1型糖尿病 (type 1 diabetes mellitus，T1DM) 是由于胰岛β细胞大量破坏导致胰岛素绝对不足的自身免疫性疾病，受基因和环境因素的多重影响，其发病机制复杂^[1]。目前T1DM的治疗主要依靠外源补充胰岛素，而糖尿病病程超过20年的T1DM患者中有20%~30%患者发生糖尿病肾病 (diabetic nephropathy，DN)^[2]，DN是T1DM患者的主要死亡原因。T1DM是否存在其他预防、治疗手段及如何抑制其发展为DN成为T1DM的研究重点和难点。

Toll样受体 (Toll-like receptors, TLRs) 是非特异性免疫中一类重要的蛋白质分子，也是连接特异和非特异免疫的重要桥梁。TLRs在免疫细胞及足细胞等非免疫细胞中均有表达。大量研究^[3-4]表明：在肠道病毒刺激及高血糖环境下TLRs的表达增加，TLRs与相应配体结合后，通过激活下游传导途径诱导炎症反应，加速T1DM及DN的发生发展，通过干预TLRs的表达、抑制TLRs信号传导，为T1DM和DN的预防及治疗提供了新方向。目前，关于TLRs在2型糖尿病 (type 2 diabetes mellitus，T2DM) 中作用机制的报道较多，但关于TLRs在T1DM胰岛损伤及其在DN发生发展中的作用机制尚未见综述类文献报道。本文就TLRs在T1DM及DN发生发展中的作用机制做一综述。

1 TLRs及其信号传导途径

1997年，Medzhitov等^[5]率先报道了人类Toll蛋白的氨基酸序列，因其与果蝇Toll蛋白的结构同源性较高，故命名为TLRs。截至目前，总共发现11种人TLRs和13种啮齿类动物的TLRs。TLRs在树突状细胞、淋巴细胞和巨噬细胞等免疫细胞及足细胞、肾小球系膜细胞、内皮细胞和肾小球上皮细胞等非免疫细胞中均有表达^[6]。

TLRs属于Ⅰ型跨膜蛋白，其结构分为三部分：胞外区、跨膜区及胞内区。胞外区 (N端) 由富含亮氨酸 (16~28个不等) 的串联重复序列组成^[7]，其作用是对病原相关分子模式 (pathogen-associated molecular patterns, PAMP) 进行识别^[8]，负责募集髓样分化因子88(MyD88)、TIR域的接受子蛋白 (TIR domain-containing adaptor protein，TIRAP)、Trif分子及Toll样受体相关分子 (Toll-like receptor associated molecule，TRAM)，并与之组成信号复合体。胞内区 (C端) 又被称为Toll/IL-1受体同源区 (TIR)，与IL-1受体具有同源性，负责激活下游信号传导通路，介导免疫反应。

TLRs的信号传导通路包括MyD88依赖传导途径和MyD88非依赖传导途径^[4]。除了TLR3和TLR4，绝大部分的TLRs的信号传导途径均为MyD88依赖传导途径。Wen等^[9]通过30周的实验研究发现：与野生型小鼠比较，MyD88基因敲除小鼠糖尿病的发生率明显降低，提示通过阻断TLRs-MyD88信号传导通路可减少糖尿病的发生。

TLRs的类型主要由胞外区决定，不同的TLRs可识别不同的配体。目前已鉴定出的配体包括两部分：①外源性配体包括细菌 (鞭毛蛋白、糖脂、脂肽、脂蛋白、脂质磷壁酸和LPS)、病毒 (dsRNA、ssRNA和DNA)、真菌 (β-葡聚糖) 和寄生虫 (抑制蛋白) 等；②内源性配体包括纤维蛋白原、热休克蛋白60/70、GP96、高迁移率簇蛋白1(high mobility group box1 protein，HMGB1)、S100A8/14和硫酸乙酰肝素等^{[4, 6]}。其中内源性配体在T1DM及DN发生发展中发挥主要作用，TLRs与相应的配体结合后，通过一系列的级联反应，活化核转录因子κB (nuclear factor-κappa B，NF-κB) 诱导部分快速反应基因的活化，产生炎性因子，参与机体的炎症反应。

2 TLRs在肠道病毒所致胰岛损伤中的作用

在过去的几十年里，T1DM患病率在全世界范围内迅速增长，有研究^[10]显示：T1DM患病率以每年3%~5%的速度逐年上升，这个速度很难单纯地用基因因素解释。大量研究^[11-12]表明：肠道病毒尤其是柯萨奇病毒是T1DM的重要环境致病因素。固有免疫对肠道病毒的免疫反应对T1DM的发生发展具有流行病学意义，其中TLRs-MyD88依赖传导途径对T1DM发展为DN具有重要意义^[9]。

人们在T1DM患者血液中发现了肠道病毒的IgM抗体及EV RNA，在新近诊断的T1DM患者血清中也分离出了肠道病毒^[13]。研究^[14]显示：柯萨奇病毒4感染可增加NOD小鼠糖尿病的患病率，这与小鼠在糖尿病前期感染柯萨奇病毒的时间有关。因此，尽管柯萨奇病毒并不初始激活T细胞介导的自体免疫反应，但一旦机体发生该免疫反应，柯萨奇病毒便可加速炎症反应。Tracy等^[15]的研究显示：感染柯萨奇病毒4的小鼠发生T1DM的概率降低，无论是在免疫反应的哪个阶段发生的感染。但越来越多的研究^{[12, 16-17]}表明：肠道病毒是T1DM发生的重要环境致病因素，这一发现具有重大意义。为新生儿注射多价肠道病毒疫苗，可为T1DM的预防提供直接可行的方案，降低T1DM的发病率^{[11, 18]}。

研究^[16]显示：TLRs在肠道细菌所致胰岛β细胞的损伤中发挥重要作用。TLR3可直接识别肠道病毒双链RNA，通过激活转录因子，如NF-κB和干扰素调节因子3(interferon regulatory factor 3，IRF-3) 增加IFNα、IFNγ、IL-1β和趋化因子等促炎性因子的表达, 介导单核细胞、T淋巴细胞和NK细胞等炎性细胞的浸润，进而导致胰岛炎及β细胞的损伤和功能障碍，在T1DM的发生发展中发挥重要作用^[19]。与此同时，人类和小鼠感染病毒后，在病毒裂解产物的刺激下，β细胞表面的TLR3和下游传导通路相关基因编码的mRNA的表达增加^{[8, 11, 17]}。在NOD小鼠中, 凋亡的β细胞可进一步通过TLR2激活抗原呈递细胞, 进而激活CD4+ T细胞引起糖尿病^[20]。TLR4除了可识别病原微生物之外还可识别内源性配体，是具有跨膜信号传导功能的膜结合受体。TLR4/NF-κB信号传导通路在胰岛β细胞功能障碍中发挥重要作用^[21]。NF-κB的过度活化一方面可使炎性反应相关基因表达异常，激活炎性反应与组织损伤，另一方面可通过组织损伤暴露出的大量内源性TLR4配体而诱导TLR4的进一步表达与活化^[22]。

3 TLRs与T1DM高血糖的关系

目前，对于糖尿病高血糖状态与TLRs表达的关系存在2种观点，有学者认为TLRs过度活化后导致高血糖，也有学者认为在高血糖环境下TLRs表达增加，加剧糖尿病的发生发展，后者占主流^[23-24]。Meyers等^[25]研究发现:高血糖可上调TLRs的水平，相对于健康对照组，T1DM患者单核细胞表面的TLR2和TLR4表达增加。有研究^[27]显示：高血糖通过刺激还原型辅酶Ⅱ(triphosphopyridine nucleotide，NADPH) 氧化，诱导蛋白激酶C-α(protein kinase C-α，PKC-α) 和蛋白激酶C-δ(protein kinase C-δ，PKC-δ) 进而产生TLR2和TLR4，增生的TLR2和TLR4与内生细胞的凋亡产物及循环中增加的脂肪酸反应，介导β细胞的凋亡，导致胰岛素分泌减少，加速糖尿病的发生发展^[20]。研究^[26]表明：短发夹核糖核酸 (shRNA) 可干扰TLR2和TLR4的表达，显著下调由高血糖诱导的NF-κB的活化。此外，高血糖可激活MyD88依赖信号传导途径，增强NF-κB的反式激活并显著增强前细胞因子的分泌。有研究^[27]表明：在T2DM中TLR2和TLR4信号传导参与棕酮酸及脂多糖诱导的胰岛细胞凋亡，而吡格列酮可逆转单核细胞及db/db小鼠中由棕酮酸及脂多糖诱导产生的TLR2和TLR4的表达增加。但在T1DM中是否存在类似机制，仍有待进一步研究。

Wen等^[9]通过30周的实验研究发现：与野生型小鼠比较，MyD88基因敲除小鼠糖尿病的发生率明显降低。研究^[28]显示：与WT小鼠比较，链脲佐菌素 (STZ) 诱导的糖尿病小鼠TLR2、TLR4和MyD 88依赖信号传导途径的表达增多，但在TLR2基因敲除的小鼠上，以上生物标记的水平均降低，这一结论在由STZ诱导的T1DM肾病大鼠模型中也得到证实。与WT大鼠比较，TLR4基因敲除大鼠的MyD88、IRAK-1、Trif、IRF-3的表达降低，NF-κB的活性降低，血清中IL-6、IL-8和TNF-α等炎性因子减少，炎性改变也显著减轻^[29]。

4 TLRs在1型糖尿病肾病中的作用

DN主要是由于糖代谢异常、蛋白质负荷过重及血液动力学异常所致的肾脏炎症改变，其病理改变主要表现为肾小球基底膜增厚、系膜基质增多，肾小球呈结节样硬化，肾间质大量的中性粒细胞和巨噬细胞浸润。TLRs在巨噬细胞等免疫细胞和肾小球系膜细胞、肾小球上皮细胞和肾小管内皮细胞中均有表达，在高浓度葡萄糖环境下，上述细胞中TLRs表达增加，通过一系列免疫反应加快糖尿病的肾脏损伤。

大量研究^[30-31]表明：在DN患者中，单核细胞中TLR2和TLR4的mRNA和蛋白质表达明显增加，且其表达量与糖化血红蛋白的水平呈正相关关系。HMGB1作为TLR4的重要内源性配体，在长期的高浓度葡萄糖环境下表达也明显增加^[31]。研究^[32-33]显示：与野生型小鼠比较，连续8周注射TLR4的拮抗剂CRX-526的小鼠HMGB1表达增加，尿蛋白和血尿素氮水平显著降低。CRX-526对肾脏的保护机制是通过抑制骨调素的上调、TGF-β过表达及NF-κB活化，减少肾脏的巨噬细胞浸润和纤维素原沉积，减少肾小球损伤，从而延缓DN的发展。脂多糖 (lipopolysaccharide，LPS) 可通过下调3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1(phosphoinositide-dependent kinase 1，PDK1) 诱导足细胞凋亡，阻断TLRs在其中的信号传导通路，可延缓DN的进展^[34]。

长期的高浓度葡萄糖环境可促进肾小球毛细血管内皮细胞中TLR4基因的表达，TLR4传导途径介导产生细胞炎性因子，其炎症反应导致肾小球系膜细胞产生的细胞外基质增多，促进肾小管纤维化，加快DN的进展^[35]。有研究^[36]表明：通过抑制miR-199a-5p可增加klotho蛋白的表达，从而可抑制TLR4/ NF-κB-p65/NGAL途径, 进而可减少由高血糖引起的炎症和纤维化。Pulskens等^[37]通过对野生型小鼠和TLR4缺陷小鼠行单侧输尿管结扎术人为地造成单侧输尿管闭塞，结果发现：2组小鼠TLR4 mRNA表达均增加。与野生型小鼠比较，行单侧输尿管结扎术后的TLR4缺陷小鼠肾小管损伤较为严重，但TLR4缺陷小鼠肾小管上皮细胞增生减少。尽管TLR4缺陷小鼠细胞基质金属蛋白酶的活性增加，但其肾纤维化程度明显减轻，且2组小鼠在成纤维细胞的数量上无显著差异。

5 TLRs作为T1DM和DN新型治疗靶点的展望

目前，针对TLRs及与TLRs相关的细胞因子、传导通路作为T1DM及DN新型治疗靶点的研究成为热点。研究^[27]表明：他汀类药物、胰岛素增敏剂 (吡格列酮)、ARB类药物和维生素D等均可通过调控TLRs治疗T1DM及延缓DN的发展。

Wolf等^[38]利用普通的SD大鼠与肾素-血管紧张素转基因大鼠进行实验，结果显示：与SD大鼠比较，转基因大鼠的血管紧张素水平明显升高。进一步研究发现：血管紧张素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ，AngⅡ) 可通过上调TLR4的表达，活化TLR4/NF-κB，促进炎性因子的产生。吡格列酮等噻唑烷二酮类药物能显著降低由AngⅡ诱导的TLR4的表达，干预NF-κB炎性信号通路，发挥抗炎作用，延缓DN的进展。通过阻断TLR/ NF-κB信号传导通路介导的炎症反应达到延缓T1DM及DN的发展有可能为研究者提供新的思路。

HMGB1作为重要的炎性因子，除了巨噬细胞和自身组织在外界因素刺激下主动分泌外，坏死细胞也被动释放大量的HMGB1。在T1DM中，由于巨噬细胞和CD8+T细胞在胰岛间隙大量浸润，产生胰腺炎，胰岛B细胞大量破化，HMGB1水平显著升高。HMGB1可通过糖基化产物受体 (RAGE)、TLR2和TLR4激活NF-κB，促使免疫细胞分泌TNF、IL-8和MCP-1等促炎性介质^[39]。未来，通过阻断Toll样受体及RAGE与HMGB1的信号传导途径也可能成为治疗T1DM的新方向。

6 结论

综上所述，TLRs作为固有免疫中一类重要的受体分子，在肠道病毒所致的胰岛损伤中发挥着重要作用。在高浓度葡萄糖环境下，TLRs的表达明显增加，通过识别PAMP激活免疫反应，参与T1DM的β细胞功能障碍及DN的发生发展。通过抑制TLRs的表达，阻断其下游的信号传导通路可能成为防治T1DM及DN的新方法。