Toll样受体家族(Toll-like receptors，TLRs)是哺乳动物体内唯一可以将细胞外抗原识别信息向细胞内传递并引发炎症反应的跨膜蛋白，在已发现的11种TLR中，TLR4是研究热点之一。TLR4与炎症有着密不可分的关系，胰岛素抵抗早期即处于一种慢性炎症状态，治疗胰岛素抵抗对预防Ⅱ型糖尿病有重要作用^[1]。 1 TLR4的调节作用

存在于Kupffer细胞(肝巨噬细胞)和其他巨噬细胞的脂联素刺激TLR4信号通路，激活下游腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)，白介素10(interleukin-10,IL-10)和血红素氧-1，其中巨噬细胞内的AMPK可抑制脂多糖诱导核因子κB抑制蛋白(inhibitor of KB，IκB)和激活cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element blinding protein，CREB)。活性核受体转录因子糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor,GR)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptorγ,PPARγ)和肝脏X受体α(liver X receptor α，LXRα)均会干扰TLR4基因转录和TLR4介导的炎症反应。在人和小鼠体内长链多不饱和脂肪酸二十二碳六烯酸(docose hexaenoie acid，DHA)和二十碳五烯酸(eicosapntemacnioc acid，EPA)等ω-3多不饱和脂肪酸可抑制TLR4表达。有研究发现，ω-3多不饱和脂肪酸干预TLR4信号的机制是改变细胞膜脂筏的成分和功能。例如，ω-3多不饱和脂肪酸抑制脂多糖和饱和脂肪酸(saturated fatty acids，SFA)表达，刺激TLR4同源二聚体和非脂筏区信号转导，抑制信号的后续传导^[2]。硬脂CoA去饱和酶1(stearoyl CoA desaturase 1,SCD1)缺失小鼠，尽管从未摄取过高脂饮食，由于SFA大量沉积于巨噬细胞质膜出现动脉粥样硬化症状，且对TLR4信号通路的炎症刺激高度敏感。饮食补充ω-3多不饱和脂肪酸可以改善SCD1缺失小鼠的动脉粥样硬化和代谢综合征。SFA有利于脂筏的生成和功能发挥，促进TLR4等信号转导途径产生级联反应最终导致慢性炎症^[3]。 2 TLR4的配体及其作用

SFA和脂多糖常作为TLR4的配体，SFA是脂多糖的酰基组成部分，可在体外实验激活TLR4，酰化后在同一位置依赖其表达直接与TLR4/LPS晶体结构结合。有研究表明,SFA可以激活TLR4，可能由于内毒素污染了样品，例如加入牛血清白蛋白(bovine serum albumin，BSA)复合物的SFA可以激活TLR4，但单纯的BSA和加入BSA复合物的单不饱和脂肪酸不能^[4]。膳食摄入的大量SFAs可激活TLR4引发机体炎症反应，高脂饮食诱导的餐后内毒素血症可能与此相关。高脂饮食和高糖饮食通过改变肠道菌群生长、构成和通透性影响肠杆菌生成和脂多糖内毒素循环水平，脂滴促进脂多糖融入乳糜微粒，再激活TLR4，促进肠道革兰阴性细菌发挥噬菌功能，导致餐后内毒素血症。饮食诱导的胰岛素抵抗或遗传性肥胖小鼠和2型糖尿病人的血浆内毒素和动脉粥样硬化的标志物水平明显升高。此外，无菌小鼠和服用特定的革兰阴性菌抗生素的小鼠在高脂饮食诱导下都不会出现胰岛素抵抗或其他相关代谢异常现象^[5]。与注射脂多糖抑制剂或脂多糖受体CD14基因(LPS receptor mCD14,CD14)敲除的转基因肥胖小鼠比较，正常的肥胖小鼠炎症和代谢异常减轻^{[6, 7]}，表明肥胖引发的胰岛素抵抗和代谢综合征现象是受肠道内毒素和TLR4信号介导的。 3 TLR4在胰岛素主要靶器官的作用 3.1 脂肪组织

脂肪组织的功能不仅是存储剩余热量，还能分泌大量影响能量和代谢稳态的激素、细胞因子和趋化因子。脂肪细胞因子是以脂肪细胞为唯一来源的激素，如：瘦素^[8]和脂联素^[9]可以提高胰岛素的敏感性；抗胰岛素蛋白和视黄醇结合蛋白4可降低胰岛素敏感性^[10]。研究发现肥胖状态下骨髓巨噬细胞可侵入脂肪组织，新生的巨噬细胞最初可能会吞噬坏死细胞保护脂肪组织血管，但它们的激活会逐渐促进更多炎症细胞因子产生，这些巨噬细胞推动脂肪组织中的炎症反应被认为是形成胰岛素抵抗的关键环节^[11]。

研究表明，高脂饮食诱导的肥胖小鼠骨髓细胞IkB激酶β(IKB kinaseβ,IKKβ)或C-jun氨基末端激酶1(c-Jun N-terminal kinase 1,JNK1)敲除可改善葡萄糖耐量，提高胰岛素敏感性，且证实TLR信号通路参与了这一过程^[12]。TLR4在促炎症巨噬细胞和分化的脂肪细胞内表达较高^[13]。此外，TLR4在啮齿类动物和人脂肪细胞内的表达随肥胖程度增加而升高^[14]，并可被脂多糖激活诱导核转录因子kB(nuclear factor kB，NFκB)和细胞因子产生。脂多糖脂质A部分内的SFA酰化是脂多糖生物活化的必要过程^[15]，然而，随着蛋白激酶B/糖原合成酶激酶-3β通路磷酸化水平降低，脂肪细胞内脂多糖和SFA影响胰岛素信号的作用也会逐渐衰减^[16]。机体摄取的营养素，特别是SFA，很有可能直接激活脂肪细胞中的Toll样受体和促炎症巨噬细胞^[17]。虽然目前尚不清楚脂多糖污染与这一结论有无关联，但是许多人群和动物实验已证明饮食中SFA升高会增加慢性炎症发生的风险^[18]。与此相反，ω-3多不饱和脂肪酸为主要成分的鱼油可以缓解脂多糖和SFAs在巨噬细胞和脂肪细胞诱导的炎症现象，预防高脂饮食诱导的啮齿动物胰岛素抵抗^[19]。

研究表明，阻断小鼠体内TLR4基因则不会出现肥胖诱导炎症或胰岛素抵抗现象^[20]。高脂饮食喂养下身体组成不同的小鼠品系，C3H/HeJ和C57BL/10ScN小鼠体重不变或下降^[21]，而TLR4-/-小鼠体重不变或增加^[22]。尚不可知这种差异是TLR4突变、小鼠品系还是其他因素造成。但是，这2种模型小鼠的巨噬细胞和脂肪组织均是通过激活脂肪、肌肉和肝脏的TLR4来调节全身葡萄糖稳态。

饱和脂肪酸，如：月桂酸、棕榈酸和油酸酯，在TLR4突变小鼠的腹膜巨噬细胞内未能引起肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNFα)表达增多或IKKβ表达降低^[23]。此外，骨髓细胞TLR4基因敲除小鼠是将TLR4敲除小鼠体内的骨髓细胞移植到正常小鼠体内建造的一种模型，抑制其体内ATMs和脂肪促炎症基因可以有效提高脂肪组织胰岛素敏感性^[24]。因为这种嵌合子小鼠只有在骨髓细胞敲除TLR4，可充分解释造血调控因子TLR4在髓细胞对胰岛素敏感性的影响。随着肥胖CD14敲除小鼠体重增长，脂肪组织巨噬细胞数目减少，糖耐量降低^[25]。值得注意的是，有代谢综合征的肥胖人群在减肥时外周血单核细胞TLR4表达下降^[26]。 3.2 肝脏

TLR4分布于肝脏Kupffer细胞和其他肝细胞中，它对肝组织的直接作用尚不清楚。研究发现，高脂饮食小鼠、果糖诱导的脂肪肝变性小鼠和胰岛素抵抗小鼠体内的TLR4能调控肝脏炎症^[27]。全身和骨髓特异性TLR4信号缺失会导致脂质堆积减少，c-Jun N端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate 1，IRS-1)丝氨酸磷酸化水平降低，缓解炎症和胰岛素抵抗。大量脂质通过改变脂筏的组成和膜流动性使TLR4信号复合物聚集，胞内分选和信号级联流等出现异常，另外，增长趋势呈正弦曲线的循环白细胞会刺激Kupffer细胞等肝细胞。肝脏中的TLR4在胰岛素抵抗阶段受大量的脂肪组织游离脂肪酸循环配体影响，而在肥胖或高脂饮食阶段，脂多糖和膳食SFA可参与调控。 3.3 肌肉组织

正常生理状态下，胰岛素刺激产生葡萄糖的75％被骨骼肌利用。肥胖和高胰岛素血症患者肌肉葡萄糖利用率显著下降，保持骨骼肌葡萄糖稳态对全身胰岛素抵抗的防御有重要意义。脂肪细胞分泌的促炎症因子TNF-α刺激IRS-1丝氨酸磷酸化，干预肌肉胰岛素信号^[28]。胰岛素敲除时TLR4可以调节肌肉基质代谢，有利于葡萄糖的氧化而非脂肪酸氧化^[29]。最新数据表明，TLR信号在骨骼肌慢性炎症和胰岛素抵抗发病过程中发挥着重要作用^[18]。脂多糖刺激下多种TLRs，如 TLR2 和 TLR4，均表达于骨骼肌细胞和完整的肌肉。此外，患有Ⅱ型糖尿病的肥胖人群骨骼肌TLR4基因和蛋白表达明显升高且TLR4蛋白表达与胰岛素抵抗程度呈正相关。 4 小 结

TLR4活化促进胰岛素抵抗，它在组织和细胞表达模式广泛，能直接调节组织和细胞能量平衡和胰岛素功能，虽然它的活化激活和胰岛素抵抗与细胞特异性之间的关系尚不清楚，但TLR4在调节骨髓细胞胰岛素敏感性方面发挥重要作用，未来对TLR4的研究可围绕非髓系细胞、细胞特异类型、转基因和基因敲除模型方面展开。对TLR4和胰岛素抵抗关系的研究有助于从TLR4入手改善代谢综合征，为提高先天免疫系统功能设计出新的治疗方法。