Toll样受体4
Toll样受体（Toll-like receptors，TLR）是一种细胞表面的模式识别受体，其家族因胞外段与一种果蝇蛋白Toll同源而得名，仅识别表达在病原微生物上的高度保守的结构基因序。1997年，Medazhitov、Janeway等首次在人体细胞表面发现了Toll样受体4（Toll-like receptors 4，TLR4），并阐明了其基因结构。之后陆续有研究发现，在人类的单核细胞、血管内皮细胞、树突状细胞、中性粒细胞、小肠上皮细胞、子宫颈平滑肌细胞、呼吸上皮细胞、心肌细胞、牙龈成纤维细胞等组织细胞上都有TLR4的分布表达。
TLR4基因定位于9q32～33，cDNA长度有3811bp，包含879个氨基酸。其分子结构由胞外区、跨膜段和胞内区三个部分组成，属于Ⅰ型跨膜受体。胞外区是由18～31个富含亮氨酸重复序列结构域构成，这种结构可与CD14分子中的LRRs结合而介导蛋白质之间的相互作用，与病原体及其产物的特异性识别有关。胞内区由大约200个氨基酸残基组成，与白细胞介素1受体（IL-1R）高度同源，被称为Toll样受体/白介素-1同源结构域（Toll/IL-1 receptor do-mains，TIR）。TIR区域是TLR4与其下游相关的信号转导分子如髓样分化蛋白88（MyD88），IL-1相关蛋白激酶及肿瘤坏死因子受体活化因子-6等相互作用的关键部位，是信号转导的关键位点。
现已证实革兰阴性细菌细胞外膜内毒素主要成分脂多糖（LPS）为TLR4的主要配体。TLR4通过识别并结合相应配体如LPS等，启动激活信号转导途径，使转录因子NF-κB和AP-1活化，促进基因转录，促使细胞增殖、分化、凋亡及炎症因子如IL-6、TNF-α、iNOs等分泌，同时促进并刺激分子B7-1/B7-2的表达上调，T细胞活化，产生特异性的免疫应答。LPS释放后，与血清中的LPS结合蛋白（LPS binding protein，LBP）形成复合物，然后与单核细胞和巨噬细胞表面的膜性CD14（也叫作LPS受体）相作用，在CD14的帮助下，与髓样细胞上跨膜的TLR4和髓样细胞分化蛋白-2（myeloid differentiation protein-2，MD-2）所形成的受体复合体结合，触发细胞内的信号传递触发细胞内的信号传递。TLR4的信号既可以通过髓样分化蛋白88（MyD88）依赖的信号通路也可以通过TRIF依赖（MyD88非依赖）通路进行传导。在MyD88依赖的信号通路中，激活的TLR4首先结合衔接蛋白Mal和MyD88募集下游的IRAKs，再通过一系列级联反应，最终激活NF-κB从而刺激机体产生大量的肿瘤坏死因子（TNF）和白介素（ILs）等前炎症因子；在MyD88非依赖信号通路中，TLR4信号通过与TRAMTRIF结合激活TBK1，从而导致下游的IRF3的激活和IFN的产生。TLR4在信号传递的过程中合成并释放一系列的细胞因子和炎性介质，在这些炎症因子中，有TNF-α，TNF-α又可诱发IL-1、IL-6、IL-8的生成，还可激活巨噬细胞、白细胞促进血小板激活因子、NO、前列腺素和白三烯等的产生，它们相互作用引起炎症介质的过度释放，产生炎症因子的瀑布反应，对机体造成严重影响，严重时产生SIRS，最终导致G-菌内毒素性休克和MODS。因此，近年来TLR4在重症感染、脓毒症以及MODS等危重病领域也受到广泛的研究。
在动物实验方面，TLR4被证实参与了急性肺损伤的发生发展。黄继义等，通过研究阻断TLR4表达对静脉注射LPS致急性肺损伤（ALI）的作用，得出阻断TLR4表达能抑制脂多糖诱导ALI大鼠体内炎症因子分泌，减轻肺组织病理损害的结论。同样的结论也通过王俏等的实验得以证实，王等研究TLR4在脓毒症ALI大鼠肺内的动态表达情况，结果显示ALI组大鼠各时间点肺组织TLR4蛋白阳性染色与对照组大鼠相比均明显增高，且主要表达在肺泡上皮细胞、肺间质和支气管黏膜上皮细胞中，提示TLR4表达的上调参与了脓毒症大鼠ALI的发病过程。欧阳金生等则通过总结大量文献进一步阐述了TLR4参与ALI的病理生理过程，认为TLR4介导的免疫应答和炎症反应是导致ALI重要的分子机制，TLR4基因的多态性与ALI原发病因启动炎症反应密切相关，而TLR4通过信号转导诱导的炎症介质是ALI的直接因素。TLR4既启动与控制ALI早期破坏性炎症反应，又介导后期的修复性炎症反应，从而在ALI炎症反应过程中起着双刃剑的作用。临床研究方面，有实验发现，肺部的重症感染尤其是G-菌混合性感染，LPS攻击，导致了TLR4表达上调，从而介导机体抗感染免疫以及SIRS，对于接受呼吸机治疗的患者，参与了呼吸机相关肺损伤（ventilator associated lung injury，VALI）的发生、发展，最终引发ALI，并进而发展为急性呼吸窘迫综合征（ARDS），甚至MODS。
LPS激活TLR4介导的信号通路激活NF-κB，NF-KB进入胞核调控一系列炎症介质的基因表达，TNF-α、IL-1等原发性炎症介质增加，进一步作用于巨噬细胞或DC，从而产生大量的IL-6、IL-8等继发性细胞因子和炎症介质及CD80、CD86等辅助刺激因子，这些细胞因子和炎症介质不但诱导适应性免疫，还可以进一步激活NF-κB，形成正反馈的级联放大效应，产生过度的炎症反应，严重时产生SIRS，最终导致脓毒症及MODS。Weiss等的研究表明，TLR4基因突变鼠对革兰阴性菌脓毒症的易感性增加，这是由于激活的TLR4一方面可以激活机体对感染的保护性免疫，同时也介导了SIRS。另有实验发现，TLR4表达量的多少与前炎症因子释放直接相关，且通过调控其信号转导通路调节炎性免疫反应，影响脓毒症的发展。
随着研究的深入，近年来发现TLR4与脓毒症的关系已深达基因水平，不同个体对脓毒症的易感性差异主要取决于TLR4的基因多态性。研究表明，基因多态性与脓毒症有密切关系，个体对脓毒症的敏感性差异可归咎于TLR4基因多态性，基因序列的差异性可导致相关表型的变异，进而影响机体对病原微生物的反应，临床表现和预后可能均不相同。TLR4的胞外配体识别区域存在多种基因多态性，关于TLR4不同位点的基因多态性与脓毒症关系，国内外学者研究最广泛的是TLR4的Asp299Gly（299位的天冬氨酸被甘氨酸取代）和Thr399Ile（399位的苏氨酸被异亮氨酸取代）基因多态性。TLR4的这两种基因多态性存在共分离现象，使得TLR4存在4种单倍体组合形式（野生型/野生型、Asp299Gly/野生型、Thr399Ile/野生型和Asp299Gly/Thr399Ile）。Ferwerda等研究显示，只有Asp299Gly/野生型与LPS诱导的前炎症因子TNF-α的释放增加有关，而Asp299Gly/Thr399Ile与野生型/野生型在LPS诱导的前炎症因子TNF-α的释放中无显著差异。由于人群中Thr399Ile/野生型的TLR4基因多态性非常罕见，目前尚无关于此型在革兰阴性菌易感性方面的研究结论。
鉴于TLR4表达、信号转导与调节与ICU中多种疾病的发生、发展有关，因此，对TLR4的研究越来越受到国内外学者的重视，而且最近对其的研究重心已经逐步转移到了对TLR4基因多态性表达的调节上来，故靶向性的针对TLR4及其信号通路的调节以治疗各种炎症、感染及脓毒症等病变将是未来ICU领域研究的一个热点，可能会成为日后临床干预一些炎症相关危重病开辟新的途径。
（杨殿武）