陳坤 王聰穎 孫鑫 李少杰 谷劍 陳淑霞 王立立

【摘要】心力衰竭是全球發(fā)病率最高的疾病之一，在心力衰竭及其合并癥的發(fā)生和發(fā)展過程中炎癥機(jī)制起著至關(guān)重要的作用。大量研究表明Toll樣受體4信號通路可通過介導(dǎo)不同的炎癥因子，對心肌造成損害。因此近期發(fā)現(xiàn)Toll樣受體4信號通路可用于預(yù)測心力衰竭及其合并癥病情的嚴(yán)重程度及預(yù)后，同時也可作為許多新型抗心力衰竭藥物的靶點，改善癥狀，使心力衰竭患者獲益?，F(xiàn)就Toll樣受體4信號通路在心力衰竭中上述兩方面的應(yīng)用價值做一綜述。

【關(guān)鍵詞】Toll樣受體4；心力衰竭；疾病預(yù)后；藥物靶點；預(yù)測價值

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.05.013

Application Value of Toll-Like Receptor 4 Signaling Pathway in Heart Failure

【Abstract】Heart failure is one of the most prevalent diseases in the world，and inflammation plays a crucial role in the occurrence and development of heart failure and its comorbidities.A large number of studies have shown that the Toll-like receptor 4 signaling pathway can cause damage to the myocardium by mediating different inflammatory factors.Therefore，it has recently been found that the Toll-like receptor 4 signaling pathway can be used to predict the severity and prognosis of heart failure and its comorbidities，and at the same time，it can also be used as a target for many new anti-heart failure drugs to improve symptoms and benefit patients with heart failure.This article reviews the application value of the Toll-like receptor 4 signaling pathway in the above two aspects in heart failure.

【Keywords】Toll-like receptor 4；Heart failure；Disease prognosis；Drug target；Predicted value

心力衰竭（heart failure，HF）是多種心臟疾病的晚期，具有高住院率和高死亡率，2017年全球估計有6 430萬人患有HF，預(yù)計其流行率將會提高，給全球衛(wèi)生保健帶來很大的負(fù)擔(dān)［1］。因此能監(jiān)測HF患者病情的進(jìn)展及預(yù)后，并且通過治療HF延長患者生存時間顯得尤為重要，而Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）信號通路體現(xiàn)了這一優(yōu)勢，現(xiàn)總結(jié)TLR4信號通路在HF中預(yù)測及藥物靶點兩方面的價值。

1 TLR4的背景與信號傳導(dǎo)

1.1 TLR4的背景與結(jié)構(gòu)

TLR4是第一個被發(fā)現(xiàn)的哺乳動物的Toll樣受體，屬于跨膜蛋白，是模式識別受體的一種，被各種配體激活：（1）病原體相關(guān)分子模式，包括細(xì)菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等；（2）由激活的巨噬細(xì)胞和脂肪組織釋放的損傷相關(guān)分子模式，如熱激蛋白（heat shock protein，HSP）60、HSP70和高遷移率族蛋白1［2］。

1.2 TLR4信號傳導(dǎo)通路

TLR4包含細(xì)胞內(nèi)、跨膜和細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域。細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，也稱為Toll白細(xì)胞介素-1受體（Toll-interleukin-1 receptor，TIR）結(jié)構(gòu)域，在信號傳導(dǎo)中起作用，細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域由富含亮氨酸的重復(fù)序列組成［3］。目前已鑒定出4種主要的含TIR結(jié)構(gòu)域適配器：（1）髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）；（2）β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白（TIR domain-containing adaptor inducing interferon-β，TRIF）；（3）含Toll白細(xì)胞介素-1受體域銜接蛋白（Toll interleukin-1 receptor domain contain adaptor protein，TIRAP）；（4）TRIF相關(guān)接頭分子。不同于其他Toll樣受體，TLR4通過誘導(dǎo)適配器蛋白觸發(fā)MyD88依賴和TRIF依賴兩種信號通路，進(jìn)而產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子［4］，如圖1所示。

1.2.1 MyD88依賴通路

TLR4信號通路將MyD88與絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的激活聯(lián)系在一起，并表達(dá)了許多促炎細(xì)胞因子。越來越多的證據(jù)表明，LPS和CD14是形成TLR4/髓樣分化因子-2復(fù)合體的關(guān)鍵誘導(dǎo)物，導(dǎo)致MyD88的激活，進(jìn)而相繼激活白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶（interleukin-1 receptor-associated kinase，IRAK）家族如IRAK1或IRAK4、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6，轉(zhuǎn)化生長因子-β激活激酶1（transforming growth factor-β-activated kinase 1，TAK1）和抑制性κB激酶（inhibitor of nuclear factor-κB，IκB）。LPS刺激IκB磷酸化進(jìn)而促進(jìn)NF-κB核轉(zhuǎn)位，促進(jìn)白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎細(xì)胞因子的基因表達(dá)。除了IκB磷酸化外，MAPK通路的組成部分，包括信號調(diào)節(jié)激酶、c-Jun氨基端蛋白激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和p38，也被TAK1激活，產(chǎn)生炎癥因子。除了NF-κB和MAPK通路外，MyD88還被證明調(diào)控其他通路，如Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶（Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase，CaMK）和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B 通路［5-6］。

1.2.2 MyD88非依賴通路

MyD88非依賴通路又稱MyD88獨立通路或TRIF依賴通路。多項研究表明，TRIF相關(guān)接頭分子定位于CD14富集的區(qū)域，CD14在TRIF依賴通路中發(fā)揮重要作用。TRIF過表達(dá)可激活兩種非典型的酶：（1）NF-κB抑制物激酶（inhibitor of NF-κB kinases，IKK）：TANK結(jié)合激酶1和IKKε；（2）干擾素調(diào)節(jié)因子 （interferon regulatory factor，IRF）3和IRF7。最后，IRF3和IRF7誘導(dǎo)干擾素的表達(dá)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。此外，與MyD88依賴通路相似，TRIF依賴通路也誘導(dǎo)NF-κB的晚期激活，產(chǎn)生促炎介質(zhì)［7］。

2 TLR4通路與HF

HF是一種復(fù)雜的臨床綜合征，其特點是心臟結(jié)構(gòu)和功能的損害，導(dǎo)致左心室充盈或射血異常。TLR4信號介導(dǎo)的先天性免疫和炎癥反應(yīng)對心臟的損傷至關(guān)重要。TLR4在心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，一旦被激活，TLR4會觸發(fā)一系列細(xì)胞信號，最終激活NF-κB，從而導(dǎo)致相關(guān)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，如TNF-α、IL-1、IL-6和細(xì)胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）。這些細(xì)胞因子的產(chǎn)生可作為正反饋進(jìn)一步激活NF-κB［8］，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡，因此可將TLR4信號通路作為預(yù)測因子或藥物作用靶點，從而使HF患者獲益。

2.1 TLR4信號通路在HF及其合并癥中的價值

2.1.1 TLR4信號通路可用于判斷HF的嚴(yán)重程度及其預(yù)后

在慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）患者的研究[9]中，結(jié)果表明TLR4、NF-κB與HF嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，是其影響因素。在另一個研究［10］中也證實了這一觀點并有了更多發(fā)現(xiàn)，在CHF組中TLR4、MyD88和NF-κB mRNA的表達(dá)及左心室舒張末期內(nèi)徑均高于對照組，患者按紐約心功能分級進(jìn)行評估后發(fā)現(xiàn)與上述4種指標(biāo)的表達(dá)呈正相關(guān)，發(fā)生不良心血管事件的患者4種指標(biāo)的表達(dá)高于未發(fā)生的患者，且ROC曲線顯示當(dāng)TLR4、MyD88和NF-κB三者聯(lián)合診斷時其ROC曲線下面積、敏感度和特異度均高于單獨指標(biāo)診斷價值，表明TLR4信號通路對CHF患者病情的發(fā)展及預(yù)后有重要的意義。

2.1.2 TLR4信號通路在HF合并癥中的意義

TLR4信號通路在HF合并癥中也有作用，上呼吸道感染是HF病情加重的重要誘因，在2023年發(fā)布的試驗［11］中表明上呼吸道感染伴急性心力衰竭（acute heart failure，AHF）患者高遷移率族蛋白1和TLR4水平上調(diào)，與心肺功能有顯著相關(guān)性，對于AHF患者病情的監(jiān)測與控制有重要的臨床意義。不僅是在AHF患者中，在CHF患者中也有相關(guān)發(fā)現(xiàn)，同年研究［12］發(fā)現(xiàn)降鈣素原、TLR4、N末端腦鈉肽前體和丙二醛是CHF合并社區(qū)獲得性肺炎的危險因素，TLR4的表達(dá)與降鈣素原、N末端腦鈉肽前體和丙二醛呈正相關(guān)，對評估CHF患者合并社區(qū)獲得性肺炎疾病嚴(yán)重程度具有一定臨床價值。

2.2 TLR4信號通路可作為抗HF藥物的作用靶點

HF是由于心臟結(jié)構(gòu)和/或功能異常導(dǎo)致的一種異質(zhì)性、多因素、進(jìn)行性綜合征，可引起心肌功能障礙、循環(huán)功能不全和多器官淤血。由于其高患病率、住院率和死亡率以及高昂的醫(yī)療費用，成為主要的全球健康問題［13］，因此改善HF癥狀，延緩HF惡化至關(guān)重要。除之前基礎(chǔ)藥物以外，近年來隨著研究的不斷深入，一些新型藥物也在不斷出現(xiàn)及應(yīng)用，如鈉-葡糖糖共轉(zhuǎn)運蛋白2抑制劑（sodium-glucose cotransporter 2 inhibitor，SGLT2i）、血管緊張素受體腦啡肽酶抑制劑（angiotensin receptor neprilysin inhibitor，ARNI）、胰高血糖素樣肽-1受體（glucagon-like peptide-1 receptor，GLP-1R）激動劑和二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4，DPP-4）抑制劑，這些藥物可將TLR4信號通路作為靶點，在HF治療中發(fā)揮作用。

2.2.1 SGLT2i

從目前可獲得的證據(jù)來看，炎癥和氧化應(yīng)激似乎在各種病因的HF發(fā)生和發(fā)展中起作用［14］，SGLT2i可通過抑制炎癥對心臟起到保護(hù)作用。NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎癥小體是TLR4信號通路中的炎癥因子［15］。Byrne等［16］構(gòu)建了射血分?jǐn)?shù)降低的心力衰竭（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）和射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭兩種小鼠模型，取小鼠的心臟組織，測量NLRP3、胱天蛋白酶-1和TNF-α的轉(zhuǎn)錄水平，在經(jīng)恩格列凈處理的HFrEF小鼠中NLRP3炎癥小體表達(dá)水平降低。除此之外，AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）也在TLR4信號通路中被發(fā)現(xiàn)［17］。Koyani等［18］進(jìn)行心肌細(xì)胞培養(yǎng)、小鼠模型構(gòu)建，結(jié)果表明：恩格列凈可刺激心肌細(xì)胞AMPK的磷酸化，抑制TNF-α及肌酸激酶同工酶表達(dá)，對心肌細(xì)胞有保護(hù)作用。除此之外，SGLT2i也可抑制TLR4通路中的 CaMK發(fā)揮作用，Mustroph等［19］分別取終末期HF患者及HF小鼠中的心肌細(xì)胞測定CaMK活性，結(jié)果表明CaMK活性顯著降低。以上研究均表明TLR4信號通路可作為SGLT2i的作用靶點發(fā)揮心臟保護(hù)作用。

2.2.2 ARNI

沙庫巴曲纈沙坦（LCZ696）是一種新型化合物，它是臨床開發(fā)中的首創(chuàng)ARNI。沙庫巴曲纈沙坦在HF和高血壓實驗中有顯著的益處［20］。一項研究［21］表明SD大鼠心肌梗死后第1天NLRP3、IL-1β和IL-18水平顯著增加，而沙庫巴曲纈沙坦有效降低了這些炎癥因子在血清中的相對水平，提示其可改善心肌梗死引起的心肌損傷，抑制炎癥反應(yīng)。此研究還發(fā)現(xiàn)TAK1的蛋白和mRNA水平以及JNK的磷酸化從心肌梗死后第1天開始上調(diào)，沙庫巴曲纈沙坦抑制了TAK1/JNK通路中關(guān)鍵蛋白的表達(dá)。Bunsawat等［22］招募了11例紐約心功能分級Ⅱ～Ⅲ級的HFrEF患者，結(jié)果顯示沙庫巴曲纈沙坦改善了患者的血管功能和6分鐘步行距離，外周血中TNF-α和IL-18顯著減少。

2.2.3 GLP-1R激動劑和DPP-4抑制劑

糖尿病是HF發(fā)生的關(guān)鍵且獨立的危險因素，在診斷為HF的患者中，糖尿病是一個強(qiáng)有力的不良預(yù)后因素。HF也是糖尿病患者住院的主要原因。糖尿病與無癥狀左心室收縮和舒張功能障礙的發(fā)生率較高有關(guān)。這也是臨床上HF發(fā)展較快的原因［14］，GLP-1R激動劑和DPP-4抑制劑都是新型降血糖藥，經(jīng)證實具有心血管益處，一些體外研究［23-26］發(fā)現(xiàn)GLP-1R激動劑（杜拉魯肽、艾賽那肽和利拉魯肽）可通過激活A(yù)MPK通路，抑制NLRP3、IL-1β、IL-18等炎癥因子及NF-κB信號通路對心肌起到保護(hù)作用，而DPP-4抑制劑（曲格列?。┛蓽p少細(xì)胞中的ICAM-1、血管細(xì)胞黏附分子-1和轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1的產(chǎn)生以及抑制NF-κB通路的參與，起到保護(hù)作用。在動物模型［27］中也有發(fā)現(xiàn)，對大鼠心肌免疫組染色顯示，利拉魯肽減弱羧甲基賴氨酸、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2、ICAM-1和血管細(xì)胞黏附分子-1炎癥因子在心臟微脈管系統(tǒng)中的積累，為HF的治療提供了新的方向。

除了上述藥物外，還有許多中藥如根皮素、姜黃素也能通過抑制TLR4信號通路發(fā)揮作用，從而改善HF患者的預(yù)后，延緩疾病進(jìn)程。

3 小結(jié)

HF是各種心血管疾病的終末階段，合并其他疾病會加重病情，而TLR4信號通路在其中發(fā)揮著重要的作用，已有許多學(xué)者通過細(xì)胞培養(yǎng)、動物模型及臨床試驗來檢測HF及其合并癥中TLR4信號通路不同分子的表達(dá)量及分析其相關(guān)性，進(jìn)而對疾病進(jìn)行預(yù)測并將通路中的炎癥因子作為藥物靶點來阻礙疾病的進(jìn)程，從而改善HF患者的癥狀及預(yù)后。TLR4信號通路在HF中還有很多應(yīng)用價值有待研究，以期為HF的預(yù)測、防治，新的藥物的開發(fā)等科學(xué)研究帶來新的思路和突破。

參考文獻(xiàn)

［1］Savarese G，Becher PM，Lund LH，et al.Global burden of heart failure：a comprehensive and updated review of epidemiology［J］.Cardiovasc Res，2023，118（17）：3272-3287.

［2］李曉潔，許澤鵬，黃玉婷，等.Toll樣受體4信號通路在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的研究進(jìn)展［J］.中國中醫(yī)眼科雜志，2023，33（1）：73-79.

［3］Deguchi A，Maru Y.Inflammation-associated premetastatic niche formation［J］.Inflamm Regen，2022，42（1）：22.

［4］Zhang S，Chen F，Zhai F，et al.Role of HMGB1/TLR4 and IL-1β/IL-1R1 signaling pathways in epilepsy［J］.Front Neurol，2022，13：904225.

［5］Sumneang N，Apaijai N，Chattipakorn SC，et al.Myeloid differentiation factor 2 in the heart：bench to bedside evidence for potential clinical benefits？［J］.Pharmacol Res，2021，163：105239.

［6］Ciesielska A，Matyjek M，Kwiatkowska K.TLR4 and CD14 trafficking and its influence on LPS-induced pro-inflammatory signaling［J］.Cell Mol Life Sci，2021，78（4）：1233-1261.

［7］Xiao Z，Kong B，Yang H，et al.Key player in cardiac hypertrophy，emphasizing the role of Toll-like receptor 4［J］.Front Cardiovasc Med，2020，7：579036.

［8］Zhang Y，Liang X，Bao X，et al.Toll-like receptor 4 （TLR4） inhibitors：current research and prospective［J］.Eur J Med Chem，2022，235：114291.

［9］梁魏昉.心力衰竭病人TLR4/NF-κB信號通路、vWF、D-二聚體水平變化及其與心力衰竭程度、LVEF的相關(guān)性分析［J］.中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志，2022，20（5）：887-892.

［10］文仙仙，張娜，王興興，等.Toll樣受體4信號通路對慢性心力衰竭患者心血管事件的預(yù)測［J］.心肺血管病雜志，2023，42（6）：547-552.

［11］章敬玉，李志華，陳健.上呼吸道感染伴急性心力衰竭患者外周血HMGB1和TLR4水平與心臟功能的關(guān)系［J］.熱帶醫(yī)學(xué)雜志，2023，23（7）：964-968.

［12］王國玉，王淼，李彤，等.慢性心力衰竭合并社區(qū)獲得性肺炎患者血清TLR4表達(dá)及與PCT、NT-proBNP、氧化應(yīng)激指標(biāo)的相關(guān)性分析［J］.中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2023，33（7）：60-65.

［13］Tamargo J，Caballero R，Delpon E.New drugs in preclinical and early stage clinical development in the treatment of heart failure［J］.Expert Opin Investig Drugs，2019，28（1）：51-71.

［14］Dutka M，Bobinski R，Ulman-Wlodarz I，et al.Sodium glucose cotransporter 2 inhibitors：mechanisms of action in heart failure［J］.Heart Fail Rev，2021，26（3）：603-622.

［15］Yang J，Wise L，F(xiàn)ukuchi KI.TLR4 cross-talk with NLRP3 inflammasome and complement signaling pathways in Alzheimers disease［J］.Front Immunol，2020，11：724.

［16］Byrne NJ，Matsumura N，Maayah ZH，et al.Empagliflozin blunts worsening cardiac dysfunction associated with reduced NLRP3（nucleotide-binding domain-like receptor protein 3） inflammasome activation in heart failure［J］.Circ Heart Fail，2020，13（1）：e6277.

［17］Eiringhaus J，Wünsche CM，Tirilomis P，et al.Sacubitrilat reduces pro-arrhythmogenic sarcoplasmic reticulum Ca2+ leak in human ventricular cardiomyocytes of patients with end-stage heart failure［J］.ESC Heart Fail，2020，7（5）：2992-3002.

［18］Koyani CN，Plastira I，Sourij H，et al.Empagliflozin protects heart from inflammation and energy depletion via AMPK activation［J］.Pharmacol Res，2020，158：104870.

［19］Mustroph J，Wagemann O，Lucht CM，et al.Empagliflozin reduces Ca/calmodulin-dependent kinase Ⅱ activity in isolated ventricular cardiomyocytes［J］.ESC Heart Fail，2018，5（4）：642-648.

［20］Kang H，Zhang J，Zhang X，et al.Effects of sacubitril/valsartan in patients with heart failure and chronic kidney disease：a meta-analysis［J］.Eur J Pharmacol，2020，884：173444.

［21］Shen J，F(xiàn)an Z，Sun G，et al.Sacubitril/valsartan （LCZ696） reduces myocardial injury following myocardial infarction by inhibiting NLRP3-induced pyroptosis via the TAK1/JNK signaling pathway［J］.Mol Med Rep，2021，24（3）：676.

［22］Bunsawat K，Ratchford SM，Alpenglow JK，et al.Sacubitril-valsartan improves conduit vessel function and functional capacity and reduces inflammation in heart failure with reduced ejection fraction［J］.J Appl Physiol （1985），2021，130（1）：256-268.

［23］Luo X，Hu Y，He S，et al.Dulaglutide inhibits high glucose-induced endothelial dysfunction and NLRP3 inflammasome activation［J］.Arch Biochem Biophys，2019，671：203-209.

［24］Fu Z，Mui D，Zhu H，et al.Exenatide inhibits NF-κB and attenuates ER stress in diabetic cardiomyocyte models［J］.Aging （Albany NY），2020，12（9）：8640-8651.

［25］Ma G，Liu Y，Wang Y，et al.Liraglutide reduces hyperglycemia-induced cardiomyocyte death through activating glucagon-like peptide 1 receptor and targeting AMPK pathway［J］.J Recept Signal Transduct Res，2020，40（2）：133-140.

［26］Meng J，Zhang W，Wang C，et al.The dipeptidyl peptidase （DPP）-4 inhibitor trelagliptin inhibits IL-1β-induced endothelial inflammation and monocytes attachment［J］.Int Immunopharmacol，2020，89（Pt B）：106996.

［27］Baylan U，Korn A，Emmens RW，et al.Liraglutide treatment attenuates inflammation markers in the cardiac，cerebral and renal microvasculature in streptozotocin-induced diabetic rats［J］.Eur J Clin Invest，2022，52（9）：e13807.