内毒素的跨膜信号转导及其在失控性炎症反应发生中的作用

摘要：

大约20年前，人们还曾认为LPS诱导宿主细胞的激活是由于其分子上的脂质A 残基 插入靶细胞浆膜内所致（2），但这一观点随着近年来炎性细胞表面和血循环中能与LPS结合 的蛋白质分子的发现已发生变化。目前普遍认为，LPS的作用是通过这些分子或受体介导的 ，现已发现单核/巨噬细胞表面存在多种LPS受体，如：清道夫受体（scavenger receptor， SR）、CD14、TLR2、TLR4、β2整合素、L－selectin等，这些受体构成了自身与非自身识别 的重要分子基础，是机体调控LPS诱导炎症反应的始动环节。
CD14
CD14是一种55kD糖蛋白，有膜结合CD14(mCD14) 和可溶性CD14 （sCD14）两种。mCD14主要 表达在单核/巨噬细胞表面，中性粒细胞表面也有少量分布，对LPS有高亲和力。sCD14分布 于血浆中，由mCD14脱落或细胞分泌产生， sCD14是LPS作用于CD14阴性细胞如内皮细胞和上 皮细胞的重要途径。LPS与CD14结合需要血清脂多糖结合蛋白(LBP)的参与，LBP属于急性期 蛋白，主要由肝细胞合成，病理应激时（如内毒素血症、失血性休克），不仅肝内合成显著 增多，肝外组织也能合成，提示LBP在局部和全身LPS反应中均可发挥重要作用。LBP与LPS具 有高亲和力，在LPS与CD14间发挥重要的转递作用，是LPS发挥其生物学作用的重要载体蛋白 。创伤/休克时体内LBP/CD14上调可能是休克增敏LPS作用的分子机制。mCD14是LPS的敏感受 体，低剂量LPS即可与CD14结合，使单核/巨噬细胞激活。mCD14是一种GPI锚着膜蛋白，缺乏 跨膜区和胞内区，因此mCD14本身不能直接转导LPS信号，需要细胞膜上其他信号转导分子的 参与，目前发现与之有关的分子有：β2整合素，L-selectin，Toll-like 受体等。LPS刺激 时，巨噬细胞膜上的CD14可能与上述信号转导分子结合，进而将LPS信号转入胞内。也有研 究显示， CD14可介导巨噬细胞摄取LPS，进而LPS在胞内被降解、灭活，不引起细胞激活， 这种防御作用不需要细胞膜上信号转导分子的参与。因此，mCD14除作为介导细胞激活的重 要受体外，也可参与巨噬细胞清除、灭活LPS的防御作用。
清道夫受体（SR）
SR是一种带有胶原结构的三聚体膜蛋白，能结合多种多价离子配体，如被修饰的脂蛋白 、LP S等。SR可分布于多种细胞表面，如巨噬细胞、肝细胞和内皮细胞。巨噬细胞表面SR有两种 亚型: MSRI 和MSRII，以MSRII为主，两者在生物学活性上无明显差异。
SR的早期研究主要是探讨其在动脉粥样硬化形成中的作用，通过摄取氧化型低密度脂蛋白， SR是调节动脉粥样硬化形成过程中胆固醇沉积的重要受体。近年研究发现，巨噬细胞表面SR 还是参与宿主早期防御的重要受体,是单核/巨噬细胞清除LPS的一条重要的非炎性途径。SR 表达下调可能是感染发生发展过程中机体防御功能下降的一个重要机制。
SR和CD14虽分别与巨噬细胞清除LPS和LPS激活巨噬细胞有关，但两者间仍存在一定的功能联 系。研究结果显示，采用ox-LDL(一种SR配体)预处理Kupffer 和肺泡巨噬细胞，可明显增强 LPS对细胞的激活作用，表现为TNFα释放增多。抗CD14单抗能完成抑制ox-LDL增强LPS的激 活 作用。SR基因敲除小鼠表现为对细菌感染的易感性明显增加，对内毒素休克的耐受性显著降 低。说明SR对LPS的清除作用可能是机体调控LPS诱导炎症反应的内源性机制。
Toll样受体
Toll样受体（TLR）是1998年发现的，因其与果蝇Toll分子高度同源，故称其为Toll样受体 。目前已发现10种，分别为TLR1-10，这些分子均由胞外区、跨膜段和胞内区三部分组成， 属于I型跨膜受体。胞外区主要包括十几至二十几个串联的富亮氨酸重复基序（leucine-ric h repeats, LRRs），是识别和结合微生物或其产物的主要部位。胞内段由Toll同源结构域 （Toll homolgy domain, TH）和分子羧基端长短不同的短尾肽（0－22个氨基酸）组成。TH 与IL-1R胞浆结构区有高度同源性，TH区又称为Toll/IL-1R（TIR）同源区，它是Toll样蛋白 和IL-1R向下游进行信号转导的关键元件，该区域的突变和序列缺失将阻断信号向下转递。
Toll样受体对微生物及其组织成分的识别是有明显的选择性，与LPS作用有关的TLR主要是TL R2和TLR4。早期研究显示，TLR2可能是一种介导LPS诱导细胞激活的受体，但近年研究发现 ，TLR2敲除不影响小鼠对内毒素的反应性。目前认为，TLR2在LPS的信号转导中不发挥重要 的生理作用，TLR2对LPS的反应可能与LPS制剂中的杂质以及体外细胞转染的高表达有关。TL R2虽不是识别LPS的重要受体，但在介导革兰阳性细菌激活细胞中发挥重要作用。此外，LPS 及其诱生的细胞因子能上调巨噬细胞表面TLR2，提示TLR2虽不是启动LPS反应的重要受体， 但可能作为“二级受体”在促进失控性炎症反应发生中可能发挥重要的催化作用。
TLR4是目前研究最多的与LPS跨膜信号转导有关的受体。研究发现，TLR4基因与LPS基因位于 同一个区域。C3H/HeJ 和C57BL/10ScCr两种小鼠均为LPS低反应性动物，两种动物的TLR4基 因均存在明显突变。将C3H/HeJ巨噬细胞转染人和正常小鼠的TLR4基因后，细胞即获得对LPS 反应的能力。将正常小鼠的TLR4基因突变，由其分离出的巨噬细胞和B细胞对LPS刺激无反应 ，这种现象与C3H/HeJ小鼠巨噬细胞的LPS反应非常相似。此外，将细胞的TLR4基因进行显性 失活，几乎可完全阻断LPS信号。因此，目前认为，TLR4是介导LPS诱导细胞激活的敏感受体 。
血管内皮细胞存在TLR4mRNA及其蛋白表达，内毒素刺激可明显上调TLR4及其mRNA表达，阻断 TLR4可抑制内毒素对内皮细胞的激活作用，提示TLR4也可能是内毒素作用于血管内皮细胞的 受体途径。
Β2整合素和L-selectin
业已研究证实，β2整合素和L-selectin是白细胞表面的重要粘附分子。但近年研究发现， β2 整合素和L-selectin能与LPS结合，与CD14相比，这种结合需要高剂量LPS，不需要血清或LB P参与。将CD11c/CD18基因或L-selectin转染到不表达该基因的细胞中，可使细胞具有对LPS 反应的能力，被认为是一种低亲和力LPS受体。此外，研究发现，白细胞膜上的β2整合素通 过顺式作用与细胞膜上的其他受体分子结合，作为信号转递分子发挥作用，这些受体主要为 GPI锚着的受体分子，如CD14、CD16b、CD87等。
综上所述，LPS的跨膜信号转导机制较为复杂。单核/巨噬细胞膜表面存在多种LPS相关受体 ，这些受体在不同时期或/和不同阶段可能发挥不同的作用。在感染早期，机体主要通过一 些高亲和力或敏感性LPS 受体（如SR、CD14、TLR4，我们称之为“一级受体”）识别LPS。 一方面，通过防御性受体如SR，单核/巨噬细胞迅速清除、灭活LPS，使机体免受损害；另一 方面，LPS可通过效应性受体如CD14、TLR4，使细胞激活，启动促炎症和抗炎症反应。由于C D14是一种GPI锚着膜蛋白，自身无信号转导能力，在与LPS结合后，CD14迅速与细胞膜上其 他具有信号转导能力的LPS相关受体如TLR、β2整合素、L-selectin等结合，形成受体复合 物，并将LPS转递给这些信号转导分子，引起细胞激活。TLR2、β2整合素、L-selectin等为 低 亲和力LPS受体，由LPS诱生的细胞因子或/和LPS本身可上调这些受体表达，从而作为“二级 受体”在促进LPS诱导的促炎症和抗炎症反应中可能发挥重要的“催化作用”，最终导致炎 症反应失控。大剂量LPS可同时通过“一级受体”和“二级受体”激活细胞，造成爆发性失 控性炎症反应综合征。引起脓毒性休克和死亡。TLR4可能是LPS激活血管内皮细胞的受体途 径。因此，脓毒症时，单核/巨噬细胞表面防御性受体如SR下调、兴奋性受体如CD14、TLR4 、TLR2等的上调，可能是细胞由早期的防御性（清除、灭活LPS）转化为后期的效应性（释 放大量的炎症和抗炎症介质）的重要机制。单核/巨噬细胞表面LPS相关受体可能是有效干预 LPS诱导失控性炎症反应综合征的重要的治疗环节之一，以细胞膜受体为潜在的治疗位点， 寻找增强机体防御功能、遏制细胞因子过度产生的措施，可能对于解决失控性炎症反应的临 床难题具有重要意义。

机标关键词：内毒素、跨膜信号转导、控性、巨噬细胞、样受体、细胞表面、信号转导分子、炎症反应、细胞激活、整合素、血管内皮细胞、蛋白、基因、防御、单核、高亲和力、小鼠、细胞因子、细胞清除、膜上

所属期刊栏目：17

分类号：R3(基础医学)

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共2页

页码：1102-1103