Toll樣受體4基因多態性與2型糖尿病的研究進展

李 寧(綜述)，劉 靜(審校)

(1.蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730000;2.甘肅省人民醫院內分泌科，蘭州 730000)

Toll樣受體4基因多態性與2型糖尿病的研究進展

李 寧1△(綜述)，劉 靜2※(審校)

(1.蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730000;2.甘肅省人民醫院內分泌科，蘭州 730000)

2型糖尿病(T2DM)是一種多基因遺傳病，多種基因和環境因素共同參與T2DM的發病。免疫在胰島素作用、血糖穩態和T2DM中發揮重要作用。固有免疫反應是連接外界環境與機體相互作用的重要系統，固有免疫相關炎性途徑的基因突變可能影響到T2DM危險因素的代謝表型，參與疾病的發病。Toll樣受體4(TLR4)是固有免疫系統的核心介質，在T2DM中起著重要的作用。TLR4基因Asp299Gly及Thr399Ile的突變，可影響TLR4蛋白的結構，引起感染風險增加的同時也會降低慢性炎癥相關疾病(如T2DM)的患病風險。

2型糖尿病;Toll樣受體4;基因多態性

2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)是由于周圍組織(如骨骼肌、肝臟、脂肪組織等)對胰島素的敏感性下降和(或)胰島β細胞分泌胰島素不足引起的［1］。急性期蛋白、細胞因子和內皮相關免疫介質在T2DM患者中均有所升高［2］，全身低度亞臨床炎性反應常預示或涉及T2DM的發病，提示慢性免疫炎癥系統紊亂參與T2DM病理生理進程。固有免疫系統是機體防御微生物、化學、物理等各種損害的第一線，是生物體在長期進化中形成的系統防御體系。固有免疫細胞(如巨噬細胞等)通過識別與宿主不同的病原體分子(統稱為病原相關分子模式，pathogen-associated molecular patterns，PAMP)促進釋放多種炎性細胞因子，這些炎性細胞因子在T2DM中也同樣升高。能夠識別PAMP的分子稱模式識別受體中最主要的是Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)。有研究發現，固有免疫通過TLRs及其信號轉導在胰島素抵抗和T2DM疾病進展中發揮重要作用［3］。T2DM作為一種多基因遺傳病，固有免疫相關炎癥途徑的基因突變可能影響T2DM危險因素的代謝表型，參與疾病的發?。?］。TLRs作為其中重要的受體系統，其基因多態性很可能參與T2DM病理生理機制。TLR4基因Asp299Gly及Thr399Ile的突變，可影響TLR4蛋白的結構，引起感染風險增加的同時也會降低慢性炎癥相關疾病，如T2DM的患病風險。在此對TLR4基因多態性與T2DM的相關研究進展進行綜述。

1 TLRs簡介

1.1 TLRs的發現及信號轉導方式 1997年Medzhitov等［5］在人類細胞表面發現和果蠅Toll蛋白結構同源性很高的結構，后稱為 TLRs。TLRs是一類能夠識別侵入體內的微生物，進而激活免疫應答的跨膜信號傳遞受體蛋白，通過細胞信號轉導途徑激活固有免疫反應，并通過提供刺激分子和誘導T細胞分化的細胞因子，協助建立獲得性免疫［6］。迄今發現10 種人 TLRs(TLR1～ TLR10)［7］。TLRs分子屬于Ⅰ型跨膜蛋白，分為胞內區、跨膜段及胞外區三部分，胞外區主要功能是識別配體以及與其他輔助受體結合形成受體復合物，胞內區含有和白細胞介素1(interleukin，IL-1)類似的結構域，稱為Toll-IL-1受體(Toll-IL-1 receptor，TIR)結構域［5］。配體與相應TLRs結合后招募各種TIR結構域-含信號接頭分子(TIR domain-containing signaling adaptors)，包括骨髓分化因子(myeloid differentiation factor，MyD)88，TIR結構域-含接頭蛋白(TIR domain-containing adapter protein，TIRAP)TIR結構域-含誘導誘導干擾素接頭(TIR domain-containing adaptor inducing interferons，TRIF)和 TRIF-相關接頭分子(TRIF-related adaptor molecule，TRAM)［3］，并將 TLRs 信號轉導 途徑為MyD88依賴途徑和TRIF依賴途徑。配體與TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR7、TLR8 和 TLR9 結合后招募 MyD88，另外 TLR1、TLR2、TLR4和 TLR6招募連接 TIR結構域和 MyD88的 TIRAP。TLR3和TLR4受體信號轉導特別依賴于產生Ⅰ型干擾素的信號接頭TRIF和誘導促炎性細胞因子的MyD88。TLR4通過連接TIR結構域和TRIF的TRAM募集TRIF。這種接頭募集反應初發信號轉導瀑布最終激活轉錄因子 NF-κB、AP-1。此外，MAP激酶(如 p38、JNKs)和細胞外信號調節激酶1/2也會活化。這些轉錄因子會誘導炎性細胞因子和Ⅰ型干擾素的轉錄，在代謝性疾病的進展中發揮重要作用。

1.2 TLR4及其基因多態性 TLR4是第一個被人所知并詳盡了解的TLR，廣泛分布于各種細胞，主要是固有免疫系統細胞，如巨噬細胞和樹突狀細胞是脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的受體［8］。TLR4 同樣與內源性配體相互作用，如熱休克蛋白、纖連蛋白、纖維蛋白原、氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoproteins，oxLDS)和游離脂肪酸。配體與TLR4結合后激活細胞內信號通路，最重要的是TLR4/NF-κB 通路［9］，導致炎性細胞因子和其他與獲得性免疫相關的共刺激分子的合成和釋放，其中許多涉及胰島素抵抗。TLR4基因位于染色體9q32～33，包括3個外顯子。常見的兩個單核苷酸多態性(SNPs)位于TLR4基因外顯子3的+986(A→G)和+1196(C→T)導致 TLR4分子299(Asp299Gly)和399(Thr399Ile)核苷酸的改變［10］，并呈連鎖不平衡。研究顯示，299Gly和399Ile改變了TLR4胞外區的結構，進而影響其與配體的結合，導致對LPS的反應性降低［12］。Asp299Gly突變攜帶者體內的促炎性反應細胞因子、急性期反應、可溶性黏附分子下降，增加了嚴重感染的風險［13］，同時也降低了頸動脈粥樣硬化發病率［14］。

T2DM作為一種多基因遺傳病，其發病具有遺傳傾向，是由多個基因多種環境因素共同作用的結果。免疫在胰島素作用、血糖穩態和T2DM中發揮重要作用。TLR4是固有免疫反應中重要受體，作為與環境相互作用的重要物質，其基因突變可能會改變某些環境因素對機體的作用。由此推測，機體對T2DM環境危險因素的反應可能會因此發生變化，進而導致T2DM的患病風險降低。

2 TLR4基因多態性與T2DM和胰島素抵抗

2.1 TLR4基因多態性與T2DM 有研究［13］對巴西東南部211例糖尿病患者和200例健康對照的研究中發現，TLR4 299Gly和399Ile變異分別使T2DM的風險降低了55%和75%(分別為OR=0.45 95%CI0.19～0.99;OR=0.25 95%CI0.07～0.9)。提示299Gly和399Ile等位基因顯示對T2DM有保護作用，299Gly和399Ile攜帶者與較低的T2DM患病率相關。2011年，希臘 Manolakis等［14］在包括 286例T2DM和413例對照者的研究中發現，TLR4的這兩種單核苷酸多態性與T2DM相關。但是，該單核苷酸多態性在其他人群研究中的結果并不相同。德國Illig等［15］在一項包括722例研究對象的橫斷面研究中指出，299Gly和399Ile和T2DM患病率缺乏聯系。這與波蘭 Buraczynska 等［10］和德國 Rudofsky 等［16］、Kolz等［17］的研究相似。在亞洲人的研究中，韓國Kim 等［18］及我國 2008年［19］對天津地區和 2010年［20］對中國漢族T2DM的病例對照研究中，均未檢測出TLR4的這兩種單核苷酸多態性。產生這種差異的原因很可能與遺傳漂變、遷徙以及不同種族長期受到不同的自然選擇壓力等因素有關。

T2DM作為一種多基因遺傳病，多個基因多種環境因素共同作用參與其發病。TLR4作為與環境相互作用的重要物質，其基因突變，尤其是引起蛋白質結構異常的基因突變可能會使機體對環境因素(如T2DM危險因素)的反應發生變化，進而影響其發病。目前已知其Asp299Gly及Thr399Ile的突變增加了各種感染性疾病的患病率［13］，主要原因可能是由于299位上Asp被Gly替代，理論上導致蛋白結構α螺旋的破壞，形成擴大的β延伸(extended β-strain)進而導致功能下降［21］，進而影響到了對環境因素的免疫反應。這種異常的TLR4蛋白可能通過改變外界環境因素(T2DM危險因素)對機體的作用，降低了機體對慢性炎癥性疾病，如頸動脈粥樣硬化［14］和糖尿病的患病風險。

關于T2DM和TLR4基因多態性的研究中，其結果并不相同。在巴西［13］和希臘［14］的研究提示有保護作用，在德國［15］和其他地區的研究中并未發現相關，并且在中國［20］和韓國［18］的研究中未檢測到TLR4的這兩種單核苷酸多態性。因此，對TLR4的這兩種突變對T2DM的保護作用方面尚不能進行廣泛推論。這種地區差異可能TLR4基因多態性的外顯率受各人群特有的其他基因和環境因素影響而有所不同，可能需要更多不同地區、大樣本、多中心的研究。

2.2 TLR4基因多態性與胰島素抵抗 高血糖狀態誘導胰島素的分泌和釋放，胰島素通過減少肝糖原的輸出和增加外周組織對葡萄糖的攝取降低血糖水平，其功能是由細胞膜上活化的胰島素受體介導的。在胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)蛋白的酪氨酸磷酸化后，很快誘導受體自身磷酸化，繼而激活兩種主要的下游信號轉導通路：PI3激酶通路和絲裂原活化蛋白激酶通路［3］。慢性炎癥早期因子如腫瘤壞死因子刺激或升高游離脂肪酸水平，抑制IRS-1絲氨酸磷酸化，進而破壞胰島素信號轉導引起胰島素抵抗［22］。肥胖的T2DM患者中TLR4的基因表達和蛋白含量在肌肉組織中明顯升高，與嚴重胰島素抵抗相關。在小鼠中定向破壞TLR4或是TLR4基因突變，對于肥胖相關的胰島素抵抗有保護作用［23-24］。研究提示，可能是由于血漿升高的游離脂肪酸水平引起異常升高的TLR4表達和信號轉導，參與人體胰島素抵抗的發?。?］。由此推測，TLR4基因Asp299Gly、Thr399Ile突變產生異常的TLR4蛋白通過使攜帶者體內的TLR4表達和信號轉導水平下降，進而降低機體的胰島素抵抗，使T2DM患病風險下降。具體還需要進一步的試驗研究加以證實。

3 TLR4基因多態性與T2DM并發癥

在TLR4基因多態性與T2DM并發癥的相關研究中，Rudofsky等［16］指出 TLR4單核苷酸多態性(Asp299Gly和Thr399Ile)出現率在246例1型糖尿病(T1DM)和530例T2DM患者中無顯著性差異。與T1DM相比，50.9%的Asp299Asp/Thr399Thr攜帶者有糖尿病神經病變，而僅26.2%的 Asp299Gly/Thr399Ile基因型攜帶者有糖尿病神經病變，提示在T2DM中TLR4多態性與糖尿病神經病變有很強的相關性。這可能與突變影響到TLR4蛋白與內源性配體如oxLDL的結合，因此降低了oxLDL等誘導的氧化應激反應，進而減少了糖尿病神經病變的易感性有關［16］。另一項波蘭 Buraczynska 等［10］關于糖尿病視網膜病變的研究發現，Asp299Gly的G等位基因在早發糖尿病視網膜病變(DR)組的出現率顯著大于健康對照組和糖尿病病史大于10年卻無DR組，提示Asp299Gly的G等位基因是早發DR的獨立危險因素。Kolek等［25］的研究顯示，299Gly突變不僅與免疫反應受損有關，還與下降的C反應蛋白有關，同時與減少的血管造影的冠狀動脈疾病和糖尿病的患病率有聯系。而Manolakis等［14］在希臘699個研究對象的研究中發現TLR4的這兩種SNPs與T2DM相關，對于缺血性心臟病無明顯相關。

T2DM并發癥的發病除了與血糖長期控制不佳相關外，還與其他危險因素如肥胖、血脂紊亂、靜坐的生活方式等多種因素有關。因此，TLR4 Asp299Gly、Thr399Ile突變是否通過改變機體免疫狀態降低機體對易感因素的反應進而影響疾病的具體發病機制，尚需要進一步的研究加以證明。

4 展望

TLR4基因多態性及功能在T2DM患者的免疫和炎癥中起者重要作用，它使T2DM患者的天然免疫和獲得性免疫聯系在一起，TLR4基因多態性及功能的深入研究為T2DM患者的免疫狀態和并發癥方面的研究提供了新的思路。對以后在開發治療2型糖尿病新型基因藥物和進一步對TLR4基因多態性和T2DM及其危險因素作用方面的研究提供依據。

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Recent Research Progresses of Toll-like Receptor 4 Polymorphisms and Type 2 Diabetes Mellitus

LI Ning1，LIU Jing2.(1.The First Clinical Medicine School of Lanzhou University，Lanzhou730000，China;2.Department of Endocrinology，Gansu Province People's Hospital，Lanzhou730000，China)

Type 2 diabetes mellitus(T2DM)is a disease of multifactorial inheritance.Multiple of genetic and environmental factors participate the development of the disease.Immune system plays an important role in insulin action，glucose homeostasis and T2DM.Inherent immunity is an important mechanism connecting the environment and human body.The genetic mutations of innate immune related inflammatory pathways may affect the metabolic phenotypes of T2DM risk factors and participate the process of the disease.Toll-like receptor 4(TRL4)，a central mediator of the innate immune response，plays an important role in T2DM.TLR4 Asp299Gly and Thr399Ile polymorphisms result in the changes of TLR4 protein and are associated with the increased prevalence of infectious diseases and the decreased prevalence of chronic inflammatory diseases such as T2DM.

Type 2 diabetes;Toll-like receptor 4;Polymorphism

R587.1

A

1006-2084(2012)13-2087-03

2011-12-16

2012-02-28 編輯：潘雪