Toll 樣受體在放化療誘導的消化道黏膜炎中的作用

嵇靈， 王甲河， 王建濤， 王艷

1.口腔疾病研究國家重點實驗室國家口腔疾病臨床研究中心四川大學華西口腔醫院，四川成都（610041）；2. 生物治療國家重點實驗室四川大學華西醫院肺癌中心四川大學華西醫院放療中心，四川成都（610041）；3.口腔疾病研究國家重點實驗室國家口腔疾病臨床研究中心四川大學華西口腔醫院兒童口腔科，四川成都（610041）

放化療誘導的黏膜炎是一種復雜的多因素疾病，在腫瘤放化療過程中十分常見，臨床表現為口腔潰瘍、嘔吐、腹瀉和疼痛等癥狀，影響正?？鼓[瘤治療，近年來對其研究越來越多［1-2］。Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）是參與天然免疫的一類重要蛋白質分子，可識別內源性相關分子或病原微生物，激活機體產生免疫應答，從而防止病原體入侵、組織損傷或癌癥的發生［3］。近年大量研究發現，微生物在放化療誘導的黏膜炎中具有重要作用，TLR 作為介導微生物與宿主之間相互作用的關鍵受體，在放化療誘導的黏膜炎中的作用逐漸被闡釋。

1 放化療誘導的黏膜炎

放化療誘導的黏膜炎包括口腔黏膜炎（oral mucositis，OM）和胃腸道黏膜炎（gastrointestinal mucositis，GM）。胃腸道黏膜炎可累及整個消化道，其臨床表現為腹瀉、嘔吐、腹痛等。胃腸道組織學改變包括黏膜萎縮、腸壁纖維化和血管硬化［1］。研究報道，接受放化療的患者中，約一半患者會發生胃腸道黏膜炎［4］?？谇火つぱ妆憩F為口腔黏膜潰瘍、紅斑、疼痛，進食障礙等［5］，組織學改變表現為上皮厚度和基底細胞層細胞減少或出現潰瘍［6］，有15%～40%接受放化療的患者會出現口腔黏膜炎［7］。黏膜炎的發病機制尚未完全闡明。Sonis［8］提出黏膜炎涉及黏膜下層和黏膜層細胞的相互作用，并將黏膜炎的炎癥反應發展過程劃分為5 個階段：①起始階段，放化療引起活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的生成，ROS 誘導細胞核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的表達；②初期反應階段，NF-κB 激活組織破壞相關細胞因子的編碼基因，信號分子表達，導致黏膜炎癥反應和細胞凋亡；③信號放大階段，信號分子相互作用將炎癥反應放大；④潰瘍階段，細胞凋亡壞死，黏膜出現潰瘍，引起菌群移位；⑤愈合階段，細胞增生，自發性愈合。

近年來，微生物在黏膜炎中的作用被重視，TLR 是介導微生物與宿主相互作用的關鍵受體［9］。健康的胃腸道內，微生物群落與宿主之間存在互利關系，而化療藥物會降低微生物的多樣性，令機會致病菌過度繁殖，引起微生態失衡，導致腸黏膜炎癥反應。部分腸道菌群與TLR 結合后，使受體活化，通過一系列反應激活NF-κB，促進炎癥發展。菌群先后被TLR 識別、加工，轉運至細胞內，激活NOD 樣受體（nucleotide binding oligomerization domain like receptors，NLR）來調節下游信號，產生炎癥因子，炎癥因子進而正反饋調節TLR 介導的炎癥反應［10］。Hong 等［11］研究表明，口腔黏膜炎病變嚴重程度與口腔微生物群失調的程度有關［10］?？谇恢写嬖诖罅课⑸?，而先前研究已經證明化療后腸道中細菌組成發生了變化［12］，這表明紊亂的口腔微生物群可通過TLR 和NLR 參與化療所致黏膜炎的炎癥過程［13］。

2 TLR 與黏膜炎

TLR 是一種模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs），能夠識別由細菌等攜帶的病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPS）［3］。TLR 可對多種微生物和細胞損傷導致的內源性分子模式產生應答，招募不同的接頭蛋白，觸發一系列信號級聯反應，從而對入侵的病原體、組織損傷或癌癥產生有效防御機制，包括產生促炎因子［14］。目前研究證明，信號級聯放大途徑中，主要存在著髓樣分化因子（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依賴途徑和MyD88 非依賴途徑。TLR 也能夠激活細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號轉導上游的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號轉導通路等［15］。TLR不僅在免疫效應細胞中廣泛表達，也在許多非免疫細胞中表達。TLR 家族目前在哺乳動物中有超過11 個已知成員。TLR2、TLR4、TLR5、TLR9 已被證實可通過對NF-κB 的調節，在胃腸道上皮穩態維持中起著重要作用［16-17］。放化療過程中腸道微生物的組成和代謝功能以及腸黏膜的天然免疫反應發生顯著改變，通過TLR 共生介導的先天性免疫信號造成了胃腸道中化療誘導的黏膜損傷。而在口腔中，TLR 的表達對維持口腔上皮組織穩態至關重要。在口腔上皮細胞中，可檢測到10 個TLR的mRNA［18］。目前與黏膜炎相關的TLR 研究較多的為TLR2、TLR4、TLR5、TLR9。

2.1 TLR2

TLR2 主要表達于細胞表面，能與其他Toll 樣受體組成異源二聚體，識別多種病原體相關的分子模式［19］。研究發現TLR2 可通過激活多藥耐藥性蛋白/多藥耐藥基因P-糖蛋白（ATP-binding cassette subfamily B member 1/Multi Drug ResistancePglycoprotein，ABCB1/MDR1 P-gp）來保護腸黏膜屏障，ABCB1/MDR1 P-gp 是一種ATP 依賴的外排轉運泵，可防止異物在細胞內積累，減少化療過程中產生的有害物質。目前有研究揭示了TLR2 的基因缺失有可能阻礙化療誘導的胃腸道黏膜炎發生發展。Wong 等［20］研究表明，接頭蛋白MyD88 在腸黏膜炎的發病機制中起著有害作用，并可能被TLR2激活。通過組織損傷、中性粒細胞浸潤和炎癥介質表達等多個參數的衰減檢測可得知，MyD88、TLR2 基因缺失阻止了化療藥物伊立替康引起的腸黏膜炎的進展［20］。此外，Frank 等［21］通過TLR 信號調節化療誘導的小腸損傷發現，近端空腸發生嚴重化療誘導的腸黏膜炎，伴有ABCB1/MDR1 P-gp表達下降。在野生型小鼠和人化療誘導的腸黏膜炎臨床前模型的實驗中，證實TLR2 活化可限制毒性反應并維持ABCB1/MDR1 p-gp 的組裝，提出靶向TLR2 可能代表化療誘導的腸黏膜炎的一種新治療方法［21］。因此，TLR2 作為潛在的治療靶點，可通過對其調節，使抗癌藥的相關毒性最小化，優化癌癥治療劑量和改善放化療誘導的胃腸道黏膜炎的臨床結局［22］。

放化療誘導的口腔黏膜炎啟動期的特征是放化療引起的DNA 直接損傷［23］，其中，Toll 樣受體信號通路被認為是主要損傷反應期最重要的信號通路之一。而TLR2 在牙齦上皮基底層中高度表達，病原體可在黏膜上皮基底層識別TLR2，促進TLR依賴性炎癥反應發生［18］。TLR2 能與其他TLR 形成功能性復合體活化后，通過信號通路MyD88 誘導激活NF-κB?；熀驨F-κB 在人口腔黏膜中表達增加［24］，這可能與化療后口腔黏膜炎的發生相關。NF-κB 是一種通過TLR 信號通路激活的關鍵下游轉錄因子，激活后轉移至細胞核內與靶基因結合，轉錄誘導白細胞介素-1b（interleukin-1b，IL-1b）、白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、白細胞介素-8（interleukin-8，IL-8）等多種炎癥因子的產生［25］。目前有關TLR2 與放化療誘導的口腔黏膜炎方面的研究相對較少，未來仍需更多相關研究闡明TLR2 與口腔黏膜炎之間的關系。

2.2 TLR4

TLR4 是脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）識別的主要受體，需要輔助受體［髓樣分化蛋白2（myeloid differentiaton protein2，MD2）、白細胞分化抗原14（cluster of Differentiation，CD14）和LPS 結合蛋白］作為共同受體來識別其配體。最近研究已確定腸細胞和輔助性T 細胞也表達TLR4，并對腸細胞功能具有重要影響［17，26］。目前研究發現TLR4 的激活涉及NF-κB 和IL-6 的炎癥級聯反應啟動，而TLR4 的過度激活會加速炎性細胞因子的生成，通過增加炎癥反應導致組織損傷，而這正是放化療誘導的胃腸道黏膜炎基礎。另一方面，化療導致的細胞組織損傷可能通過增加損傷模式相關分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）釋放和產生促炎性細胞因子，介導TLR4 上調。與TLR2相反，TLR4 在化療藥物的激活下，加重腸黏膜的炎性毒性應激［27］。LPS 可通過環氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）合成前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2），在小鼠腸道中具有輻射保護作用［10］。而上皮細胞的TLR4 與LPS 結合后，細菌激活NFκB 信號通路，隨后令促炎性細胞因子分泌［28］。TLR4 有信號傳導異?；蛉毕菘赡?，促進腸道細菌侵襲腸黏膜。LPS 全身給藥誘導的實驗性急性內毒素血癥可加重甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）誘導的小鼠腸黏膜炎［29］。MTX 可提高小腸腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）、白細胞介素-1β（interleukin-1，IL-1β）、巨噬細胞炎性蛋白2（macrophage inflammatory protein-2，MIP-2）的mRNA 水平［30］。暴露于化療藥物MTX 后，炎癥小腸黏膜中TLR4 的基因表達顯著上調［10］。據此前臨床研究，小鼠TLR4 基因敲除可防止發生嚴重的化療誘導的胃腸道黏膜炎。而TLR4 基因敲除小鼠完全缺乏IL-6 反應，IL-6 可能是預防或減輕化療引起的胃腸道黏膜炎的治療靶點［31］。研究表明，TLR4 能夠通過蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）調節緊密連接蛋白。PKC 能通過緊密連接調節影響腸道上皮和內皮屏障，其信號可能是化療誘導的黏膜炎發病機制中的關鍵步驟［17］。Wardill 等［32］研究證實了TLR4/PKC 信號轉導和緊密連接在化療誘導的腸道毒性中的交互作用。因此，破壞TLR4 和PKC 的相互作用可能成為化療誘導的胃腸道黏膜炎治療的潛在靶點［32］。此外，基于TLR4 與胃腸道黏膜道黏膜炎間的聯系，有研究指出，布氏酵母CNCM I-745（S.B）（用于治療胃腸道疾病的益生菌酵母）對于化療引起的腸黏膜炎中被激活的TLR/MyD88/NF-κB/MAPKB 通路有調節作用［33］。因此，TLR4 可能成為放化療誘導的胃腸道黏膜炎臨床治療的重要靶點。

TLR4 在口腔黏膜上皮細胞中也有表達［18］，但目前缺乏相關研究揭示TLR4 在口腔黏膜炎中的作用。研究發現TLR4 與復發性阿弗他潰瘍的發生發展密切相關，研究提示TLR4 可能成為治療口炎中潰瘍的治療靶點［34］，這些研究結果對口腔黏膜炎有一定提示意義。TLR4 信號通路可刺激宿主細胞產生TNF-α 等促炎細胞因子［25］，導致黏膜上皮的基底層受損，產生潰瘍且范圍貫穿整個口腔上皮［23］。TLR4 與抗原呈遞細胞的相互作用能導致共刺激分子上調，如抗原呈遞細胞上的CD40、CD80 和CD86 等，這可能會令黏膜上皮炎癥加?。?4］。未來仍需更多相關研究闡釋TLR4 與口腔黏膜炎之間的關系。

2.3 TLR5

TLR5 主要表達于細胞表面。細菌的鞭毛蛋白能夠被TLR5 所識別，TLR5 隨之激活固有免疫，誘導下游一系列細胞因子的釋放［19］。Burdelya 等［35］發現，一種細菌鞭毛衍生物CBLB502 可作為TLR5的配體和激動劑，主要通過正常組織或腫瘤中的TLR5 信號通路介導激活下游信號通路。小鼠經過不同劑量的放射治療，實驗組提前30 min 皮下注射CBLB502，通過觀察實驗組和對照組的小鼠體重和小鼠黏膜組織的病理形態，結果表明CBLB502 可顯著降低小鼠口腔黏膜炎的嚴重程度，加速黏膜組織恢復；并且在某些放療劑量下，CBLB502 可降低單次放療后輻射誘導小鼠的體重減輕程度，提示CBLB502 同時具有支持治療（放療輔助）和抗癌藥物的特性［35］。Li 等［36］在體外研究發現，CBLB502 還具有清除自由基的活性。因此，TLR5 激動劑可以潛在提高癌癥放療的治療指數，并作為輻射緊急情況下的生物保護劑［37］。

2.4 TLR9

TLR9 主要表達于腸上皮細胞和固有層的免疫細胞，是識別細菌來源的非甲基化的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤基序（CpG DNA）等PAMPs 的受體，在固有免疫和適應性免疫中發揮著重要作用［38-39］?；熀?，TLR9 更易識別部分腸道菌群，進而發出下游信號，產生促炎介質，介導胃腸道黏膜炎發生。阿霉素是一種用于抗腫瘤治療的抗生素，在臨床治療過程中易誘導發生腸道損傷，而TLR9 拮抗劑ODN2088 能阻斷TLR9 信號轉導，可顯著減少阿霉素誘導的腸道損傷。有研究對此提出了一種限制阿霉素誘導的腸道炎癥的新治療策略［40］。TLR9拮抗劑能夠降低抗腫瘤藥物治療所導致的腸道損傷。目前有研究還發現TLR9 受體的基因缺失能提高動物的存活率，可減少腸道損傷、菌血癥發生，并降低了炎癥標志物的表達，如NF-κB、IL-1、IL-18 和COX-2［22］。然而在特定化療藥物治療的情況下，TLR9 受體基因可能會起到一定保護作用。Wong 等［20］研究表明，相比MyD88 基因敲除小鼠和TLR2 基因敲除小鼠，注射化療藥物伊立替康（Camptosar-11，CPT-11）的TLR9 基因敲除小鼠生存率降低，腹瀉發生率和IL-18 表達增加；已知化療藥物CPT-11 引起的晚期腹瀉是由類花生酸和IL-18 介導，而在該研究中，TLR9 基因缺失導致COX-2 的低表達，提示CPT-11 注射的TLR9 基因敲除小鼠腹瀉主要是由類花生酸引起的，而TLR9 信號通路及其級聯反應可能會阻滯類花生酸的作用，表明MyD88 介導的TLR9 信號通路對胃腸道黏膜具有保護作用［20］。綜上所述，TLR9 在放化療誘導的胃腸道黏膜炎中主要起到介導黏膜炎發生的作用。

3 小 結

消化道黏膜炎是抗腫瘤治療中最嚴重的不良反應之一，不僅對腫瘤患者的身心健康帶來嚴重危害，還對患者的抗腫瘤治療有著消極影響。TLR及其信號通路在抗腫瘤治療引起的消化道黏膜炎的發生、進展中起到重要的作用。闡釋不同TLR在放化療誘導黏膜炎中的作用機制，有可能成為研發這一疾病新療法的突破點。目前研究發現，不同TLR 在微生物參與黏膜炎癥反應過程中的作用不同，具體的分子學效應和組織學表征可能受組織器官特異性、外界干預措施（X 射線、不同化療藥物）和激活信號類型等多因素干擾。提示將來需要更多研究來揭示不同TLR 在放化療誘導黏膜炎中的作用及其機制。

【Author contributions】Ji L, Wang JH collected the references and wrote the article. Wang JT revised the article. Wang Y selected the topic and guided the writing of the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.