TLR4在重症急性胰腺炎相关肠道屏障损伤中调节机制的研究进展

胡珺晖 梅启享 曾 悦

重症急性胰腺炎(SAP)是临床常见的急腹症，其进展快，并发症多发，预后不良，病死率为20%～30%。目前认为Toll样受体4(TLR4)激活可能是SAP发生、发展的关键因素，急性胰腺炎(AP)发生时，TLR4通过激活下游信号通路产生大量炎性介质，诱发全身炎性反应，导致多器官衰竭。肠道是SAP全身炎性反应的重要靶器官，研究表明肠道屏障损伤造成的细菌移位可对胰腺造成二次打击，加重胰腺损伤。SAP发生时，肠道TLR4表达上调，并被证实与肠道屏障损伤密切相关。本文就TLR4在SAP中调节肠道屏障损伤的机制的研究进展作一综述，以期进一步了解SAP的发病机制，并为其治疗及肠道屏障的保护提供新的策略。

1 TLR4的概述

TLR家族属于Ⅰ型跨膜蛋白，具有细胞外段、跨膜段和细胞质段。TLR4是最早发现的TLR家族成员[1]。TLR4的细胞外结构域由18～31个富含亮氨酸的重复序列组成；细胞内区含有与白细胞介素-1(IL-1)受体相似的结构域，即Toll/IL-1受体(TIR)结构域，TIR结构域为信号转导所必须。TLR4可特异性识别脂多糖(LPS)，LPS是革兰阴性菌外膜的主要成分，能激活巨噬细胞和内皮细胞，介导炎性介质的释放，从而导致一系列病理反应[2-3]。除外源性配体外，TLR4还可识别热休克蛋白60(HSP60)、HSP70、HSP90(Gp96)、高迁移率族蛋白1 (HMGB1)、表面活性蛋白-A(SP-A)、SP-D、纤连蛋白EDA 、纤维蛋白原等内源性配体，TLR4存在于许多种细胞中，如巨噬细胞，肝细胞和小胶质细胞。在肠道中，TLR4主要在胎儿回肠隐窝基底外侧、结肠基底外侧低表达及活动性克罗恩病(CD)患者回肠、结肠的黏膜表达。

TLR4受体激活后主要启动两条下游信号转导途径，即MyD88依赖性和非MyD88依赖性信号转导途径[4]。MyD88通过IκB激酶(IKK)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径激活转录因子，包含核因子-κB(NF-κB)和激活蛋白-1(AP-1)，有利于细胞因子的转录，在炎性反应中起着重要作用。另一种方式是由含有TIR结构域的衔接子诱导干扰素-β(TRIF)和Toll样受体相关分子(TRAM)介导，导致干扰素-α(IFN-α)和IFN-β的表达，主要起抵抗病毒的作用。

TLR4参与全身多种疾病的调控，尤其与慢性炎性反应的发生密切相关。有研究表明TLR4在革兰阴性菌感染所致的肺炎[5]、膝骨关节炎、神经系统退行性疾病[6]和坏死性小肠结肠炎(NEC)[7]的发生中起着关键作用，许多肿瘤细胞表面也高表达TLR4[8]。另有研究显示，TLR4在病毒感染过程中起着重要的调节作用[9]。

2 TLR4在AP中的作用

SAP是一种急性进展的炎性反应，目前其发病机制尚未完全明确。炎性细胞因子水平升高与SAP严重程度密切相关，并且这些炎性细胞因子可引起全身性炎症反应综合征(SIRS)、多器官功能障碍综合征(MODS)和死亡。TLR4在SAP进展中的重要作用已被广泛研究。TLR4在胰腺腺泡细胞和血管内皮细胞表面广泛分布，且在SAP病程中，胰腺组织中TLR4表达明显上调，LPS和TLR4的配体水平与AP患者全身并发症、病死率及疾病严重程度相关，提示TLR4在SAP发病机制中起着重要作用[10]。在疾病早期，胰腺腺泡细胞损伤是AP进展的主要事件，受损细胞释放出的HMGB1、S100A8/S100A9和HSP可作为内源性配体激活TLR4，引发下游炎性因子和趋化因子释放[11]，招募巨噬细胞增强嗜中性粒细胞的活性，释放出大量炎性因子和趋化因子[12]。肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是TLR4下游信号激活产生的主要炎性因子，高水平的TNF-α与小鼠AP模型的疾病严重程度呈正相关[13]。在AP后期，TLR4表达不断升高，全身炎性反应加重组织细胞损伤，可引发内毒素血症，TLR4促炎反应增强，加重胰腺损伤。

Awla等[14]和Sharif等[15]的研究表明，与野生型小鼠相比，TLR4-/-小鼠的AP表现出较轻的胰腺损伤和炎性反应，支持TLR4在AP发病机制中的重要性。此外，Awla等[14]的研究还证明AP中TLR4介导的炎性反应和组织损伤是腺泡细胞中蛋白水解活化的下游事件。

3 AP中TLR4与肠道屏障的关系

3.1 肠道屏障与AP

肠道是机体的消化器官，还具有内分泌、免疫等功能，是机体非特异性抗感染的第一道防线。此外，肠道是机体最大的细菌和内毒素贮库，为一隐匿性感染源。肠道屏障可分为机械屏障、免疫屏障、化学屏障和微生物屏障4部分。在肠道中，胆汁、胃酸、胰液以及Paneth细胞分泌的防御素、抗菌肽等物质可抑制病原体定植，降解细菌和抗原。不流动水层、糖萼和黏液层通过分泌IgA和由糖萼和黏液组成的物理屏障共同防止细菌黏附。固有层细胞可分泌IgA、细胞因子、趋化因子和肥大细胞蛋白酶以启动先天性和获得性免疫防御。肠道单层上皮细胞及细胞间连接构成肠道机械屏障的主体部分，对微绒毛刷状缘起到支持作用，并调节上皮屏障功能和细胞间转运[16-17]

在SAP病程中，由于缺血再灌注(I/R)损伤、炎性因子大量释放等原因，肠黏膜屏障的完整性极易受损。肠道屏障损伤与多种疾病的发生、发展密切相关，如非洲猪瘟，酒精性肝炎，急性心肌梗死。任何造成肠黏膜缺血、破损、脱落、萎缩的因素均可引起肠道机械屏障功能损伤。研究表明，AP病程中肠道通透性增加与预后不良相关[18]。肠道屏障的结构和功能损伤不仅可影响消化吸收功能，并可导致大量细菌和内毒素经门静脉和淋巴系统侵入机体血液循环系统，引起肠源性脓毒血症和内毒素血症，由此不仅加重原发疾病，而且可能诱发SIRS和MODS而危及生命。

3.2 TLR4介导肠道屏障损伤

TLR4在肠道各部位的表达并不相同，主要受到该区域细菌组成的影响。TLR4通过启动先天性和获得性免疫，在维持肠道正常细菌耐受性和炎性反应发生的平衡中发挥着重要作用。TLR4在正常肠上皮中低表达，TLR4过表达往往与肠道损伤有关。Dheer等[19]的实验证明，肠上皮过度表达TLR4小鼠的肠上皮屏障功能减弱，且与细菌移位增加存在正相关关系，并导致小鼠小肠中Paneth细胞数减少和α-防御素表达降低，肠道屏障功能受损。TLR4的表达是NEC发生的必要条件，肠上皮不表达TLR4的小鼠不发生NEC[20]，而选择性过表达TLR4的小鼠发生严重的NEC[21]。 Egan等[22]的研究发现，NEC小鼠中TLR4的表达可募集淋巴细胞，造成肠道损伤。大量研究表明，TLR4的激活在炎症性肠病(IBD)的发生过程中也起着非常重要的作用。IBD中细菌激活的信号转导与线粒体ATP产生减少有关， Ruiz等[23]的研究表明IBD中线粒体功能障碍与TLR4活化高度相关，并提出IBD中可能存在由TLR4等模式识别受体调控的细菌-线粒体-炎性反应轴。TLR4可通过下游信号通路诱导表皮生长因子配体分泌，刺激肠上皮细胞增殖，在肠道受损的情况下有利于屏障损伤的修复，但在长期慢性炎性反应的刺激下，TLR4过表达可诱导异常的肠上皮增殖，促进肿瘤的发展。TLR4-/-小鼠模型由于黏膜中环氧合酶-2(COX-2)、前列腺素E(PGE)的表达降低而抑制了肿瘤的发展[24]。

AP患者常伴有肠道屏障损伤，可能与肠道I/R有关。TLR4也被证明是造成肠道损伤的原因，Zheng等[25]的研究证明大肠杆菌MG1655可通过LPS激活肠上皮细胞中的TLR4信号转导，最终引起炎性损伤。在I/R期间，TLR4在心脏、脑、肝和肾中的表达升高[26-28]，并且HMGB1-TLR4轴可能是许多I/R炎性反应的重要触发因素，提示TLR4可能与肠道I/R损伤密切相关。肠道I/R的早期炎性反应在黏膜损伤中起主要作用：血液再灌注产生大量炎性细胞因子；中性粒细胞浸润产生活性氧；通过诱导型一氧化氮合酶(iNOS)生成一氧化氮，对肠道黏膜细胞造成损伤。He等[29]的研究发现，TLR4信号激活与裂解的天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)相关，可诱导I/R中的肠上皮细胞凋亡和黏膜屏障破坏。此外，TLR4下游信号通路中NF-κB可调节iNOS和促炎细胞因子(如TNF-α)的表达，进而调节I/R中的细胞损伤。miR-146a是小鼠巨噬细胞系TLR4信号通路的负调节因子，通过miR-146a抑制TLR4/NF-κB信号通路可减轻I/R中的肠上皮损伤[29]。Yazji等[30]的研究发现，在TLR4Δendoth小鼠模型中，血管扩张分子内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表达显著降低，从而减少了肠道的血流灌注。

4 总结和展望

SAP期间的肠道黏膜屏障损伤是一个重要且复杂的过程，改善SAP患者的肠黏膜损伤对于控制病情至关重要。TLR4是体内重要的模式识别受体，与SAP的发生、发展及疾病严重程度相关。在肠道中，TLR4是一把双刃剑，正常情况下TLR4的激活可诱导损伤情况下的肠上皮增殖，而过度表达的TLR4则被证实与NEC、IBD的发生密切相关。目前SAP中肠道损伤的机制尚未完全阐明，TLR4可能通过介导I/R氧化应激对肠道屏障造成损伤。TLR4在SAP相关肠道屏障损伤中的调节机制有待进一步研究，以期为SAP相关肠道屏障损伤的治疗提供新的思路。