文摘
脑损伤引起的脑缺血/再灌注是一个复杂的病理生理过程,在炎症被认为起着重要的作用。toll样受体是一种跨膜蛋白,它可以识别其为病原体外生的分子模式或内源压力或有关分子模式的先天免疫系统和启动炎症反应。toll样受体、TLR2和TLR4发现比其他人更重要在脑损伤的病理过程由于缺血和再灌注。本文将重点讨论TLR2和TLR4的生物学特性和功能及其下游信号通路。
1。介绍
1980年,一位德国生物学家Nusslein-Volhard发现突变基因在黑腹果蝇的胚胎,这是与调节果蝇dorsal-ventral极性并被命名为“Toll基因”[1]。1984年,管家报告人数蛋白质在果蝇,这不仅是负责促进dorsal-ventral分化,但也可以识别入侵微生物和启动抗菌过程(2]。1997年,Janeway Medzhitov首先报道,受体,目前被称为TLR4,位于人类的细胞表面蛋白,功能类似于果蝇人数(3]。此后,Medzhitov发现了一些类似的受体在其他动物或植物,将其命名为toll样受体(通常)。现在,10个功能通常在人类和12在啮齿动物中已确定,分别为(4),其中TLR1-TLR9被人类和啮齿动物共享。虽然最初认为通常是与哺乳动物的发展,Jules Hoffmann和Bruce Beutler发现通常是关键传感器传染性微生物哺乳动物先天免疫反应。此外,通常调节炎症介质的表达时激活host-derived分子(5]。
机制的脑缺血和再灌注引起的脑损伤仍然是难以捉摸的,但发现了炎症反应导致脑损伤的主要因素之一(6,7]。积累的证据表明,通常(toll样受体)激活内源性蛋白质从受损的大脑释放和发挥至关重要的作用在调节缺血和再灌注后的脑损伤8]。特别是,TLR2和TLR4被发现比其他更重要的病理进展通常脑缺血和再灌注7,9]。因此,通常已经成为一个潜在的目标搜索治疗缺血性脑血管疾病的新策略。本文将重点讨论TLR2和TLR4的生物学特性和功能及其下游信号通路。
2。toll样受体结构
toll样受体属于I型跨膜糖蛋白受体家族。他们是由细胞外的氨基端ligand-recognition域,跨膜域和胞内c端信号域(10]。细胞外域包含16-28细胞外富亮氨酸重复(远程雷达)模块和主要负责绑定到其为病原体外生的分子模式(pamp) [11)和内源压力或有关分子模式(抑制)12]。胞内域通常也被称为人数/ il - 1受体(行动)领域,因为它共享内高度保守的序列同源的人类细胞质interleukin-1受体(IL-1R)。细胞外信号进入细胞并启动“信号级联”当TIR域是由细胞内附加特定的适配器(13),包括骨髓分化因子88 (MyD88),行动domain-containing适配器蛋白质(TIRAP) / MyD88 adaptor-like (Mal),行动domain-containing adaptor-inducing干扰素-β(TRIF) TRIF-related衔接分子(电)和无菌α和犰狳motif-containing蛋白质(指控)。
3所示。TLR2和TLR4及其配体在脑缺血再灌注损伤
toll样受体被发现出现在各种先天免疫细胞,如多形核中性粒细胞、单核/巨噬细胞、树突细胞,NK细胞,它们触发立即对病原体的反应(14- - - - - -16]。在大脑,主要位于神经胶质细胞包括小胶质细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞。小胶质细胞和星形胶质细胞表达多种剧目的通常17时),他们都可以产生促炎细胞因子通常都附有相应的配体(18- - - - - -20.]。相比之下,少突胶质细胞可以表达的曲目通常TLR2和TLR3等,主要参与中枢神经系统修复(21]。近年来,报告涉及的表达通常在神经元也大幅增加。
尽管中枢神经系统是一个无菌环境和不存在病原体如细菌或病毒在正常或缺血条件下,发现脑缺血导致的表达海拔TLR2 TLR4和TLR9识别神经元(22,23]。相比之下,积累实验证据表明TLR2和TLR4起着至关重要的作用在调节炎症反应引起的脑缺血和再灌注通过链接到他们的内源性配体,分别为(24- - - - - -26]。这些内源性配体包括热休克蛋白(休克),高机动组框1 (HMGB1),透明质酸,纤连蛋白(27,28),等等。
热休克蛋白(休克)通常是在小数量和函数作为伴侣保持有效的蛋白质配置。热休克蛋白家族包括几个成员,如HSP60、HSP70和gp90。然而,在压力或损坏条件下如缺血或缺氧,表达式可以调节和他们泄漏到细胞外室诱导免疫反应和炎症反应作为内源性配体。脑缺血/再灌注损伤过程中,热休克的绑定TLR2和TLR4可能启动的信号通路相关的促炎细胞因子的生产(29日]。所有热休克成员、HSP60和HSP70是最重要的内源性配体TLR2和TLR4。绑定的HSP60 TLR2和TLR4导致MyD88的招聘,转录因子的激活,增加炎症细胞因子TNF的表达α(30.]。同样,HSP70的绑定TLR2和TLR4激活MyD88-IRAK-NF -κB信号通路,促进肿瘤坏死因子的转录和表达α,il - 1β,il - 6 (31日]。沥青等人证明在体外模型研究中,阻断HSP60或TLR2和TLR4抑制文化强烈的炎症反应的细胞(单核细胞和人类脐静脉内皮细胞)治疗缺血性中风患者血清(32]。这表明,HSP60可能是治疗缺血性中风的新目标。
高机动组框1 (HMGB1)属于核非组蛋白的DNA结合蛋白家族,负责维护配置在细胞核的DNA和调节基因转录在正常情况下。HMGB1在压力或破坏条件下参与炎症反应时泄漏到细胞外室(33]。Peltz等人发现,等离子体HMGB1 2到6小时内明显升高在急性损伤事件(34]。通过免疫沉淀反应,研究人员表明,HMGB1确实可以通过互动参与炎症反应的TLR2和TLR4 [35]。HMGB1的组合TLR2和TLR4激活其下游MyD88-TIRAP-IRAK信号途径诱导肿瘤坏死因子等细胞因子的释放α,进气阀打开,ICAM-1。此外,秋等人的实验数据表明,MMP-9表达的增加引发了脑缺血后神经元和星形胶质细胞通过TLR4 HMGB1主要途径。同样,据报道,TLR4的水平增加的主要培养神经元和星形胶质细胞HMGB1对待。在TLR2 overexpressional细胞,HMGB1能有效诱导释放引发和TNF -α。因此,这些研究表明,HMGB1通过TLR2和TLR4通路诱导炎症反应。然而,证据从体外和体内研究表明,表达下调HMGB1的表达在神经细胞与保护短发卡RNA (sh RNA)在缺血性神经退化。也发现抑制HMGB1表达减少神经元死亡,减毒免疫神经胶细胞的活化,并抑制促炎介质如伊诺的感应,cox - 2, il - 1β和肿瘤坏死因子-α在脑缺血后(36]。特别是对于短暂性大脑中动脉闭塞(MCAO),梗死体积明显被发现TLR4突变小鼠小比野生型小鼠(37]。Anti-TLR2抗体减少引发和TNF的表达α通过抑制HMGB1的函数(38]。因此,正如我们前面所讨论的,HMGB1的重要配体结合TLR2和TLR4和调节炎症的生产因素。
纤维蛋白/纤维蛋白原是一种急性反应蛋白合成和分泌肝细胞和正常条件下的凝固过程。然而,在压力下或hypercoagulating状态,纤维蛋白/纤维蛋白原含量显著增加,成为一个关键因素在调节血栓的形成。脑缺血/再灌注可以诱导血管纤维蛋白/纤维蛋白原的积累,导致要么microthrombosis导致微循环障碍的形成,或upregulation TLR4的表达和IRAK1(激活受体激酶1)脑内皮细胞。同时,急性积累纤维蛋白/纤维蛋白原可以诱导促炎反应以及血脑屏障的破坏通过TLR信号通路在脑缺血性侮辱(39,40]。张等人证明了血管和免疫反应纤维蛋白/纤维蛋白原显示积极的免疫反应TLR2, TLR4、IRAK1,表明沉积的中风引起的纤维蛋白/纤维蛋白原在大脑血管可能引发通常的表达。联合治疗与VELCADE(一种强有力的蛋白酶体抑制剂)和组织纤溶酶原激活物(tPA)显著降低损伤体积和改善MCAO大鼠神经评分。作者认为治疗VELCADE和tPA废除纤维蛋白/纤维蛋白原在NF -的失活κB通过直接抑制stroke-activated TLR2、TLR4和IRAK1和抑制炎症反应41]。
此外,低分子量透明质酸也是TLR2和TLR4的内源性配体。它通过MyD88激活先天免疫反应,伊拉克共和国,TNF-receptor协会因子6 (TRAF-6), NF -κB通路。
4所示。TLR2和TLR4信号
通常信号激活转录因子和产生细胞因子和趋化因子通过细胞内途径。TLR2和TLR4与相应的配体结合形成二聚的复合物和改变他们的配置,然后招募5细胞内特定适配器包括MyD88 TIRAP / Mal TRIF,有轨电车和指控。
TLR2和TLR4绑定到这些特定适配器通过他们独特的行动领域。根据不同的适配器蛋白质,细胞外信号传递给下游模块主要通过MyD88-dependent和MyD88-independent通路(TIRAP /发作,TRIF、有轨电车和指控)(见图1)。
在MyD88-dependent通路,MyD88死域与interleukin-1 receptor-associated激酶激活TRAF-6(伊拉克的)。后被TRAF-6磷酸化,抑制κ激酶α/β(我κKα/β)激活转录因子NF -κB和干扰素promoter-binding蛋白质(irf)。然后,NF -κB和irf把成核诱导多种细胞因子的产生,如肿瘤坏死因子-α,il - 1β和干扰素-β。TLR2主要通过MyD88-dependent通路传输信号。在MyD88-independent通路,TRIF与TRIF-related衔接分子(电),激活TRAF3,磷酸化κKε。最后,磷酸化我κKε激活IRF3 IRF7和产生干扰素-β。除了MyD88依赖和独立的信号通路,TLR4介导细胞增殖,变换,并通过增殖凋亡蛋白激酶(MAPKs)信号通路42]。
5。TLR2在脑缺血/再灌注损伤
TLR2是大脑先天免疫反应系统的重要成员,主要表达了小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元和内皮细胞。这些胶质细胞可分泌炎症因子,以及产生促炎和proapoptotic介质相关TLR2基因加重脑损伤。检查是否TLR2蛋白质功能与脑缺血,脑损伤而在再灌注后2天1 h MCAO TLR2-deficient小鼠和野生型老鼠。结果表明,TLR2-deficient老鼠的梗死体积明显低于野生型小鼠(43]。此外,Lv等人报道,顺序的表达TLR2 IL-23, IL-17观察脑缺血/再灌注后小胶质细胞或细胞培养条件下oxygen-glucose剥夺再灌注(OGDR) [44]。本研究表明小胶质细胞激活缺血/再灌注或OGDR加重神经元损伤通过毒性细胞因子的分泌IL-23 IL-17。相比之下,TLR2-IL-23-IL-17轴的抑制小胶质细胞含铅,减少神经元凋亡OGDR或缺血/再灌注引起的。这些研究表明,TLR2在脑缺血/再灌注损伤中起着至关重要的作用,启动炎症级联加重脑损伤。在大脑中,清道夫受体CD36需要TLR2信号引发的炎症反应。CD36 null的老鼠,瞬态MCAO没有诱导炎症基因的表达被认为是调节TLR2和加重脑损伤。因此,这表明TLR2-CD36复杂的传感器ischemia-induced prodeath信号和至关重要的炎症反应(45]。此外,相同的结论在积累实验,取得了TLR2是一个关键炎症引发脑缺血/再灌注损伤(46,47]。
6。TLR4在脑缺血/再灌注损伤
TLR4是先天免疫系统的一个关键受体和非传染性的免疫反应。澄清是否每个toll样受体参与脑缺血/再灌注损伤的病理过程,脑梗塞的大小是通过使用TLR3相比,TLR4, TLR9识别小鼠和野生型老鼠。结果表明,只有TLR4使我们老鼠小得多的梗塞体积在2 h缺血后再灌注24小时,与野生型小鼠相比(48]。本研究表明TLR4可能发挥更重要的作用比其他toll样受体在缺血/再灌注引起的脑损伤。TLR4 mRNA水平增加在1 h(脑缺血后神经元,这是伴随着高水平的多种炎性细胞因子(47]。此外,据报道,有限合伙人可以作为一种有效的预处理刺激和提供保护缺血性脑损伤通过调制TRL4 [49]。同样,其他实验表明TLR4可能调节细胞因子的表达,如肿瘤坏死因子-α、cox - 2、il - 6、伊诺和干扰素-γ(50- - - - - -53]。
7所示。TLR2和TLR4和细胞因子
脑缺血/再灌注损伤伴有炎症反应,诱导产生趋化因子、粘附分子,和大量的促炎因子。il - 1βimmune-derived细胞因子,可以在30分钟在大脑中发现脑缺血再灌注后,直接诱导神经细胞凋亡,增强在小胶质细胞和星形胶质细胞趋化因子的表达。il - 1β拥有autocrine-like功能和促进缺血刺激下分泌本身。也被认为是神经毒素调停人,因为梗塞体积会减少当失去了它的功能。在大多数情况下,内源性配体结合通常激活单核细胞/巨噬细胞分泌il - 1β。阿布拉菲亚等人报道,il - 1的水平β信使rna减少TLR2和TLR4缺陷小鼠患有血栓栓塞中风(54]。
肿瘤坏死因子-α是另一种炎性细胞因子参与脑缺血/再灌注的病理过程。在正常情况下,TNF -α与免疫反应,可能修复神经系统的细胞。结果发现,TNF的表达α逐渐增加的脑缺血脑缺血后再灌注1小时时。肿瘤坏死因子-α促进释放兴奋性氨基酸和氧自由基的生产。在炎症过程中,肿瘤坏死因子-α诱导小胶质细胞和星形胶质细胞表达细胞毒性伊诺。同时,白细胞渗透到大脑实质加重缺血性损伤也由于TNF的援助α。你等人使用永久MCAO大鼠模型证明TLR2和TLR4信号通路黄芩苷抑制脑梗塞的体积减少,血清TNF水平α,il - 1β,并通过抑制使用[伊诺55]。
il - 6分泌具有多种生物功能,主要由星形胶质细胞和小胶质细胞在脑缺血/再灌注。此外,多种细胞因子可以诱导il - 6的生产脑组织受到刺激的损害。il - 6中可以检测到脑组织,脑脊液和血清脑缺血后再灌注2 h。然而,一些研究表明,il - 6可能刺激星形胶质细胞产生神经营养因子和神经生长因子,帮助修复受损的神经细胞通过木菠萝或STAT通路但也参与炎症损伤(56]。曹等人证明,通过使用老鼠MCAO模型,神经损伤和il - 6的水平都是TLR4缺陷小鼠的改善更明显比野生型小鼠(51]。
小细胞因子和趋化因子是一个家庭能增强炎症反应。同时,趋化因子可以作为化学引诱物指导细胞的迁移,促进白细胞浸润过程中进入脑组织脑缺血和再灌注。发现居民小胶质细胞的增殖能力和水平的单核细胞趋化蛋白1 (MCP-1)都是降低瞬态MCAO的TLR2缺陷小鼠,与野生型小鼠相比,(57]。位于细胞表面粘附分子相互协助细胞坚持和他们的环境。实例,粘附分子ICAM可以诱导血管内皮细胞白细胞滚动和坚持,导致白细胞渗透到血管外的矩阵释放细胞毒性蛋白酶和加重脑缺血/再灌注引起的脑损伤。体外,治疗rhHMGB1 TNF的表达α和ICAM-1上调的主要培养的神经元和内皮细胞TLR2和TLR4表达58]。的确,TLR2和TLR4绑定HMGB-1促进炎症反应。
8。推理
有一个明确的结论的基础上,目前发现TLR2和TLR4发挥关键影响脑缺血/再灌注的病理过程。(1)的共同特征是TLR2和TLR4的表达增加脑缺血后再灌注开始时和持续很长时间;(2)的方法抑制脑组织TLR2和TLR4的表达有显著抑制神经赤字和减轻脑损伤引起的脑缺血和再灌注;(3)TLR2和TLR4的表现水平影响了生产的多种细胞因子参与炎症信号通路和决定的结果脑缺血和再灌注。临床研究表明,TLR2和TLR4在中性粒细胞在72 h和缺血和再灌注后7天是一个独立的指标与体积相关的脑梗死和中风患者的预后59]。此外,发现TLR4 mRNA水平显著升高外周血中的短暂性脑缺血发作(TIA)患者或中风时的价格相比无症状患者颈内动脉狭窄(60]。因此,抑制TLR2和TLR4已成为一个策略来预防或治疗缺血性脑血管疾病。
9。未来的
黄芩苷等化合物或化学品,毛地黄黄酮和二picroside抑制TLR2和TLR4被选择。神经赤字,梗塞体积,TLR2的表达TLR4,各种炎性细胞因子在受损的脑组织进行在不同再灌注时间点通过大鼠MCAO模型。结果表明,大部分的前面提到的化合物可以减轻脑缺血/再灌注引起的脑损伤通过抑制TLR2的表达TLR4和炎性细胞因子NF -κB,进气阀打开,cox - 2、il - 6和TNF -α(55,61年,62年]。
相比之下,一些TLR4或TLR2配体可以作为预处理诱导物,这将增强脑严重缺血和再灌注阻力。老鼠在72 h预处理脑缺血和再灌注前皮下注射低剂量LPS, TLR4的特定配体,显示减少脑梗塞。可能的机制被认为是通过抑制TLR4-related如MyD88-TRIF-IRF3-NF——炎症信号κB通路(63年),或诱导神经细胞因子的生产TGF -β和il - 10。同样,预处理与TLR2特定配体,Pam3埋头4,可以极大地减少神经元凋亡和脑缺血/再灌注引起的脑损伤通过激活TLR2-PI3K-Akt通路(64年]。
实验和临床研究表明体育锻炼好处神经复苏或减少脑缺血和再灌注引起的神经功能障碍。轻微的跑步机训练在脑缺血前三周,或者在第五天再灌注后缺血,导致神经功能障碍的恢复通过抑制TLR2和TLR4的mRNA水平和蛋白质浓度及其下游分子(如MyD88和NF -κ在老鼠的脑组织(B)65年,66年]。
针灸是中国传统医学的一个重要过程,作为补充和替代治疗神经复苏。一些穴位电刺激(如Quchi和Zusanli)已被证明是神经保护和抗炎。进一步研究表明,电针刺激的影响显著改善神经赤字,减少梗死脑组织,减轻炎症反应是通过抑制TLR4信号通路(67年]。
此外,其他方式也被施加的抑制过度TLR2和TLR4在脑缺血/再灌注。如前所述,CD14分子是一个重要的协助TLR4为的形成。刀豆氨酸,伊诺选择性抑制剂,不仅抑制了CD14的高程和TNF -α小胶质细胞暴露于低氧环境,但也抑制TLR4形成为和阻止其下游信号通路(68年]。
10。结论
脑损伤引起的脑缺血/再灌注是一个复杂的病理过程,在炎症反应起着至关重要的作用。此外,越来越多的证据表明,TLR2和TLR4是这个过程中最重要的toll样受体。各种各样的手段被用来证明的有效性抑制TLR2和TLR4的表达及其下游信号通路保护脑缺血和再灌注引起的脑损伤。然而,还需要进一步的研究来筛选出药物针对阻止TLR2和TLR4和可用于未来的临床实践。
承认
作者承认研究经费来自中国自然科学基金会(没有。81060102)。