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Toll樣受體家族與肥胖性高血壓

2011-02-13 07:57劉慶敏袁承達(dá)
中國(guó)病理生理雜志 2011年9期
關(guān)鍵詞:脂聯(lián)素瘦素脂肪酸

吳 歐,劉慶敏,張 虎,袁承達(dá)

(1杭州市疾病預(yù)防控制中心,浙江 杭州 310021;2浙江大學(xué)附屬邵逸夫醫(yī)院,浙江 杭州 310016;3浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬?gòu)V興醫(yī)院/杭州市中醫(yī)院,浙江 杭州 310007)

在許多發(fā)達(dá)國(guó)家中,約75%-80% 的高血壓患者有不同程度肥胖,65% -75%的原發(fā)性高血壓患者同時(shí)合并有肥胖。隨著社會(huì)的發(fā)展,中國(guó)的肥胖性高血壓(obesity-related hypertension)患病率也在逐年上升[1-3]。肥胖性高血壓為多因疾病,對(duì)肥胖性高血壓機(jī)制的相關(guān)研究已成為熱點(diǎn),其形成機(jī)制可能涉及胰島素抵抗、血清脂聯(lián)素、高瘦素血癥、交感系統(tǒng)活化、腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system,RAS)、凝血因子改變,炎癥、內(nèi)皮功能障礙等,但尚未達(dá)成廣泛共識(shí)[4,5]。現(xiàn)在越來(lái)越多的研究表明,Toll樣受體家族(Toll-like receptors,TLRs)與其形成密切相關(guān)。深入探討此種受體的作用,將為肥胖性高血壓的治療提供新的思路。

1 Toll樣受體家族

Toll樣受體分布十分廣泛,主要表達(dá)于單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cells,DCs)、多形核細(xì)胞、T、B淋巴細(xì)胞及天然殺傷細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、心肌細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞等。Toll蛋白最早是從果蠅的胚胎中發(fā)現(xiàn)的,迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的TLRs已經(jīng)超過(guò)13種。TLRs與相應(yīng)配體結(jié)合啟動(dòng)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),通過(guò)激活核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)而介導(dǎo)多種生物學(xué)效應(yīng)[6-11]。

TLRs信號(hào)通路主要根據(jù)接頭分子的不同分為髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)依賴(lài)和TIR結(jié)構(gòu)域的IFN誘導(dǎo)連接蛋白[TIR(Toll/interleukin-1 receptor)domain-containing adaptor protein inducing interferon beta,TRIF]依賴(lài)(或者稱(chēng)為MyD88非依賴(lài))2條不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。TLR不僅啟動(dòng)固有免疫應(yīng)答,控制炎癥反應(yīng)的性質(zhì)、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間,還可以通過(guò)上調(diào)抗原提呈細(xì)胞表面的共刺激分子和主要組織相容性復(fù)合物Ⅱ(major histocompatibility complexⅡ,MHC Ⅱ)的表達(dá)促進(jìn)DCs的成熟,指導(dǎo)抗原特異的免疫應(yīng)答,尤其是Th1型反應(yīng)的產(chǎn)生,調(diào)節(jié)獲得性免疫應(yīng)答的強(qiáng)度和類(lèi)型,成為連接固有免疫和獲得性免疫應(yīng)答的樞紐[6-10]。

2 TLRs與肥胖性高血壓

Toll樣受體廣泛表達(dá),并有高度保守的跨膜受體,存在于與代謝綜合癥病理密切相關(guān)的脂肪細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上,并可以對(duì)飲食脂肪酸的刺激作出反應(yīng)[12-14]。飽和脂肪酸能激活而不飽和脂肪酸通常能抑制Toll樣受體介導(dǎo)的信號(hào)和基因表達(dá)[12-14]。因此,Toll可以看作飲食與代謝綜合癥先兆、分子水平炎癥改變之間的橋梁,在調(diào)節(jié)飲食和代謝的關(guān)系上發(fā)揮著重要作用,可能是導(dǎo)致體重增加及其后遺癥的重要因素[12-14]。Toll樣受體存在于脂肪細(xì)胞中。食物中的飽和脂肪酸,使Toll樣受體介導(dǎo)的白細(xì)胞介素6(interleukin 6,IL-6)和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor α,TNF- α)的表達(dá)升高,不飽和脂肪酸能抑制飽和脂肪酸引起的腫瘤壞死因子的表達(dá)[15]。飽和脂肪酸能通過(guò)調(diào)節(jié)TLRs的活性而激活NF-κB及誘導(dǎo)環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)表達(dá),炎癥部位COX-2表達(dá)增強(qiáng)與動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、腫瘤等多種老年性疾病相關(guān)[16,17]。

2.1 TLR4與肥胖性高血壓 TLRs與肥胖性高血壓關(guān)系中以TLR4與肥胖性高血壓關(guān)系研究最多。TLR4通過(guò)激活包括κB抑制物(inhibitor of NF-κB,IκB)/NF-κB的炎性路徑而導(dǎo)致游離脂肪酸(free fatty acids,F(xiàn)FA)誘導(dǎo)的胰島素抵抗。TLR4和NF-κB信號(hào)的增加伴隨著NF-κB調(diào)節(jié)的IL-6和超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2,SOD2)基因的表達(dá)升高。FFA可通過(guò)TLR4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激發(fā)細(xì)胞內(nèi)炎癥通路,如c-Jun-N末端激酶(c-Jun NH2-terminal kinase,JNK)、IKK(IκB kinase)/NF- κB,抑制胰島素受體酪氨酸蛋白激酶活性,異常的脂肪酸代謝激活絲氨酸激酶,抑制胰島素受體底物的表達(dá)及酪氨酸磷酸化程度[18]。在原代人類(lèi)肌管培養(yǎng)體系中,急性軟脂酸鹽治療會(huì)激活NF-κB,阻斷TLR4基因表達(dá)使軟脂酸鹽不能激動(dòng)NF-κB通路[19]。因此,TLR4可以受非細(xì)菌物質(zhì)激活,致細(xì)胞內(nèi)炎癥通路上調(diào),引起炎癥反應(yīng)進(jìn)而阻礙胰島素信號(hào)蛋白激活,因此在炎癥發(fā)生時(shí),TLR4可于細(xì)胞膜過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致胰島素抵抗[19]。而胰島素抵抗可以通過(guò)促進(jìn)遠(yuǎn)端腎單位鈉重吸收,刺激小動(dòng)脈平滑肌增生,使細(xì)胞膜內(nèi)外離子(Ca2+、Na+)轉(zhuǎn)運(yùn)異常,促進(jìn)內(nèi)皮素的分泌、刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生更多的去甲腎上腺素、影響內(nèi)皮功能和引起內(nèi)皮細(xì)胞病變等方面導(dǎo)致肥胖性高血壓。

在小鼠的對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn),與普通10J小鼠相比,10scn(TLR4敲除)雄性小鼠對(duì)于高飽和脂肪軟脂酸鹽引起的肥胖效應(yīng)有完全的抵抗作用,巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)和脂肪組織中單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)的轉(zhuǎn)錄和NF-κB表達(dá)下降,循環(huán)MCP-1也下降,并且沒(méi)有高胰島素反應(yīng)。但是與低脂肪飲食組相比,進(jìn)食高不飽和脂肪酸的普通鼠和缺陷鼠的附睪脂肪墊和脂肪細(xì)胞都會(huì)增生。說(shuō)明高飽和脂肪軟脂酸鹽可以激活TLR4途徑的肥胖和炎癥效應(yīng),而不飽和脂肪酸可能通過(guò)其它途徑來(lái)激活這些效應(yīng)。但是TLR4缺陷鼠并沒(méi)有減弱TNF-α或者IL-6在脂肪組織中的表達(dá)[20]。因此,TLR4途徑激活的肥胖效應(yīng)可能要大于炎癥效應(yīng)。

同時(shí),最新研究表明,TLR4通過(guò)調(diào)控骨骼肌中丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性來(lái)控制糖的不可逆氧化,進(jìn)而控制血糖;同時(shí),TLR4通過(guò)控制骨骼肌中的脂肪合成來(lái)調(diào)控骨骼肌及血液中的脂類(lèi)水平。TLR4基因敲除小鼠與野生型小鼠相比,饑餓時(shí)產(chǎn)生了嚴(yán)重的低血糖、血液和骨骼肌脂類(lèi)水平升高。并且TLR4依賴(lài)的骨骼肌中的糖脂代謝是相互關(guān)聯(lián)的,TLR4通過(guò)抑制骨骼肌中糖向脂的轉(zhuǎn)化來(lái)有效地控制饑餓狀態(tài)下機(jī)體的糖脂水平。這說(shuō)明在饑餓狀態(tài)下,TLR4可能有使脂類(lèi)向糖類(lèi)轉(zhuǎn)化的功能,使動(dòng)物通過(guò)饑餓變瘦。以上這些都標(biāo)明TLR4與肥胖性高血壓關(guān)系緊密,且中間機(jī)制復(fù)雜[21]。肥胖者由于脂肪的大量增加,擴(kuò)充了血管床,血液循環(huán)量相對(duì)增加,在正常心率的情況下,心搏出量要增加許多,心臟長(zhǎng)期負(fù)擔(dān)過(guò)重,左心肥厚,血壓升高。

在TLR4與心肌細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn),TLR4 Asp299Gly和Thr399Zle基因多態(tài)性的男性發(fā)生心肌梗死的危險(xiǎn)性高,但TLR4的Asp299Gly基因多態(tài)性可以降低急性冠脈事件的發(fā)生率[22,23]。TLR4敲除鼠在主動(dòng)脈結(jié)扎造成的壓力超負(fù)荷所致的心肌肥厚比野生動(dòng)物輕;同時(shí)發(fā)現(xiàn)在TLR4敲除鼠中抑制雷帕霉素靶蛋白(the mammalian target of rapamycin,mTOR)途徑,進(jìn)一步降低心肌肥厚的程度。因此,TLR4可能通過(guò)幾種途徑導(dǎo)致心肌肥厚,而使血壓升高[24]。

TLR4和TLR2分別由細(xì)菌脂蛋白和脂多糖激活,兩者與脂肪細(xì)胞的關(guān)系受到廣泛的研究。TLR4已被發(fā)現(xiàn)存在于小鼠前脂肪細(xì)胞3T3-L1中,而在人皮下脂肪細(xì)胞中則發(fā)現(xiàn)了 TLR2和 TLR4[25]。TLR4或TLR2的激活都可導(dǎo)致分子伴侶熱休克蛋白60結(jié)合導(dǎo)致NF-κB向核轉(zhuǎn)位。人們發(fā)現(xiàn),飽和脂肪酸能激活TLR4和TLR2信號(hào),相反,不飽和脂肪酸抑制Toll樣受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá)[15]。

2.2 TLR2與肥胖性高血壓 TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6 都定位在細(xì)胞表面,TLR3、TLR7/8、TLR9定位在細(xì)胞內(nèi)部。在心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有TLR2、3、4、6 的表達(dá),但還未發(fā)現(xiàn) TLR1、5 表達(dá)。在喂食高脂肪食物的小鼠肌肉和白色脂肪組織中,TLR2表達(dá)的抑制可以改善胰島素敏感性和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[26]。在培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞中,TLR2的缺失可以阻止高質(zhì)飲食引起的炎癥并導(dǎo)致更多的胰島素刺激的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)[27]。而且,肥胖和胰島素抵抗小鼠脂肪組織中脂聯(lián)素受體是下降的[28],而肽聚糖對(duì)TLR2的激活也會(huì)導(dǎo)致脂聯(lián)素受體表達(dá)下降,因此,肥胖中TLR2的激活可能導(dǎo)致脂聯(lián)素的抵抗[25]。血清脂聯(lián)素水平在肥胖人群中降低,在腹型肥胖人群中降低則更明顯,且與胰島素抵抗呈負(fù)相關(guān)[29]。

脂聯(lián)素是由脂肪細(xì)胞特異性分泌的激素,是脂肪組織分泌最豐富的蛋白產(chǎn)物,研究證實(shí)脂聯(lián)素具有胰島素增敏及抗炎作用,能抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖,增加骨骼肌脂肪酸氧化,抑制肝糖原的異生、巨噬細(xì)胞功能及腫瘤壞死因子-α基因表達(dá)[30]。而且,脂聯(lián)素阻斷游離脂肪酸介導(dǎo)的單核細(xì)胞TLR4信號(hào)途徑的激活[31]。肥胖患者脂肪細(xì)胞分泌游離脂肪酸增多,脂聯(lián)素減少[32]。因此脂聯(lián)素功能發(fā)揮失常對(duì)肥胖性高血壓的發(fā)生起到重要作用。

此外,TLR2在體外新生鼠心肌細(xì)胞中對(duì)氧化應(yīng)激有潛在抑制作用,阻斷TLR2能抑制氫過(guò)氧化物誘導(dǎo)的NF-κB激活從而減少氫過(guò)氧化物毒性,減少心肌細(xì)胞凋亡;冠狀動(dòng)脈結(jié)扎后,TLR2敲除鼠較野生鼠死亡率和左室擴(kuò)張減少,左室功能保存,有利于抑制血壓上升[33]。TLR2是動(dòng)脈硬化發(fā)生的一個(gè)關(guān)鍵分子,它可以促進(jìn)血管炎癥損傷和斑塊形成。抑制TLR2的作用,可以明顯抑制血管炎癥損傷,防治心腦血管病[34]。肥胖者容易出現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化 ,導(dǎo)致血管腔變窄 ,血壓升高。因此,TLR2的激活對(duì)肥胖性高血壓可能有促發(fā)作用。

2.3 TLR5與肥胖性高血壓 TLRs與固有免疫有關(guān),TLR5在腸道細(xì)胞表達(dá)充分,其主要作用是識(shí)別并結(jié)合在腸道細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官鞭毛上,在對(duì)大多數(shù)腸道病原體的控制中,TLR5扮演著交通警察的角色,沒(méi)有它,通常無(wú)害的腸道菌就會(huì)異?;钴S并且大量繁殖。最近的研究意外發(fā)現(xiàn),TLR5缺陷的小鼠較正常小鼠重20%,而且血甘油三酯、血膽固醇、血壓及血糖偏高[35]。說(shuō)明TLR5與肥胖性高血壓關(guān)系密切。TLR5缺陷的小鼠比正常小鼠進(jìn)食多10%,經(jīng)限制飲食后前者體重下降,但同時(shí)對(duì)胰島素的反應(yīng)下降(即胰島素抵抗);在經(jīng)高脂飲食后TLR5缺陷的小鼠體重快速增加并出現(xiàn)“糖尿病”和“代謝綜合征”[35]。

TLR5已被證實(shí)在腸道細(xì)菌防御上起重要作用,TLR5缺陷的小鼠更易患炎癥性腸病、結(jié)腸炎等。使用強(qiáng)力的抗生素殺滅大部分腸道細(xì)菌后,TLR5缺陷小鼠的“代謝綜合征”癥狀好轉(zhuǎn)。更重要的是,將TLR5缺陷小鼠的腸道細(xì)菌轉(zhuǎn)移到正常小鼠,正常小鼠也表現(xiàn)出“代謝綜合征”癥狀。因此,TLR5的激活對(duì)肥胖性高血壓可能有抑制作用[35]。

在敲除TLR5小鼠的研究中,發(fā)現(xiàn)小鼠的TLR4或TLR2功能也下降,且 TLR跨膜復(fù)合物組件MyD88缺乏并不增加代謝綜合征的癥狀。所以,TLR5的機(jī)制可能與TLR4無(wú)關(guān)[35]。但是,TLR3配體可以通過(guò)激活TLR3下調(diào)巨噬細(xì)胞上TLR4表達(dá)從而減輕LPS誘導(dǎo)的肝臟損害[36]。

2.4 其它TLRs與肥胖性高血壓的關(guān)系 除TLR2、4外,TLR1、7、8也存在于脂肪組織中。而且,脂肪組織中TLR1、8的表達(dá)都與循環(huán)C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)濃度成正比[37]。在體外,人體內(nèi)的CRP能夠直接抑制瘦素與瘦素功能性受體結(jié)合,阻斷受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),從而阻斷瘦素的效應(yīng);在體內(nèi),編碼人CRP的轉(zhuǎn)基因小鼠也出現(xiàn)瘦素抵抗現(xiàn)象。因此,CRP可能促使中樞性瘦素抵抗的出現(xiàn)[38]。瘦素是調(diào)節(jié)機(jī)體質(zhì)量和能量平衡的關(guān)鍵性因子[39],它是通過(guò)定位克隆有瘦素缺陷的ob/ob小鼠模型而發(fā)現(xiàn)的,主要由脂肪細(xì)胞合成及分泌[40]。循環(huán)血中瘦素濃度是獨(dú)立于體質(zhì)量指數(shù)和胰島素抵抗之外的另一個(gè)重要的高血壓危險(xiǎn)因子[41]。瘦素抵抗和高瘦素血癥引起的交感神經(jīng)激活可能推動(dòng)了肥胖性高血壓的發(fā)展。因此TLR1、8的表達(dá)增加,有可能促進(jìn)肥胖性高血壓的發(fā)展。但還需要進(jìn)一步探討這些TLRs與肥胖性高血壓的關(guān)系。

有專(zhuān)家在總結(jié)肥胖性高血壓的特點(diǎn)時(shí)指出:(1)肥胖者的高血壓與血容量、腎素水平間無(wú)相關(guān)性;(2)全身性總血管阻力在肥胖者低于消瘦者;(3)盡管在繼續(xù)食用鹽飲食,當(dāng)體重下降后,血壓仍可降低。肥胖性高血壓者,經(jīng)飲食或行為干預(yù)減重后,重新超重比例極高,而減重方法、目標(biāo)與效果也尚無(wú)定論。因此,從新的視角來(lái)探討肥胖性高血壓的治療問(wèn)題很有必要。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,TLRs在肥胖性高血壓發(fā)生中的作用,有許多臨床、遺傳學(xué)和其它基礎(chǔ)研究的證據(jù)。TLRs在肥胖性高血壓中潛在的病理機(jī)制和治療效果尚有待研究。深入了解TLRs在肥胖性高血壓發(fā)生中的機(jī)制,將為這種類(lèi)型高血壓的治療提供新的思路。

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