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【摘要】Toll样受体是天然免疫系统识别病原微生物的主要受体，在天然免疫反应中具有重要的作用。研究发现Toll-NF-κB信号转导通路能够引起一系列细胞因子合成增加，而这些细胞因子在病毒性心肌炎（viral myocarditis；VMC）的发病过程中发挥重要作用。探讨VMC时Toll-NF-κB信号转导通路的作用，对于揭示VMC的发病机制和筛选有效治疗药物具有重要意义。
【关键词】Toll-NF-κB；信号转导通路；病毒性心肌炎；细胞因子
【中图分类号】R542.2+1【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2009)12-0023-02
通常认为病毒性心肌炎（viral myocarditis；VMC）的发生与病毒直接损伤心肌以及病毒感染引起免疫紊乱有关。心肌细胞膜上的TLR4能识别病毒或是病毒损伤后的心肌细胞成分（均属于PAMP），激活后的TLR可进一步激活核转录因子NF-κB，后者则可引起一系列的炎症应答，包括炎性因子（TNF，IL-1，IL-6，INF-γ等）释放，细胞粘附分子产生，炎症细胞募集等[1]。当炎性反应时，这些细胞因子之间有相互的协同和网络作用，促成炎症的发生和发展；这可能是VMC发病的重要机制之一。
1Toll样受体4及其介导的信号转导
1.1Toll样受体4的发现及其配体随着对蛋白结构的阐明及其在天然免疫及炎症反应中作用的揭示，人们发现，果蝇受体Toll介导信号通路中的转录因子Dorsal及其抑制物Cactus与人类和哺乳动物转录因子NF-κB及其抑制物IκB有同源性[2]。1997年Janeway等[3]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。TLR因与果蝇Toll分子高度同源，故称其为Toll样受体。目前，己发现人体有10个TLRs（TLR1-TLR10），均为I型跨膜蛋白。这些分子由胞外区、跨膜段和胞内区3部分组成。在研究心血管疾病中，TLR-4引起越来越多的关注。TLR-4是主要的LPS识别受体，而LPS是革兰氏阴性菌细胞外壁的一种组成成份。研究表明，LPS的识别和信号转导是宿主对G-菌发生防御反应的关键。革兰氏阴性菌释放LPS，在血流中与血清因子LPS结合蛋白（LBP）形成复合物，然后与单核细胞和巨噬细胞表面的膜性CD14相互作用。内皮细胞与成纤维细胞缺乏CD14，但可利用可溶性CD14，促进与LPS的结合。LPS、LBP和CD14三者相互作用激活TLR4信号途径[4]。同时，脂磷壁酸、纤粘连蛋白、Syncytial病毒的F蛋白、紫杉酚（一种结构上与LPS无关，但可对鼠类细胞产生LPS样作用的植物双萜）都可作为TLR-4的配体[5]。
1.2TLR信号通路类型目前，关于TLRs激活胞内信号途径的认识主要来自对TLR4和TLR2的研究。TLR信号通路包括髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）的依赖性和非依赖性两个途径。
1.2.1MyD88依赖性途径MyD88依赖通路是所有TLR（TLR3除外）共用的。MyD88为TLR信号转导途径中的主要接头蛋白，C-端为TIR结构域，可与TLR、L-1R和IL-18R的TIR结构域结合，N-端为死亡结构域（death domain，DD），负责招募下游具有死亡结构域的信号分子进入下游信号转导。MyD88与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，即IL-1R相关激酶（1RAK）的N端死亡域连接导致I-RAK自磷酸化。然后依次发生转接蛋白TNF受体相关因子6（TRAF-6）的寡聚化，激活丝裂原活化蛋白3激酶（Mitogen-activatedprotein3kinase，MAP3K）家族成员TAK-1，激活ΚIB激酶IKK-α和IKK-β，IKB蛋白的磷酸化和降解，NF-κB游离释放并转位至核内NF-κB与其他转录因子一起协同诱导促炎症因子IL-1、IL-6、IL-8等基因的表达，参与天然免疫应答[7]（图1）。
MyD88依赖的信号转导途径以包括MyD88、I-RAK1和IRAK4在内复合物的形成为开始，以NF-κB和MAPK的早期活化为特征。TLR-5、TLR-7和TLR-9直接同MyD88作用，而TLR-2和TLR-4则需要Mal和MyD88的共同作用。其中Mal是人们发现了第二种含TIR的接头蛋白。Mal长232个氨基酸，也有C端的TIR，但N端无DD[5]。
1.2.2MyD88非依赖性途径TLR-3和TLR-4可由TRIF进行MyD88非依赖途径的信号转导，诱导IFN-β和IFN诱导基因的表达并伴随NF-κB晚期活化，其中TLR-4通过TRAM同TRIF相连，而TLR-3则直接通过TRIF进行信号转导。
2Toll-NF-κB信号转导机制
TLR4是一种重要PLR，能识别多种病毒抗原，多个TLR协同活化，通过MyD88依赖的信号通路和非MyD88依赖的信号通路诱导NF-κB产生。NF-κB是由一组结构上相关联的蛋白质家族组成，这些蛋白都有一个300个氨基酸组成的氨基末端，称为Rel同源区，包括DNA结合部位、二聚体化部位、κB抑制蛋白（IκB）结合区及核定位序列。NF-κB的活性受细胞浆中多种蛋白的精细调控，NF-κB与这些蛋白质组成NF-κB系统。在大多数细胞中，NF-κB与其抑制蛋白IκB家族的成员结合，以无活性的复合物形式存在于胞浆中，当细胞受到各种刺激后，NF-κB与IκB解离，从而进入细胞核，与相应的靶序列结合，调节基因的表达。IκB解离的前提是自身的磷酸化，而IκB激酶（IκB kinase，IκK）担当了IκB磷酸化的角色，与NF-κB构成着一条重要的信号转导途径。近年来发现参与激活NF-κB的IKK和大量其他酶（酪蛋白酶Ⅱ，丝裂原和应激激活蛋白酶，蛋白酶C等）有可能通过IκB这一单一途径，但均必须通过不同位点直接磷酸化[8]。NF-κB活化后，IL-1、IL-6、IL-8，IFN-γ以及TNF-α等炎性介质基因表达，引起相应炎性介质的合成和释放，趋化和激活嗜中性白细胞，活化淋巴细胞，激发针对病毒的炎症反应，最终可能导致不可恢复的心肌损伤[9]。VMC时存在心肌炎性反应、心肌细胞坏死、凋亡及心功能下降等，这些病理改变与多种含有kB位点的基因过度表达有关，提示NF-κB参与VMC病理生理过程[10]。
3Toll-NF-κB信号转导通路引起的细胞因子变化
VMC时存在细胞因子平衡受损，TNF-α、IL-1β、IL-6的基因启动子含κB位。TNF-α、IL-1β与细胞膜表面受体结合后，激活IκB激酶复活物，使IκBα磷酸化降解，NFκB激活与TNF-α、IL-1β、IL-6基因上特定靶序列结合，加强转录，使TNF-α、IL-1β、IL-6合成增加。TNF-α、IL-1β、IL-6同时刺激NFκB激活，形成正反馈的级联放大效应。细胞浆内的NFκB-IκB复合物通过正负反馈达到动态平衡状态。
3.1TNF-αVMC可能的病理生理过程是柯萨奇B组病毒3（CVB3）感染早期，病毒作为一种抗原被呈递给免疫系统，激活单核-巨噬细胞，释放TNF-α，通过限制病毒复制，溶解病毒感染的心肌细胞，从而抑制心肌炎病毒、保护心肌。当病毒清除后，持续高浓度的TNF-α可改变肌膜蛋白，破坏心肌细胞从而致损心肌[11]。在免疫系统中，TNF-α被认为是一种最普通的介质。给不同品系的小鼠注射细菌脂多糖（LPS）后，均可诱导产生TNF-α。程姝娟等[12]通过用内毒素对BALB/C及C3H/HeJ小鼠刺激后研究发现，两种不同TLR4基因型的小鼠对内毒素刺激的不同反应以及心肌TNF-α、mRNA的表达差异，揭示了TLR4与内毒素及心肌炎症因子TNF-α基因表达之间的内在联系。TNF水平在VMC的急性期和亚急性期明显升高，与正常对照组和VMC的恢复期组TNF水平相比，差异有统计学意义，证实TNF直接参与VMC的心肌细胞炎性损伤的病理生理过程，这对VMC的早期诊断及预后判断具有重要意义[13]。
3.2IL-6在VMC中IL-6是加重心肌组织损伤的因素之一，在免疫调节过程中伴有重要的角色，免疫反应和激素调节的失衡加重心肌的损伤[14]。IL-6基因启动子中的增强子上有NF-κB的结合位点，激活的NF-κB与该位点结合后启动该基因的转录翻译[15]。在病毒感染的急性期，特别是病毒血症期，血清中IL-6含量升高。作为机体的保护机制之一，血清中IL-6的水平适度升高对机体病毒的清除起重要作用，VMC急性期若投入抗IL-6抗体，可导致患病小鼠的心肌组织内病毒滴度明显增加，炎症细胞浸润与坏死扩大，生存率有所下降。但在CVB感染亚急性期，当炎症刺激过强或持续时间过长时，过高水平的IL-6则明显表现出两面性作用，并参与心肌免疫损伤的过程[16]。
3.3INF-γ在小鼠CVB3诱发的心肌炎中，IFN-γ主要由浸润的NK细胞在急性心肌炎早期阶段合成。已知NK细胞可通过杀死病毒感染细胞及合成IFN-γ在限制病毒复制中发挥关键作用；而IFN-γ除直接抑制病毒复制外，同时还能进一步激活NK细胞，二者相互作用以控制病毒感染。进一步研究发现，CVB3诱发的VMC小鼠IFN-γ水平明显升高，说明IFN-γ参与VMC的发病。IFN介导的NO产生在控制病毒感染中也很重要。IFN-γ本身并不直接诱导心脏微血管内皮细胞产生诱导型NO合成酶（iNOS），而是通过IL-1使其产生增加；这一点在IFN-γ和IL-1β联用才能导致大鼠心室肌细胞收缩功能失常的试验得以证实[17]。
3.4IL-1βIL-1包括由不同基因编码的2种形式即IL-1α和1β。IL-1α-前体形式存在细胞溶质中，而IL-1β则被排放到细胞外，并进入血液循环，故血中可检测到IL-1的活性成分主要是IL-1β。IL-1β具有负性肌力作用，可激动iNOS而导致NO的大量产生最终发挥作用；同时可激活成纤维细胞，影响病毒感染后心肌的重塑过程。对于心室扩张这一病理变化，IL-1β可以提高慢性心肌炎的易感性，还能直接作用于心肌细胞，导致心功能的损害[18]。
4展望
以往对VMC的治疗研究多注重阻断炎症因子故效果不佳，其主要原因可能是炎症因子及代谢产物数量众多，仅针对其中某一种或几种进行干预，往往达不到预期目的。细胞的各种信号传导途径往往都涉及到转录因子改变才体现相应的效应，这样才能体现治疗的目标明确和效果显著的特点。虽然我们[19]已经发现Toll-NF-κB信号转导途径参与VMC发病过程中的细胞免疫应答、炎症反应和抗凋亡相关基因的转录，还证实桂皮醛和肉桂油及肉桂酸等具有明显治疗小鼠VMC作用，但抑制TLR4-NF-κB信号转导途径对VMC是否具有治疗作用，尚不明确，这正是我们感兴趣和今后的研究方向。
参考文献
[1]黄浩，刘靖华，姜勇.Toll样受体4与心血管疾病[J].国外医学•生理、病理科学与临床分册，2003,23
[2]刘贵明，丁学琴，许国忠，等.Toll样受体在介导免疫及炎症反应中的作用[J].《国外医学》麻醉学与复苏分册，2003,24
[3]王岚，高杰英.Toll样受体的研究进展[J].微生物学免疫学进展，2004,32
(收稿日期：2009.03.10)
【关键词】Toll-NF-κB；信号转导通路；病毒性心肌炎；细胞因子
【中图分类号】R542.2+1【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2009)12-0023-02
通常认为病毒性心肌炎（viral myocarditis；VMC）的发生与病毒直接损伤心肌以及病毒感染引起免疫紊乱有关。心肌细胞膜上的TLR4能识别病毒或是病毒损伤后的心肌细胞成分（均属于PAMP），激活后的TLR可进一步激活核转录因子NF-κB，后者则可引起一系列的炎症应答，包括炎性因子（TNF，IL-1，IL-6，INF-γ等）释放，细胞粘附分子产生，炎症细胞募集等[1]。当炎性反应时，这些细胞因子之间有相互的协同和网络作用，促成炎症的发生和发展；这可能是VMC发病的重要机制之一。
1Toll样受体4及其介导的信号转导
1.1Toll样受体4的发现及其配体随着对蛋白结构的阐明及其在天然免疫及炎症反应中作用的揭示，人们发现，果蝇受体Toll介导信号通路中的转录因子Dorsal及其抑制物Cactus与人类和哺乳动物转录因子NF-κB及其抑制物IκB有同源性[2]。1997年Janeway等[3]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。TLR因与果蝇Toll分子高度同源，故称其为Toll样受体。目前，己发现人体有10个TLRs（TLR1-TLR10），均为I型跨膜蛋白。这些分子由胞外区、跨膜段和胞内区3部分组成。在研究心血管疾病中，TLR-4引起越来越多的关注。TLR-4是主要的LPS识别受体，而LPS是革兰氏阴性菌细胞外壁的一种组成成份。研究表明，LPS的识别和信号转导是宿主对G-菌发生防御反应的关键。革兰氏阴性菌释放LPS，在血流中与血清因子LPS结合蛋白（LBP）形成复合物，然后与单核细胞和巨噬细胞表面的膜性CD14相互作用。内皮细胞与成纤维细胞缺乏CD14，但可利用可溶性CD14，促进与LPS的结合。LPS、LBP和CD14三者相互作用激活TLR4信号途径[4]。同时，脂磷壁酸、纤粘连蛋白、Syncytial病毒的F蛋白、紫杉酚（一种结构上与LPS无关，但可对鼠类细胞产生LPS样作用的植物双萜）都可作为TLR-4的配体[5]。
1.2TLR信号通路类型目前，关于TLRs激活胞内信号途径的认识主要来自对TLR4和TLR2的研究。TLR信号通路包括髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）的依赖性和非依赖性两个途径。
1.2.1MyD88依赖性途径MyD88依赖通路是所有TLR（TLR3除外）共用的。MyD88为TLR信号转导途径中的主要接头蛋白，C-端为TIR结构域，可与TLR、L-1R和IL-18R的TIR结构域结合，N-端为死亡结构域（death domain，DD），负责招募下游具有死亡结构域的信号分子进入下游信号转导。MyD88与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，即IL-1R相关激酶（1RAK）的N端死亡域连接导致I-RAK自磷酸化。然后依次发生转接蛋白TNF受体相关因子6（TRAF-6）的寡聚化，激活丝裂原活化蛋白3激酶（Mitogen-activatedprotein3kinase，MAP3K）家族成员TAK-1，激活ΚIB激酶IKK-α和IKK-β，IKB蛋白的磷酸化和降解，NF-κB游离释放并转位至核内NF-κB与其他转录因子一起协同诱导促炎症因子IL-1、IL-6、IL-8等基因的表达，参与天然免疫应答[7]（图1）。
MyD88依赖的信号转导途径以包括MyD88、I-RAK1和IRAK4在内复合物的形成为开始，以NF-κB和MAPK的早期活化为特征。TLR-5、TLR-7和TLR-9直接同MyD88作用，而TLR-2和TLR-4则需要Mal和MyD88的共同作用。其中Mal是人们发现了第二种含TIR的接头蛋白。Mal长232个氨基酸，也有C端的TIR，但N端无DD[5]。
1.2.2MyD88非依赖性途径TLR-3和TLR-4可由TRIF进行MyD88非依赖途径的信号转导，诱导IFN-β和IFN诱导基因的表达并伴随NF-κB晚期活化，其中TLR-4通过TRAM同TRIF相连，而TLR-3则直接通过TRIF进行信号转导。
2Toll-NF-κB信号转导机制
TLR4是一种重要PLR，能识别多种病毒抗原，多个TLR协同活化，通过MyD88依赖的信号通路和非MyD88依赖的信号通路诱导NF-κB产生。NF-κB是由一组结构上相关联的蛋白质家族组成，这些蛋白都有一个300个氨基酸组成的氨基末端，称为Rel同源区，包括DNA结合部位、二聚体化部位、κB抑制蛋白（IκB）结合区及核定位序列。NF-κB的活性受细胞浆中多种蛋白的精细调控，NF-κB与这些蛋白质组成NF-κB系统。在大多数细胞中，NF-κB与其抑制蛋白IκB家族的成员结合，以无活性的复合物形式存在于胞浆中，当细胞受到各种刺激后，NF-κB与IκB解离，从而进入细胞核，与相应的靶序列结合，调节基因的表达。IκB解离的前提是自身的磷酸化，而IκB激酶（IκB kinase，IκK）担当了IκB磷酸化的角色，与NF-κB构成着一条重要的信号转导途径。近年来发现参与激活NF-κB的IKK和大量其他酶（酪蛋白酶Ⅱ，丝裂原和应激激活蛋白酶，蛋白酶C等）有可能通过IκB这一单一途径，但均必须通过不同位点直接磷酸化[8]。NF-κB活化后，IL-1、IL-6、IL-8，IFN-γ以及TNF-α等炎性介质基因表达，引起相应炎性介质的合成和释放，趋化和激活嗜中性白细胞，活化淋巴细胞，激发针对病毒的炎症反应，最终可能导致不可恢复的心肌损伤[9]。VMC时存在心肌炎性反应、心肌细胞坏死、凋亡及心功能下降等，这些病理改变与多种含有kB位点的基因过度表达有关，提示NF-κB参与VMC病理生理过程[10]。
3Toll-NF-κB信号转导通路引起的细胞因子变化
VMC时存在细胞因子平衡受损，TNF-α、IL-1β、IL-6的基因启动子含κB位。TNF-α、IL-1β与细胞膜表面受体结合后，激活IκB激酶复活物，使IκBα磷酸化降解，NFκB激活与TNF-α、IL-1β、IL-6基因上特定靶序列结合，加强转录，使TNF-α、IL-1β、IL-6合成增加。TNF-α、IL-1β、IL-6同时刺激NFκB激活，形成正反馈的级联放大效应。细胞浆内的NFκB-IκB复合物通过正负反馈达到动态平衡状态。
3.1TNF-αVMC可能的病理生理过程是柯萨奇B组病毒3（CVB3）感染早期，病毒作为一种抗原被呈递给免疫系统，激活单核-巨噬细胞，释放TNF-α，通过限制病毒复制，溶解病毒感染的心肌细胞，从而抑制心肌炎病毒、保护心肌。当病毒清除后，持续高浓度的TNF-α可改变肌膜蛋白，破坏心肌细胞从而致损心肌[11]。在免疫系统中，TNF-α被认为是一种最普通的介质。给不同品系的小鼠注射细菌脂多糖（LPS）后，均可诱导产生TNF-α。程姝娟等[12]通过用内毒素对BALB/C及C3H/HeJ小鼠刺激后研究发现，两种不同TLR4基因型的小鼠对内毒素刺激的不同反应以及心肌TNF-α、mRNA的表达差异，揭示了TLR4与内毒素及心肌炎症因子TNF-α基因表达之间的内在联系。TNF水平在VMC的急性期和亚急性期明显升高，与正常对照组和VMC的恢复期组TNF水平相比，差异有统计学意义，证实TNF直接参与VMC的心肌细胞炎性损伤的病理生理过程，这对VMC的早期诊断及预后判断具有重要意义[13]。
3.2IL-6在VMC中IL-6是加重心肌组织损伤的因素之一，在免疫调节过程中伴有重要的角色，免疫反应和激素调节的失衡加重心肌的损伤[14]。IL-6基因启动子中的增强子上有NF-κB的结合位点，激活的NF-κB与该位点结合后启动该基因的转录翻译[15]。在病毒感染的急性期，特别是病毒血症期，血清中IL-6含量升高。作为机体的保护机制之一，血清中IL-6的水平适度升高对机体病毒的清除起重要作用，VMC急性期若投入抗IL-6抗体，可导致患病小鼠的心肌组织内病毒滴度明显增加，炎症细胞浸润与坏死扩大，生存率有所下降。但在CVB感染亚急性期，当炎症刺激过强或持续时间过长时，过高水平的IL-6则明显表现出两面性作用，并参与心肌免疫损伤的过程[16]。
3.3INF-γ在小鼠CVB3诱发的心肌炎中，IFN-γ主要由浸润的NK细胞在急性心肌炎早期阶段合成。已知NK细胞可通过杀死病毒感染细胞及合成IFN-γ在限制病毒复制中发挥关键作用；而IFN-γ除直接抑制病毒复制外，同时还能进一步激活NK细胞，二者相互作用以控制病毒感染。进一步研究发现，CVB3诱发的VMC小鼠IFN-γ水平明显升高，说明IFN-γ参与VMC的发病。IFN介导的NO产生在控制病毒感染中也很重要。IFN-γ本身并不直接诱导心脏微血管内皮细胞产生诱导型NO合成酶（iNOS），而是通过IL-1使其产生增加；这一点在IFN-γ和IL-1β联用才能导致大鼠心室肌细胞收缩功能失常的试验得以证实[17]。
3.4IL-1βIL-1包括由不同基因编码的2种形式即IL-1α和1β。IL-1α-前体形式存在细胞溶质中，而IL-1β则被排放到细胞外，并进入血液循环，故血中可检测到IL-1的活性成分主要是IL-1β。IL-1β具有负性肌力作用，可激动iNOS而导致NO的大量产生最终发挥作用；同时可激活成纤维细胞，影响病毒感染后心肌的重塑过程。对于心室扩张这一病理变化，IL-1β可以提高慢性心肌炎的易感性，还能直接作用于心肌细胞，导致心功能的损害[18]。
4展望
以往对VMC的治疗研究多注重阻断炎症因子故效果不佳，其主要原因可能是炎症因子及代谢产物数量众多，仅针对其中某一种或几种进行干预，往往达不到预期目的。细胞的各种信号传导途径往往都涉及到转录因子改变才体现相应的效应，这样才能体现治疗的目标明确和效果显著的特点。虽然我们[19]已经发现Toll-NF-κB信号转导途径参与VMC发病过程中的细胞免疫应答、炎症反应和抗凋亡相关基因的转录，还证实桂皮醛和肉桂油及肉桂酸等具有明显治疗小鼠VMC作用，但抑制TLR4-NF-κB信号转导途径对VMC是否具有治疗作用，尚不明确，这正是我们感兴趣和今后的研究方向。
参考文献
[1]黄浩，刘靖华，姜勇.Toll样受体4与心血管疾病[J].国外医学•生理、病理科学与临床分册，2003,23
[2]刘贵明，丁学琴，许国忠，等.Toll样受体在介导免疫及炎症反应中的作用[J].《国外医学》麻醉学与复苏分册，2003,24
[3]王岚，高杰英.Toll样受体的研究进展[J].微生物学免疫学进展，2004,32
(收稿日期：2009.03.10)