發生發展。研究TLR4信號傳導通路在肝纖維化中的作用將對肝纖維化的干預治療產生重要的指導作用。目前,針對肝纖維化中TLR4傳導通路的研究主要集中于TLR4-MyD88-NF-κB信號通路上面,通過控制TLR4配體如LPS、HMGB1等以及影響TLR4本身表達(如AngⅡ)這兩方面從上游干預這條信號傳導通路,最終調節NF-κB以及多種細胞因子的表達,進而干預肝纖維化。同時,作為TLR4-MyD88-NF-κB通路作用點以及轉化生長因子(TGF)-β抑制性假性受體,骨形態發生蛋白與激活素膜結合抑制劑(BAMBI)以及其作用機制近年來也得到了越來越多的研究。
2.1 LPS通過TLR4信號通路促進肝纖維化
LPS是G-菌細胞壁主要成分,在人體腸道中大量存在,并在肝纖維化中發揮著重要的作用。2007年,Seki等[4]發現與未飼喂抗生素進行預處理的對照組大鼠相比,在這組大鼠血漿LPS減少的同時,各項肝纖維化指標[膠原蛋白-1,Acta2,TGF-1,組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)1]均提示肝纖維化程度明顯減輕。LPS在肝纖維化中的作用與TLR4及其信號通路中的關鍵接頭分子MyD88密切相關。TLR4與LPS相結合后,通過TLR4-MyD88-NF-κB信號通路,一方面能夠上調多種趨化因子(MCP-1,MIP-1a,MIP-1B,RANTES,KC,MIP-2,IP-10)和TLR2的表達,引起巨噬細胞(枯否細胞)在HSC所在部位的聚集,產生病理作用,另一方面下調TGF-β抑制性假性受體BAMBI的表達,促進肝纖維化發生發展[4]。BAMBI是一種Ⅰ型TGF-β受體蛋白,它缺乏細胞內激酶結構域故在TGF-β信號傳導中起到抑制劑的作用[5]。TGF-β是目前所知最強有力的致炎因子,BAMBI的過度表達能抑制TGF-β信號通路,而BAMBI的負性調控能增強信號通路強度,最近研究顯示,這種負性調控作用與NF-κBp50和組蛋白去乙酰化酶1(HDAC1)相互作用并形成復合物有關,這種復合物能抑制BAMBI增強子的轉錄活性,進而下調其表達[5]。對BAMBI負性調控的機制還有待進一步完善。LPS于HSC結合TLR后所引起的一系列下游反應引,是TLR4-MyD88-NF-κB信號通路通過LPS這個始動因素在肝纖維化中的重要體現,也是肝纖維化發生發展的最重要原因。隨著肝纖維化病情的發展,炎性細胞因子、營養不良、交感神經興奮等多種原因使得腸黏膜結構發生改變,包括緊密連接受損、細胞間隙變寬、血管阻塞促使屏障功能喪失[6],導致腸道對LPS通透性繼續增加,而LPS的增加又進一步加重肝纖維化,形成惡性循環,最終使得病情發展為肝硬化、肝衰竭等。所以,控制LPS及其與TLR4的結合是干預肝纖維化的一種重要方式,目前已證實利福昔明[7]、咖啡酸苯乙酯[8]通過清除LPS、抑制TLR4與LPS相互作用可干預肝纖維化發展,但僅為活體動物實驗。同時TGF-β及BAMBI在這一過程中起到了重要作用,但其可用于藥物干預的靶點還需進一步明確。
2.2 HMGB1通過TLR4信號通路促進肝纖維化
DAMP是機體無菌性損傷時釋放出來的大分子。其在生理狀態下與微環境隔離而在細胞損傷時被暴露或(和)釋放至微環境[9]。目前研究較多的DAMP是高遷移率族蛋白(HMG),HMGB1是含量最豐富的HMG蛋白,是一種高度保守附著于核小體上的非組蛋白核蛋白,對穩定DNA結構和調控轉錄活性起到重要作用[10],TLR4是HMGB1發揮作用的重要受體。Li等[11]的研究提示,移位和細胞間釋放的HMGB1,而非LPS,是高脂飲食所致的肝臟功能損傷早期階段啟動TLR4信號通路的重要介質。通過使用HMGB1中和抗體消除HMGB1能使肝細胞分泌的腫瘤壞死因子(TNF)-α和IL-6減少,而減輕炎性反應。HMGB1能作為早期介質啟動和增強TLR4-MyD88-NF-κB通路,進而增強高脂飲食所致的肝臟損傷和炎癥[11]。Li等[11]提出肝細胞暴露于自由脂肪酸或高脂飲食中能增強HMGB1的細胞內表達和細胞外釋放,通過TLR4/MyD88依賴型通路促進炎性因子的釋放,引起或加重包括脂肪變性、脂肪性肝炎等在內的多種肝損傷,而脂肪聚集反過來又促進HMGB1的表達和釋放,形成一個能自我持續甚至增強的過程。TLR4所致的HSC的啟動和增敏能增強多種慢性肝病中炎癥和纖維化之間的聯系而促進肝纖維化發展。Ge等[12]研究顯示肝纖維化過程中HMGB1等表達被上調,通過siRNA轉染HSC并抑制HMGB1的表達能降低α-SMA、Ⅰ型膠原等纖維化產物肝內沉積。Zhang等[13]在離體HSC的實驗中發現,HMGB1能增強趨化細胞因子MCP-1基因的轉錄和表達,并能增強TGF-β促肝纖維化的作用,TLR4信號轉導通路不僅依賴于腸源性LPS的參與,還與HMGB1的協同作用密切相關。此外,HMGB1還能增強HSC的遷移與活化。在肝硬化過程中HSC遠離它們生理狀態下常存在的位置而遷移到纖維化區域并在其中聚集。Wang等[14]在肝臟血管瘤患者HSC標本的實驗中發現,HMGB1能通過趨化作用機制和趨觸作用機制促進人類HSC遷移。HMGB1所致HSC的活化和遷移與TLR4依賴的JNK和PI3K/Akt信號通路的啟動密切及促纖維化因子TGF-β、血小板衍生因子、結締組織生長因子、表皮細胞生長因子表達增加相關。HMGB1與肝纖維化的聯系近年已得到較多研究,作為內源性的TLR4配體,HMGB1能在肝纖維化早期,腸道屏障結構尚未明顯改變時通過TLR4信號通路發揮促纖維化作用,及時干預HMGB1及其與TLR4的結合為早期控制肝纖維化的發展提供了一個新方向。
2.3 血管緊張素(Ang)Ⅱ通過TLR4信號通路促進肝纖維化
Ang是HSC增殖的促有絲分裂因子。在活化HSC中,通過與血管緊張素-Ⅱ受體(AT1-R)結合,AngⅡ能夠啟動一系列信號轉導通路進而刺激DNA的合成、細胞的增殖、膠原的生成,促進肝纖維化[15]。Shirai等[16]研究顯示:AngⅡ能夠顯著增強TLR4的表達,進而加強肝纖維化的進展,而這種作用能夠被血管緊張素受體Ⅰ抑制劑(ARB)顯著降低。AngⅡ能夠獨立的引起TGF-β的表達增強,也能夠通過上調TLR4的表達而強化LPS-TLR4-MyD88-NF-κb-BAMBI信號通路增強TGF-β促纖維化作用。AngⅡ與TLR4信號通路之間的相互聯系中,LPS作為一個始動因素起到了重要的作用[16]。Li等[17]在大鼠HSC系的離體實驗和肝纖維化模型的活體實驗中發現,AngⅡ、LPS、TGF-β對Ⅰ型膠原的分泌表現出顯著的協同作用,不論是離體還是活體情況下。AngⅡ導致TLR4表達的增加均呈現出時間依賴和劑量依賴的方式,這種作用能夠被ARB所阻斷[17]。Ang Ⅱ、LPS同時作用于離體或活體模型所引起的TLR4表達的上調明顯高于Ang Ⅱ或LPS單獨作用對TLR4表達的上調程度。給予實驗細胞AngⅡ預處理后僅予以TGF-β并不足以產生促纖維化作用[17]。Shirai等[16]的研究也顯示,在無LPS存在的情況下,AngⅡ無法啟動TLR4-MyD88-NF-κb通路,無法下調BAMBI的表達而易化TGF-β信號通路,故無法通過TLR4信號通路促進肝纖維化[16]。最近已有研究顯示由硫代乙酰胺腹膜內注射所致的肝硬化模型與對照組相比,血管緊張素Ⅰ轉化酶(ACE)的表達有顯著的上調[18]。替米沙坦(ARB的一種)能顯著降低由曼森裂體吸蟲感染所致的肝纖維化小鼠模型的TGF-β表達,并能增強基質金屬蛋白酶-2分泌,同時減少TIMP-2分泌,進而減輕肝纖維化[19]。說明腎素、血管緊張素系統在各種因素所致的肝纖維化發展過程中的重要性。AngⅡ對于TLR4的表達上調作用是對LPS-TLR4-MyD88-NF-κb信號通路的重要補充。抑制AngⅡ進而抑制TLR4信號傳導通路及拮抗TGF-β及其作用,這為肝纖維化的干預提供了一種新的思路,但仍需進一步、大量充分的臨床研究。
3 TLR9及其他TLR信號通路在肝纖維化中的作用
TLR4及其信號通路因在肝纖維化中的重要作用已得到深入研究,近年TLR9信號通路亦引起較多關注。TLR9的分布較TLR4局限,多表達于某些免疫細胞中,如DC細胞和B細胞,人類TLR9選擇性地表達于漿細胞樣DC的內體區室。TLR9主要配體為非甲基化DNA(CpG DNA),其與配體結合后,能夠通過MyD88依賴途徑激活下游轉錄因子IRF7等,促進多種炎癥因子分泌[20]。肝細胞凋亡后所釋放的DNA能通過TLR9信號通路促進HSC的分化,并能抑制PDGF介導的HSC趨化作用。這使得HSC停留于肝細胞凋亡部位,并分泌膠原和其他促纖維化因子[21]。Miura等[22]研究顯示,在給予CDAA飲食22周后,TLR9-/-大鼠的脂肪型肝炎和肝纖維化程度較野生型大鼠相比明顯減輕,TLR9-/-大鼠IL-1β的分泌量也明顯小于野生型大鼠,提示TLR9在脂肪型肝炎及肝纖維化中的重要性。TLR9信號通路激活枯否細胞并促進分泌IL-1β,IL-1β進而促進HSC活化及分泌以TIMP1為主的多種促纖維化因子,并刺激肝實質細胞上調DGAT2的表達而增加細胞內脂肪的聚集。肝細胞內脂肪的不斷聚集能引起NF-κB的失活,導致促凋亡因子Bax表達的增加及抗凋亡因子Bcl-2表達減少,促進肝實質細胞死亡,而肝細胞死亡后釋放的DNA又能激活TLR9,通過TLR9信號通路刺激IL-1β進一步釋放[22]。Abu-Tair等[23]研究顯示,CpG最終是否引起的纖維化,是通過TLR9介導的抗纖維化和促纖維化雙重效應相互作用的結果決定。TLR9信號通路具有抗纖維化效應,主要表現為對于淋巴細胞表達CD8分子的下調及促進自然殺傷細胞增殖的作用,同時其促纖維化效應主要表現為HSC分泌α-SMA和肝細胞釋放谷丙轉氨酶的增多[23]。TLR9與TLR4均通過MyD88依賴途徑激活下游轉錄因子,MyD88成為肝纖維化干預治療的一個重要靶點。在CpG DNA通過TLR9信號通路引起肝纖維化的過程中IL-1β發揮重要作用,此外是否還有其他信號分子有重要意義及之間的相互作用還需進一步研究。此外,TLR9對于肝纖維化促進和抑制的雙重效應,這也為抗纖維化藥物的研發提供了新的方向。
對于其他TLR受體,通過β干擾素TIR結構域銜接蛋白的介導作用,TLR3和TLR4能刺激β干擾素的產生。但在人類HSC中只有TLR3,而非TLR4能最終夠刺激其產生β干擾素進而引起抗肝炎病毒效應。TLR3/TLR4-TRIF信號通路可能在HSC中起到了不同于在巨噬細胞中的獨特作用[24]。TLR2的配體為G+菌細胞壁成分如肽聚糖、脂膜酸,HSC對TLR2配體反應不敏感。Paik等[25]的研究顯示,TNF-α或IL-1β能顯著上調TLR2的表達,在TLR2配體出現時,HSC能增強NF-κβ的活化及IL-8的產生,增強肝纖維化。此外,Seki等[4]的研究提示,內毒素也能上調TLR2的表達,HSC內多種炎性介質如TNF-α、IL-1β、內毒素可在TLR2信號通路的啟動中起到了重要作用。總之,TLR4、TLR9之外的其他TLR及其信號通路在肝纖維化中的作用近年來已得到部分研究,但還需得到進一步深入。
4 結語
肝纖維化的過程,TLR信號通路作用機制非常復雜,作用范圍相當廣泛。目前的研究主要集中在TLR4、TLR9及其信號傳導通路,尤其是TLR4-MyD88-NF-κb這條信號通路上。而其他幾種TLR及其下游的另外幾條重要通路如:JAK/STAT、MAPK、氧化應激途徑等與肝纖維化之間的聯系,以及這幾大通路之間的聯系和它們在臨床上的一些進一步的應用還需進一步研究。而在研究時的實驗過程,更多的活體實驗,甚至是一定程度的臨床實驗,需開展起來,以獲得與臨床應用更接近的數據。