北京中医药大学
博士学位论文
从Toll样受体通路探讨加味桔梗汤治疗内毒素致急性肺损伤的
作用机制
姓名:郑丰杰
申请学位级别:博士
专业:中医临床基础
指导教师:李宇航
20070601
从Toll样受体通路探i,t加l味桔梗汤治疗内毒袭敦急性肺损伤的作用帆制
英文缩略词表
英文缩写英文全称
ALIacutelunginjury
ARDSacuterespiredistresssyndromes
AP.1activatingprotein-1
CARScompensatoryanti-inflammatoryresponse
syndrome
COX.2cyclooxy-genase2
DICdisseminatedintravaseularcoagulation
ET.1endothelins1
ICAMintercellularadhesionmolecule
IFN叫interferon-),
IlcBinhibitorofnuclearfactor-kappaB
ILimerleukin
iNOSinducednitricoxide
IoDintegrationopticaldensity
JWJGDJiaweiJiegengDecoction
LBPLPSbindingdomain
LPSlipopolysacchadde
MAPKmitogen—activatedproteinkinase
MDAmalondialdehyde
MODSmultipleorgandysfunctionsyndrome
myeloperoxidase
nuclearfactorkappaB
nitricoxide
nitricoxidesynthase
oxygenfreeradical
plateletactivatingfactor
pathongeassociatedmolecularpatters
phosphate—bufferedsaline
phospholipaseA2
polymorphonuclearneutrophils
reactiveoxygenspecies
systemicinflammatoryresponsesyndrome中文全称急性肺损伤急性呼吸窘迫综合征活性蛋白1代偿性抗炎反应综合征环氧化酶2弥散性血管内凝血内皮素l细胞问黏附因子T.干扰素核因子kappaB抑制剂白介素一氧化氮积分光密度加味桔梗汤LPS结合蛋白脂多糖丝裂原激活蛋白激酶丙二醛多器官功能障碍综合征髓过氧化物酶核因子kappaB一氧化氮一氧化氮合酶氧自由基血小板活化因子病原体相关分子模式磷酸枯酸缓冲液磷脂酶一2中性粒细胞活性氧全身炎症反应综合征MPONF.rBNONOSOFRPAFPAMPsPBSPLA2PMNROSSIRS
英文缩略词表
SOD
TNF.-asuperoxidedismutasetulrnornocrosisfactord9超氧化物岐化酶肿瘤坏死因子吨
中医学MedicineTCM
VCAM
XFJD删itionalCIlinesevascularcelladhesionmoleculeXuanfeiJiedu血管黏附因子宣肺解毒
中文摘要
中文摘要
急性肺损伤(acutelungiIljury,ALl)是指由心源性以外的各种肺内、外致病因素所
导致的急性、进行性、缺氧性呼吸衰竭。其发病机理错综复杂,迄今尚未完全阐明,亦无满意的治疗措施,病死率高达50%。根据其临床表现,ALl当属中医学“肺热证”、“喘证”、“结胸”等范畴。近年来,中医药工作者结合现代医学对ALI发病机制的研究新进展,采用辨病与辨证相结合,从热毒论治ALI,虽取得了一定疗效,但并未显著降低其死亡率;因此,深入研究ALI的中医发病机制并在其指导下寻找有效方药,是其治疗研究中的新途径和优势所在。
有资料表明,引发ALl的致病菌中,G一占检出病菌的70%一80%,内毒素脂多糖
(1ipopolysac£haride,LPS)是G一的主要抗原性及致病性成分,而Toll祥受体4(toll.1ikereceptor4.TLR4)是LPS的跨膜信号转导受体,因此,TLR4介导的LPS信号转导通路在ALl发生发展过程中的应起重要作用。这一理论办体现了从治“人的病”到治“病的人”的治疗策略的转变,提示我们应重视中医肺生理病理与ALI发病之间的关系。基于以上认识,本课题提出肺失宣降、邪毒壅肺、气机逆乱是ALI的中医发病机制,而宣肺解毒法顺应肺之生理、契合病机是Au早期阶段的基本治疗原则,以此为指导思想的加味桔梗汤亦有望是治疗ALI的有效方药。
目的
1.探讨TLR4介导的LPS信号转导通路在ALl发生发展中的作用;
2.阐释中医肺生理病理与ALl发病之间的关系,揭示肺减象理论及ALI相关病机的现代生物学基础;
3.探讨“宣肺解毒”治疗早期AU的可行性及科学性;
4.从整体、细胞、分子水平阐明加味桔梗汤治疗LPS致ALI的作用机制,为临床
防治Au提供实验依据。
方法
1理论研究
基于中医肺藏象理论与ALl发病之问的关系及仲景宣肺法证治概要,从理论上探讨“宣肺解毒”治疗早期ALl的科学性和可行性,并进~步阐释加味桔梗汤治疗ALI的理论依据。
2实验研究
2.1加味桔梗汤治疗LPS致急性肺损伤大鼠的药效学研究
健康雄性SD大鼠90只,随机分为正常组(9只)、模型组(27只)、清热解毒组(27只)、宣肺解毒组(27只)。清热解毒组灌服黄芩清肺饮(由黄芩、栀子等组成),宣肺解毒组灌服加味桔梗汤(由桔梗、生甘草、黄芩、栀子等组成),其余两组灌服生理盐
2从Toll样受体通路探讨加味桔梗汤治疗内毒素致急件釉损伤的作用机制水,共6天。第7天,除正常组外,其余各组一次性股静脉注射LPS(4.9mg/kg),正常组一次性股静脉注射等量的生理盐水,观察并记录各组大鼠症状体征改变。除正常组外,其余三组动物于造模后2h、4h和6h随机分三批处死,其中3只麻醉后,用4%多聚甲醛经右心室灌沈后固定,制成光镜标本:6只麻醉后,快速开胸取肺,称重后投入液氮速冻。通过检测肺系数、肺含水量、肺组织匀浆髓过氧化物酶含量等来评价黄芩清肺饮及加味桔梗汤对LPS致急性肺损伤大鼠的治疗作用。
2.2加昧桔梗汤治疗LPS致急性肺损伤的机制研究
分组及造模方法等均同药效学实验。用生化法测定肺组织匀浆SOD、MDA及血清NO、NOS、iNOS的含量;用双抗体夹心一酶联免疫吸附(ABC.ELISA)法检测血清TNF.a、]L-lp、IL-6、及IL.10的含量:用Western-blot及免疫组织化学法测定肺组织NF.r.B的蛋白表达;用RT-PCR法测定肺组织TLR4mRNA的表达。
结果
1理论研究
ALl的发生发展与中医肺之生理病理密切相关:ALl病位在肺;邪毒袭肺、肺失宣降是ALI发生的病理基础;J下邪交争、内生之毒续生,毒邪壅肺、气机逆乱是ALl加重的病理环节;治节失司、肺不主气是ALl转危之关键;宣肺解毒是ALl早期阶段的重要治疗原则;以宣肺解毒法为指导思想的加味桔梗汤顺应肺臧生理、契合病机,可有效改善ALl时肺脏功能失调。
2实验研究
通过以上实验得到以下结果:
1.中性粒细胞于肺内“扣押”是LPS致急性肺损伤的启动及进行阶段中的早发事件,其引起的肺血管内皮细胞、肺泡上皮细胞广泛损伤是导致肺通透性增加,肺水肿及微血栓形成的关键所在;
2.LPS致急性肺损伤发生发展过程中存在氧化/抗氧化平衡紊乱;
3.LPS致急性肺损伤发生发展过程中存在致炎反应/抗炎反应平衡紊乱:TNF-a、IL.1B大量、快速表达是单核巨噬细胞活化的分子标志;IL.10在ALI早期的高表达预示着机体的免疫功能紊乱:
4.LPS致急性肺损伤时,存在NF.KB由细胞浆向细胞核的转移,其激活在LPS致急性肺损伤发病中起核心作用;
5.Toll样受体不仅是抵抗外邪侵袭的第一道防线,而且是机体先天免疫与继发免疫之问的桥梁。ALI时,肺组织TLR4mRNA的大量表达是加重ALl的病理过程中急性炎症反应网络的重要扳机点之一:
6.以宣肺解毒为指导思想的加昧桔梗汤治疗LPS致急性肺损伤的机制主要为:
(1)减少中性粒细胞在肺内的黏附和聚集,从而减少其对肺组织的浸润;
(2)促进机体产生抗氧化因予,提高机体对氧自由基的清除能力,调节氧化/抗氧化平衡;(3)显著降低LPS致急性肺损伤大鼠血清中致炎因子TNF.a、IL-llB及抗炎因子
中文摘要3IL-10的含量;
(4)抑制LPS致急性肺损伤肺组织NF.心p65由胞浆向胞核转移,阻断众多炎性因子的表达;
(5)抑制LPS致急性肺损伤大鼠肺组织TLR4mRNA基因表达,调控NF.心等转录因子的激活。
结论
综合理论及实验研究结果,得出以下结论:
1宣肺解毒治疗早期ALl的可行性及科学性
基于中医肺藏象理论与ALl发病之间的关系,认为ALl病位在肺,病机关键是邪毒犯肺、肺失宣降:而全身气血津液运行输布障碍,热、瘀、毒、水(或痰、湿、饮)等病理产物骤生,壅阻肺络、气机逆乱是其发展加重的核心环节;正虚邪盛、治节失司、肺不主气是ALI转危之关键。这一中医学发病机制提示肺生理功能在ALl发生发展中起重要作用,并启发了治疗ALI早期阶段的根本原则——宣肺解毒。总之,从理论上讲,早期宣肺解毒的治疗原则不但突破了过于强调热毒致病的传统理论,而且是仲景治疗肺系疾病时重在宣肺祛邪这一指导思想的继承和发扬。
2中医学肺藏象理论与ALl相关病理环节的现代生物学基础
Au发病过程中伴氧自由基大量生成、炎症因子的过度表达、细胞凋亡等多种病理反应,其复杂性表明,LPS致急性肺损伤存在多种病理环节,临床应采用综合疗法,多靶点治疗原则。因此,深入系统研究TLR4介导的内毒素信号转导途径不但为临床控制急性肺损伤时瀑链式炎症反应提供切入点,而且部分揭示了中医学肺卫相关、毒邪致病及肺主治节等宏观理论与Toll样受体通路这一微观层次的病理机制之间的生物学基础,构建了ALl发病宏观病机与微观病机之间的桥梁。
3加味桔梗汤治疗LPS致急性肺损伤的药理学机制
肺失宣降、邪毒壅肺、气机逆乱是ALI的核心病理环节,而邪毒是导致ALI损伤的重要因素。因此,在ALI早期,应宣肺解毒、截断病程;宣肺以解毒,解毒以宣肺,恢复肺脏生理功能。另外,复方中药配伍的协同作用可体现在不同病理环节、不同靶点生物学效应等方面,加味桔梗汤能显著改善LPS所致的肺水肿,能调控致炎反应/抗炎反应、氧化/抗氧化平衡及肺组织TLR4mRNA基因表达等,对这些病理生理环节的干预作用可能是加味桔梗汤治疗ALl的药理学机制。
关键词:核因子一1(B;急性肺损伤;加味桔梗汤;Toll样受体
宣肺解毒;炎症因子
4从Toll样受体通路探讨加味丰i!i梗汤治疗内毒索致急性肺.I;i伤的作用帆制
ABSTRACT
Acutelunginjury(abbreviated嚣ALl)referstoacuteprogressiverespiratoryfailurewith
stubbornhypoxemiainducedbydifferentpredisposingfactorsexceptcardiogeniccause.Thepathogenesis
satisfactoryofALIisanfractuosityandisnotcompletelyelucidatedbynow,SOthereistherapeuticnOme髂ure,whichcasefatalityis50%.Accordingtoitsclinicalmanifestations,ALIbelongstothePyreticpulmonarysyndrome,theSyndromeofDyspnea,or
pastfewThoracicRetentionofTraditionalChinese
years,accordingtotheMedicine(abbreviatedasTCM).InthenewresearchofALlaboutitspathogenesis,TCMresearcherseombinatedmethodsofdifferentialdiagnosisofdiseaseswith
andsignstotreatALlbasing
ALl.SoitWasondifferentiationofsymptomsthetheoryofPyretictoxicity,butnotloweredthefatalityofthethenecessarytolucubratedTCMnosogenesisofALl,andusethemechanismtodirectourtofindouttheeffectiveprescriptionanddrugs.
Now,datasindicatethat70%-80%pathogenicbacteriamcausingALlisgram—negative
bacterium,whichmajorantigenandpathogenicityingredient
4(abbreviatedasislipopolysaccharidethe(abbreviatedasLPS)andtheToll-likereceptorTLR4)istransmembrane
mediatedby
ussignaltransductionreceptorofLPS.SotheTLR4shouldplaysignaltransductionpathwayofLPSofALI.Theanimportantroleinthedevelopmenttheoryalsomade
changethetherapeuticstrategyfromdiseasestosickpersonandthinkhighlyoftherelationbetweenthephysiologicalfunctionsofTCMlungwithALl.Soweproposedthatimpairmentofdispersing
theanddescendingfunctionoftheQiWastheTCMlung,vidoustoxicantstagnatedinthelungandconfusedactivitiesof
asnosogenesisasofALl.Andthen,thetherapeuticinconformancewiththe
ofALl.Therefore,the
asprinciplenamedXuanfeiJiedu(abbreviatedXFJD)WasphysiologicalfunctionsofthelungandinlinewiththeDecoctionofRadixPlatycodiwithpathogenesisaddition(orJiaweiJiegengDecoction,abbreviated
aJWJGD)guidedbytheXFJDprinciplemaybehavesatisfactiontherapeuticeffectonthe
ALlinducedbyLPS.
obiectives
1.ToexploretheroleofLPS
nosogenesisofALI
2.ToexplaintherelationsbetweenphysiologyandpathologyofLungwithALland
investigatethemodemsignaltransductionpathwaymediatedbyTLR4inthebiologyfoundationaboutthepathomechanismofALlandVisceralfiguretheoryofLung.
discussthefeasibilityoftheprinciplenamedas3.To
4.ToOpentheinhibitedlung-energytotreatALl.todetoxifynonage(orXuanFeiJiedu,abbreviatedasXFJDlstudythepharmacologicalmechanismofJ形,G_Dfromtheholism,celland
ABSTRACT5molecularleveltoofferexperimentalgroundworktoscientificallypreventandcureALl.
Methods
1LiteraturesStudy
onBasingtherelationbetweentheFiseeralfiguretheoryofLungwithALlandthe
outlineofSymptomcomplexandtreatmentaboutthemethodnamedasopeningtheinhibitedlung-energyofZhangZhong/ingtoexplorethefeasibilityofXFJD,anddiscussthetheoryfoundationofJWJGDto
2
2.1treatALl,EmpiricalStudyPharmaendynamicsStudyofJWJGD
90maleSprague-Dawleyratswererandomlydivided
Qingreinto4groups,9ratsinnormalgroup,27ratsinmodelcontrolgroup,27ratsin
RatsinJiedugroup,27ratsinXFJDgroups theQingreJiedugroupandXFJDgroupwereintragastricadministrationwithHuangqinQingfeiDecoction(composedwithScutellaria,Gardeniaflorida,et以)andJWJGD(composedbyHuangqinQingfeiDecoctionadded.^egengDecoction)respectively,theothertwogroupswereintragastticadministrationwithequalvolumeisotonicNachloride
XEJDfor6days.Onthe
wereinjectedwithseventhaday,ratsinthemodelgroup,QingreJiedugroupandveaafemorali,andgroupgroups
ofall
onsingledoseofLPS(4.9mg/kg)bythenormalwereinjectedwithequalvolumeN.aRerthat,observingandrecordingthesymptomstherats.Ratsoftheotherthreegroupsexceptthenormalgroupwerekilledrandomly
2h.4htheand6hafterinjectedwithLPS.Threeratsofeachgroupwereirrigatedbyleftventriclewith4%paraformtofix.andthenmakingthemintolightmicroscopesample,theother6ratswerekilledafIel'anesthetizedandopenthethorax
theliquidtoobtainthelung,throwingthelungintonitrogenafterweighed.WeevaluatedthetherapeuticeffectofHuangqinQingfeiDecoctionandJWJGDaboutALlbymeasuringthelungcoefficient,lungwatercontent,MPOactivityoflungtissuehomogenate.
2.2MechanismStudyofJWJGD
withthepharmacodynamicsstudy.Thegroupingandmodel-mademethodsweresame
tissueUsingthebiochemistrymethodtomeasurethecontentofSODandMDAoflung
homogenateandthecontentofNO,NOS
toandiNOSofserum;UsingtheABC—ELISAmethodmeasurethecontentofTNF—a,lL-1p,IL一6,andIL-10ofserum;NF-r.Bp65oflungwas
withdetectedWestern.blotandimmunohistochemicalmethod;UsingRT-PCRmethod,the
TLR4mRNAoflungWasdetected.
Results
1TheoreticStudy
aThereiscloserelationbetweenthephysiologicalfunctionsofTCMlungwith
causedthebydevelopmentofALl.Impairmentofdispersing
Viciousand
healthyanddescendingfunctionofthelungpoisoninvasionisthepathologyfoundationaboutALI;Strugglingbetweentheofpatho—productsalwayscausesQiandpathogen,continueaccumulationthevicious
上篇文献综述一Toll样受体与内毒素信吁转导
上篇文献综述
综述一Toll样受体与内毒素信号转导
摘要:T0ll样受体(toll.1ikereceptors,TLRs)是新近发现的先天免疫系统中的细胞跨膜受体及模式识别受体之一,在急性炎症反应、细胞信号转导及细胞凋亡中起重要作用。TLRS一旦与其特异的配体结合,便可激活信号转导级联,导致NF-v。B和AP.1等激活和免疫反应基因表达;TLR4是内毒素跨膜信号转导的关键受体,这一发现使我们对内毒素信号转导通路的认识前进了一大步。本综述首先简要概述了TLRs的发现、分类及其免疫学意义,进一步阐释了TLR4介导的内毒素信号转导通路并分析了其研究意义与前景。
关键词:Toll样受体;先天免疫;内毒素;信号转导
世界上的多细胞生物都生活在滋生有大量微生物的环境中,其中一些是病原微生物,多细胞生物在长期进化过程中,演化出一套复杂的抗感染系统,包括天然免疫系统和获得性免疫系统。先天免疫系统是抵御许多微生物、真菌和病毒等病原体的第一道重要防线。近年研究发现,Toll样受体在先天免疫中发挥主导作用,可识别病原相关分子模式(pathogenassociatedmolecularpatters,PAMPs),介导多种免疫细胞,激活NF-v..B、MAPK等表达免疫调节相关蛋白,从而发挥免疫调节作用。由于TLRs既能调节先天性免疫,又能直接参与启动获得性免疫反应,因此对免疫系统有重要的影响,这将成为治疗包括败血病、自身免疫性疾病及癌症等多种疾病的新靶点。
lToll蛋白——价导天然免疫的古老家族成员
最早发现Toll蛋白时,认为它是一种参与果蝇早期胚胎发育过程的必需蛋白成分,若该蛋白缺失,相应的背腹部体轴细胞则不能发育,胚胎将缺少中胚层及整个神经系统而死亡。上世纪90年代中期,又发现1'oll蛋白在果蝇幼虫及成虫的天然免疫应答中亦扮演重要角色:Tou蛋白信号途径的活化,可促使果蝇的幼/成虫分泌各种抗微生物感染的多肽;在成体果蝇,Toll与配体结合能激活胞浆内的转录因子dorsal,诱导针对微生物病原体的宿主防御反应,dorsal及抑制物cactus与哺乳动物转录因子NF.r,B及抑制物IIcB有同源性,激活dorsal/NF.诏途径的果蝇/哺乳动物细胞跨膜受体Ton和lL.1r的胞浆结构域也高度保守【l】,因此,Toll.dorsal途径是历经数亿年演化而仍然保存的宿主防御机制。尽管哺乳动物和果蝇的物种亲缘关系十分遥远,其细胞仍有可能保留Toll蛋白。于是,众多学者对此进行了孜孜不倦的探索。1977年,Janeway和Medzhitov等12】发现了第一个存在于人细胞表面的Toll样蛋白,并指出它对机体免疫特别是感染免疫的重要性。迄今为止,已克隆出12种哺乳类Toll样受体,每一种受体能够识别化学结构不同的PAMPs,并能直接启动有效的抗感染机制,介导重要的免疫调节作用。
从ToIl样受体通路探i,I自n味桔梗汤治疗内毒索致急性肺损伤的作用机制
2Toll样受体的免疫学意义
2.1识别病原微生物的跨膜受体家族
人们曾担心,病原体不断地进化、突变会不会使天然免疫识别的有效性逐步减弱呢?然而,TLRs的发现则彻底改变了这一看法。与T、B细胞抗原受体对表位高度特异的,个性化识别相反,人及哺乳动物Toll系统识别病原微生物的“共性”。如革兰氏阴性菌(G一菌)种类繁多,它们之间的成份差别很大,但内毒素脂多糖(1ipopolysaccharide,LPS)为G一菌胞壁所共有,它包括有种闻差异的多糖和相同的脂质A,TLR4仅针对公有的脂质A进行识别,并可激活多种细胞免疫。由于脂质A是所有G一菌共有的特质结构,并且在多细胞生命体中不存在,因此,对哺乳动物而言,脂质A就成为G一菌的标志。Toll系统在对具体某种G一菌起反应时,超越了它的个性特征,而只是把它当作一类对机体有害的微生物对待。这种具有脂质A类似性质的物质,即存在于细胞壁,为多种微生物所共有的一类分子结构称之为病原相关分子相关结构PAMPs【3】,其化学性质多属糖脂化合物,一般不为多细胞生物体所有。迄今发现的Toll系统配体都属于PAMPs,如G+菌的肽聚糖,磷壁酸,分支菌属的阿拉伯甘露糖脂(LAM)以及细菌及其它微生物脂蛋白中的脂肪酰化基团,这都属TLR2配体,再加上G一菌的LPS,则涵盖了多数对人体致病的微生物类别。
研究发现,Toll样受体是一类重要的模式识别受体,能识别相应的PAMPs,引起炎性介质的释放,抗原提呈细胞表达CD80等,并最终激活获得性免疫系统。由此可见,哺乳动物Toll样受体的一项重要生理功能就是通过识别病原体所携带的特有信息(如PAMPs),感知病原微生物的存在并及时对之免疫炎症反应。而且,这种作用并不局限于细胞膜。有研究表明在微生物与宿主细胞相互作用的最初一段时间,Toll样受体似乎是在跟踪着病原体,在小鼠巨噬细胞吞噬金黄色葡萄球菌的全过程中分散于细胞膜表面的TLR2跟随细菌从细胞膜转移并富集到吞噬体质膜上,直至数分钟才消剐41。所以,Toll受体是机体发现并抵御许多微生物、真菌和病毒等病原体的第一道重要防线;不仅如此,通过Toll样受体产生的免疫炎症反应也是机体获得性免疫的前哨。
2.2天然免疫和获得性免疫的过渡桥梁
人及哺乳动物的Toll样受体不仅识别病原体,而且通过胞浆TH功能区向胞内传递信号,激活NF-r,B、AP.1等转录因子从而激活多种细胞,启动一系列免疫炎症反应,清除病原微生物。这些效应包括产生多种能扩大免疫炎性反应,增强杀菌作用的细胞因子,已报道的有IL.1、IL.6、IL.8、IL.12、TNF.a等13卅。此外,多种微生物脂蛋白还能通过巨噬细胞的Toll样受体激活,诱导一氧化氮合成酶(NOS)的转录,产生NO,并触发胞内杀菌机:Ntn。例如:在个体水平,C3H/HeJ小鼠极易患G一菌败血症,是因为它的TLR4基因发生点突变,导致TLR4TH结构域第712位的脯氨酸被组氨酸所取代,阻断了胞内信号转导,从而无法有效激活细胞防御机制所致【7'8】。越柬越多的研究表明,Toll样受体介导的吞噬细胞激活是天然免疫的重要形式,在感染早期发挥保护性作用。
虽然天然免疫是多细胞生物抵抗病原微生物的第一道快捷而有效的防线,同时也参与获得性免疫反应的激活,在生物体的免疫应答中起重要作用。然而天然免疫反应是一
上籍文献综述一Toll样受体与内毒索信蟹转导13把“双刃剑”,其过度激活产生的大量炎症因子对机体反而有损害作用。如博氏疏螺旋体是莱姆病的病原体,研究表明其脂蛋白Pam3cys基团激活的TLR2能促进莱姆关节炎的炎症反应19】;内毒素休克患者受持续大量G一菌或LPS作用,体内ILl、TNF-u和lL8等炎性因子释放水平短时问内急剧升高,产生“炎症瀑饰”效应,可引起急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征以及多器官功能衰竭,直到死亡;相反,Toll样受体发生改变的动物如C3删eJ和C57BL/lOScCr品系小鼠,其细胞表面LPS受体(现已明确是TLR4)在关键位点发生突变或基因缺失,便可酣受高剂量LPS攻击【6.9l。这一理论不但对临床探讨先天免疫性疾病提供新的理论依据,亦为严重感染性疾病如内毒素性休克、全身炎症反应综合征(systemicinflammatoryresponsesyndrome,SIRS)及多器官功能障碍综合征(multipleorgandysfunctionsyndrome,MODS)等的防治提供了新的思路和着眼点。3TLR4介导的内毒素信号转导
LPS的特点与致病性
细菌内毒素存在于G一的胞壁外膜,LPS是内毒素的主要成分。LPS分子量约在lO3.1万--20万。包括。一特异性侧链、核心区和脂质A三个成分,其中脂质A在不同G一菌株中结构相同,在引起ALl中起关键性始动作用【Ⅲ。流行病学资料表明,革兰阴性菌是急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征(acuterespiratorydistresssyndrome,ARDS)、脓毒症、脓毒性休克的主要致病因素之一£¨一71;因此,在基础及临床研究中,通常应用LPS复制感染性损伤动物模型【lsl。
LPS具有激活免疫应答的能力,可使免疫细胞活化,分泌细胞因子。LPS所引起的病理过程分整体和细胞两个方面[16,17l:在整体水平LPS可激活补体级联反应,导致凝血系统活化、纤维蛋白形成增加,凝血系统功能障碍等等,这些改变均可导致临床患者发生弥散性血管内凝血(disseminatedintravascularcoagulation.DIC);在细胞水平LPS可刺激一些效应细胞产生活性因子,即LPS在肌体内激活单核/巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞、其他多种组织的实质细胞及补体系统,先后诱导大量TNF-a、IL-I、IL-2、IL6、IL8、lL.12等细胞因子和黏附分子及NO等炎性介质产生和释放,引起内皮细胞损伤和屏障功能(即通透性)改变,导致全身性炎症反应综合征和脓毒症发生,严重者可导致低血压、中毒性休克、DIC、ARDS、MODS,甚至死亡。
大量临床资料表明:某些抗生素不但不能抑制内毒素的生物学活性fI9】,而且在杀死细菌的同时,死亡的细菌破裂的细胞壁释放出大量内毒素【20“24],使治疗该类疾病的难度增加。而LPS跨膜信号转导是引起细胞效应的关键,所以LPS的信号转导途径将成为治疗严重的感染性疾病的新的突破点。
3.2TuH是LPS的受体或信号转导分子
1986年,Ulevitch实验室发现并克隆了LPS结合蛋白(LPSbindingprotein,LBP)
【25l;1990年,又发现CDl4是LPS的受体,并由此认为CDl4和LBP在LPS的效应机制中具有重要作用[26,271。CDl4与LPS结合似乎是通过LBP将LPS转运给CDl4来实现的。这样就有两种作用模式:CDl4阳性细胞如:巨噬细胞,中性粒细胞等,LPS与LBP
14从Toll样受体通路探讨加味桔梗汤治疗内毒索敛急性肺损伤的作用机制结合再与膜CDl4相互作用后细胞即被激活。相反,CDl4阴性细胞如;内皮细胞等,首先LPS、LBP和可溶性CDl4结合成复合物后再通过一些未知的受体来激活细胞。但由于CDl4与多种传递信号的跨膜受体不同,缺乏跨膜区和胞浆内段,因此不能直接和胞内进行信号交流。人们推测,LPS受体属于“多构件受体”,包括至少两种以上的蛋白质;cDl4是主要的配基结合元件,而其他蛋白质则作为跨膜受体而介导LPS与CDl4结合后的跨膜信号转导128291。Poltorak[30】通过对LPS位点位于2.6Mb物理大小的遗传问隔区域高密度测序,发现仅有一个基因被鉴定即基因编码TLR4。同时Poltorak等【3lj从C3H,’HeJ和c3HmeN小鼠中克隆了TLR4cDNA,并发现C3H/HeJTLR4基因第三个外显子有点突变存在,使TLR4受体胞内区不易变化的脯氨酸残基由组氨酸所代替。在C57BL/10ScCr小鼠,TLR4位点也发现有缺失突变。因此,有理由认为C3H/HeJ和C57BLll0ScCr鼠对LPS耐受是由于TLR4基因突变所致,TLR4是人们长期寻找的LPS受体,这些研究是LPS研究领域中的一个重要里程碑。
3.3TLR4的下游信号转导
3.3.1激活NF. ①的信号过程
NF.rB是一类DNA转录调控蛋白,是一种具有多向性转录调节的蛋白,能与多种基因启动予部位的r.B位点发生特异性结合并增强基因转录,其活性上调可致包括TNF.a、IL.1、CINC等在内的一百多种与细胞免疫反应有关的物质的生成增多。静息状态下,NF.KB与其抑制因子(inhibitorofNF.r,B,IKB)结合在一起,形成没有活性的三聚体,存在于细胞质中。在TNF-a、白介素、细菌、病毒、LPS、支原体脂蛋白、有丝分裂原、过氧化物、蛋白激酶c激活物及紫外线辐射等内外源性因素的刺激下,诱导I姻s降解和NF—r,B激活,启动基因转录,合成mRNA,由mRNA翻译成蛋白质,调节多种基因的转录lj“。
总之,如下图所示:TLR4介导的LPS信号转导过程是LPS首先与LBP、CDl4构成LPS.LBP.CDl4复合物后与人单核吞噬细胞TLR4结合触发胞内级联信号传导反应,首先在TLR4胞浆区段与一个叫做衔接子(adapter)的蛋白MyD88相互作用,然后依次激活IL.1受体相关激酶(IRAK)、肿瘤坏死因子受体相关因子.6(TRAF6)、NF.KB诱导激酶(NIK)和qB.IKB激酶,最终使boB激酶磷酸化而降解,激活的NF.r.B移入核内,启动免疫和炎症反应基因转录激活。
3.3.2TLR4与MAPK信号通路
丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)是细胞内重要的信号分子。Weinstein等【33】发现LPS刺激巨噬细胞导致胞内多个蛋白质磷酸化,其中两个磷酸化蛋白质被确认为是MAPK超家族成员:ERKI和ERK2。除ERK外,p38MAPK也能在LPS的作用下发生磷酸化。有研究发现,LPS刺激肺巨噬细胞后,p38MAPK会迅速发生核移位,通过转录因子磷酸化诱导TNF.a的基因转录。以上研究提示;在LPS通过TLR4传递信号的通路中,MAPK也参与了该信号传递过程。但遗憾的是目前仍不清楚LPS通过TLR4将信号转导至胞内并导致各条MAPK通路激活的确切机制,TLR4作为介导LPS信号的一个重要分子,其对MAPK的调控机制已引起广泛的关注,相信这方面研究不久将可能取得重要进展。
上篇文献综述一Toll样受体与内毒索信号转导
TLR4介导的LPS信号转导通路
4展望
借助天然免疫的研究成果,TLR4的发现和研究使人们在LPS的作用机理研究方面取得了突破性进展。目前己阐明:LBP与LPS结合并将其转运到CDl4上,然后通过TLR4将信号转导至细胞内。但现在对这些作用的理解还非常肤浅,尚不能完全理解这些分子之间是怎么相互作用的,其作用的确切机制是什么,还有其他分子或其他因素参与吗?而且现在的结论多数是建立在体外转染实验的基础上,获得非转染条件下这些分子之问的作用方式仍是所面临的课题,仍有许多问题还有待解决。因此,未来研究可能会在以下几方面丌展工作:
①目前,我们大多认为内源性LPS信号转导仅仅通过TLR4,但也不排除LPS利用其他受体进行信号转导的可能。最近,有报道发现TLRl,TLR9亦参与了LPS的细胞
激活[34,351,提示应对其他Toll家族成员在LPS信号转导中的作用如TLR2等及其与TLR4
16从Toll样受体通路探讨加味桔梗汤治疗内毒索致急性肺损伤的作用机制的关系进行深入研究;
(至)TLR4是否仅仅参与LPS的识别和信号转导,也不排除参与其他微生物的识别和信号转导的可能,这方面仍需作进一步的探讨;
③LPS通过TLR4传递信号的确切机制,可能会成为新近研究的热点。如:TLR4的膜受体复合物的鉴定,TLR4的胞内作用目标,LPS通过TLR4激活MAPK信号通路的确切机制,信号通路I’日J的相互关系等;
④以TLR4为作用靶点,阻断LPS信号转导途径,也是该领域的研究热点。在l临床工作中,TLR4将成为G一感染性疾病治疗的新靶点:首先,可以研制抗TLR4的单克隆抗体阻断LPS信号转导;其次,可构建TLR4缺陷基因并转染诸如巨噬细胞、中性粒细胞等炎症反应细胞,这亦可能是治疗G一所致脓毒症的一项有效措施;最后,可通过诸如酵母双杂交系统等新技术,发现一些能与TLR4相互作用的多肽,如果该多肽能抑制TLR4的信号转导,这将对G一所致脓毒症等疾病的治疗提供全新有力的理论基础。
上篇文献综述一Toll样受体与内毒索信号转导17
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