LPS诱导的奶牛子宫内膜细胞TLR4信号传导通路研究概况

燕晓晓;王军;吕文发

【摘 要】Postpartum endometritis in cattle is an obstetric disease caused by bacterial infection,which is of economic importance since it negatively impacts on the dairy industry.Gram negative bacterium Escherich-ia coli is the main pathogen currently known to cause cow endometritis,and bacterial lipopolysaccharide (LPS)is a major component of the cell wall of Gram negative bacteria and recently also reported as an im-portant inducer of cow endometritis pathogenesis.This paper reviewed the LPS Toll-like receptors(TLRs) and inflammatory factors as well as preliminary analysis of the LPS induced inflammatory response signa-ling pathway-TLR4 signaling pathway in order to provide reference for the study of cow endometritis.%子宫内膜炎是奶牛产后细菌感染子宫而引起的产科疾病，严重影响奶牛业的健康发展。革兰阴性细菌中的大肠埃希菌是引起奶牛子宫内膜炎的主要致病菌，细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是革兰阴性细菌细胞壁的重要组成成分，也是近年研究奶牛子宫内膜炎发病机制的重要诱导物。论文综述了LPS、Toll 样受体（toll-like receptors，TLRs）及炎性因子，初步剖析了 LPS 诱导的炎症反应信号传导通路TLR4信号通路，为奶牛子宫内膜炎的研究提供参考。 【期刊名称】《动物医学进展》 【年(卷),期】2016(037)012 【总页数】4页(P105-108)

【关键词】奶牛子宫内膜炎;LPS;TLR4 信号通路;炎性因子 【作 者】燕晓晓;王军;吕文发

【作者单位】吉林农业大学 动物科技学院，吉林长春 130118;吉林农业大学 动物科技学院，吉林长春 130118;吉林农业大学 动物科技学院，吉林长春 130118 【正文语种】中 文 【中图分类】S857.22

微生物感染生殖道将诱发一系列与动物生殖相关的疾病，其中，奶牛子宫内膜炎可引发母牛不孕、流产甚至死亡[1-2]，严重制约奶牛业的健康发展。先天性免疫作为子宫内膜的主要免疫方式，在子宫腔受到外来微生物感染时，通过抑制微生物对细胞和组织的损伤活动来减少微生物对机体的伤害。近些年研究发现，子宫内膜先天性免疫反应的发生主要通过TLR4信号通路[3]，而LPS作为TLR4信号通路的主要启动因子[4]，同时也是奶牛子宫内膜炎主要致病菌-大肠埃希菌的内毒素，可诱导奶牛子宫内膜上皮细胞和基质细胞分泌炎性因子[5],以此建立奶牛子宫内膜炎的体外模型。因此，解析LPS诱导奶牛子宫内膜炎的作用机制，对阐明奶牛子宫内膜炎发病机制和开发新型治疗药物具有重要意义。本文从LPS、TLRs、炎性因子方面综述了LPS诱导的炎症反应信号传导通路——TLR4信号通路。

LPS作为大肠埃希菌等革兰阴性细菌细胞壁的重要组成成分，是目前已知的与动物先天性免疫系统相关的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)[6-7]，近年来人们研究LPS诱导子宫内膜细胞mRNA和蛋白的表达变化，从细胞水平探究子宫内膜炎的发病机制。LPS可激活奶牛子宫内膜细胞TLR信号通路，提高信号分子及下游炎性介质的表达。Fu Y H等[8]研究发现，LPS处理上皮细胞后TLR4和TLR2的蛋白及mRNA的表达量显著上调，且在第

3 h和第6 h时，髓样细胞分化蛋白88(myeloid differentiation primary response protein 88, MyD88)、转录因子蛋白NF-κB、致炎细胞因子IL-1β、IL-8、IL-6的mRNA表达量都有显著增加。LPS处理子宫内膜上皮细胞和基质细胞混合培养体系后，IL-6、趋化因子CXCL1、CCL20和前列腺素E(PGE)的

mRNA表达量都有显著增加，且具有作用时间和LPS浓度依赖性的特点[9]。此外，细胞受LPS刺激后释放的抗菌肽可以加快机体对入侵病原菌的清除速度，如抗菌肽家族中的一个主要成员-防御素β可以通过刺穿细菌细胞壁来消灭入侵病原菌。以上研究均表明，LPS是奶牛子宫内膜细胞先天性免疫反应的PAMPs，诱发奶牛子宫内膜炎。

TLRs是一个进化保守的模式识别受体家族，它在先天性免疫激活过程中起到不可或缺的作用[10]。TLRs家族成员在哺乳动物中有着非常广泛的表达，且其家族中各个成员可分别识别不同微生物PAMPs的刺激，进而诱导免疫系统识别微生物是否为异体物质。目前已知的TLRs天然配体多为真菌、细菌或病毒等微生物的组成部分[11]：如TLR1、TLR2和TLR6识别细菌的脂质和脂磷壁酸(LTA)；TLR3、TLR7和TLR8识别病毒的核酸，TLR9可识别细菌和病毒的核酸；TLR4识别革兰阴性细菌的LPS；TLR5结合鞭毛蛋白。 2.1 LPS和TLRs的关系

动物消化道和呼吸道黏膜布满了淋巴组织，而在生殖道内几乎没有，子宫内膜为子宫免受细菌感染提供了唯一的免疫屏障，因此动物的先天性免疫对子宫内膜炎的抵御作用十分重要[12]。先天性免疫受体能够识别病原菌表面的序列即PAMPs来检测异体物质，在体外细胞模型中，LPS可诱导子宫内膜上皮细胞TLR1-7、9及基质细胞TLR1、2、4、6、7、9、10的mRNA表达上调[13]。上述研究表明，TLRs可特异性识别LPS，诱导机体产生免疫反应来抵抗入侵的细菌。

LPS的特异性识别受体-TLR4是第一个被发现的功能性TLR，上皮细胞和基质细胞

通过TLR4/CD14/MD2复合物识别LPS，进而激活信号通路[14]。随后，活化的TLR4信号通路诱导促炎因子、白细胞介素、肿瘤坏死因子、趋化因子和前列腺素等分泌。研究发现LPS处理奶牛子宫内膜上皮和基质细胞24 h后，TLR4 信号分子(TLR4，CD14)的mRNA表达量有显著提高[8]。

LPS活化TLR4后激活两个信号通路,即髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依赖型信号通路和MyD88不依赖型信号通路[8]。MyD88依赖型信号通路通过信号转导中间体包括与白介素-1受体Ⅰ型(IL-1RⅠ)相关的蛋白激酶和转化生长因子活化激酶等，最终激活NF-κB信号通路和MAPK信号通路，引起下游炎性介质表达；有研究表明，MyD88基因敲除小鼠仍能显著分泌炎性介质，进而阻止炎症的进一步恶化，只是炎性介质分泌较晚[15]，说明TLR4信号通路中还存在其他抗炎途径，即MyD88不依赖型信号通路，MyD88不依赖型信号通路借助其信号转导中间体包括Toll样受体衔接分子1(TICAM1)和Toll样受体衔接分子2(TICAM2)等，活化转录因子干扰素调节因子3(IRF3)和诱导干扰素β(IFN-β)的生成。活化的TLRs在抵御入侵病原体时起到很关键的作用，但如果过度活化TLRs，可能会导致自身免疫系统的失衡进而导致机体的损伤，因此必须将TLRs的活化程度控制在一定范围内。Toll作用蛋白(Toll interacting protein，TOLLIP)是一种抑制TLRs信号的分子，TOLLIP通过阻止与IL-1RI相关的蛋白激酶的磷酸化，来阻断MyD88基因依赖型信号通路的信号传递[16]。TOLLIP作为TLRs信号通路的负因子能抑制炎性介质的分泌，同时也协调MyD88基因信号通路中细胞因子的过度表达，机体正TOLLIP的表达对炎性介质的分泌及控制炎症发展方向是必不可少的。 2.2 TLR4信号传导通路下游因子

细菌感染奶牛子宫后激活子宫内TLR4信号传导通路，子宫内膜细胞分泌细胞因子和前列腺素等信号通路下游因子来抵御炎症反应。

2.2.1 细胞因子 组织细胞分泌细胞因子可诱导机体发生免疫反应，增强免疫细胞的增殖和损伤组织的修复等功能[17]。细胞因子主要分为：白细胞介素、趋化因子、肿瘤坏死因子超家族、生长因子和干扰素等，各个因子之间通过相互影响和作用调节机体的生理功能。如，细胞因子IL-1和IL-6与肿瘤坏死因子通过刺激抗菌肽的产生来抑制病原菌对机体的损害作用。

在动物机体发生免疫反应过程中，炎性反应产生的抗炎细胞因子与机体自身负反馈调节分泌的促炎细胞因子之间的平衡，对炎症的发生与消除有着非常重要的作用[18]。其中抗炎细胞因子在免疫应答过程中起到非常关键的作用，如IL-1有多方面的免疫作用，包括：扩增淋巴细胞和刺激应答急性期蛋白[19]。促炎性细胞因子，如肿瘤坏死因子α(TNF-α)和IL-8，可以通过影响牛子宫内膜和卵巢激素的分泌来影响动物机体的生殖能力[20]。临床型子宫内膜炎奶牛产后4、6和8周子宫内膜促炎因子如IL10、TNF-α和IL6的表达量显著高于隐性子宫内膜炎及健康奶牛[21]。此外，IL-8可显著促进牛子宫内中性粒细胞(polymorphonuclear，PMN)的募集[22]。将抗IL-8物质注入子宫后，PMN对子宫内膜的损伤则减轻或停止，这一结果证明，IL-8可通过诱导PMN募集来增强炎症反应的反应程度。 IL-6是炎症早期的促炎细胞因子，其具有广泛的生物活性，如介导免疫反应和炎症反应等。研究发现，患病奶牛子宫内IL-8和IL-6的分泌量显著相关[23]，且当炎性细胞因子应对细菌入侵而表达量提高时，IL-6的mRNA表达量也显著提高。提示，IL-6具有调节免疫应答和急性期反应的功能，并在机体的抗感染免疫反应中起重要作用。

TNF-α不仅能调节免疫反应、炎症反应和自身修复功能，还可影响前列腺素的合成[24]。机体多种免疫细胞都可以分泌TNF-α，尤其是炎症期间的PMN能分泌大量TNF-α。研究表明，隐性子宫内膜炎奶牛(PMN>8%)子宫内膜TNFα表达量显著高于健康奶牛(PMN<8%)[20]。此外，TNF-α能促进前列腺素

(prostaglandin，PG)的表达量上升[25]从而降低母牛的繁殖力。综上，TNF-α在调节炎症、免疫应答反应及生理周期等重要的生理、病理过程中发挥着十分重要的作用。

2.2.2 前列腺素 前列腺是是机体内具有多种生理作用的重要激素，在动物繁殖生理周期中具有调节作用的主要是PGF和PGE。已有研究表明，LPS可显著提高子宫内膜细胞PG的表达量[25]。临床研究也证明，子宫内膜炎奶牛(PMN>5%)子宫PG的表达量显著高于健康奶牛[26]。综上所述，子宫内膜炎的发生引起子宫内膜细胞前列腺素表达量的改变，而前列腺素是黄体溶解过程中的重要激素，因此前列腺素在子宫内膜炎发生时对机体生理周期的调节，对机体抵御炎症反应十分重要。 2.2.3 其他因子 除上述因子外，当细菌侵入子宫时，抗菌肽(LAP、S100A8、S100A9、S100A12)、基质金属蛋白酶(MMP1、MMP13)、一氧化氮合酶2(NOS2)等因子mRNA的表达量也会有所改变。

综上所述，人们利用LPS刺激子宫内膜细胞诱发TLR4的活化，正MyD88依赖型信号通路和MyD88不依赖型信号通路炎性细胞因子的表达，以此作为体外模型研究奶牛子宫内膜炎的发病机制。由于LPS激活TLR4信号通路及其下游因子分泌机制和因子之间的相互作用是一个十分复杂的过程，涉及到多种信号转导途径、代谢利用途径、基因表达及免疫，故在今后的研究中应着力于上述生物过程的发生机制及彼此之间的相互作用，将能更好地解析奶牛子宫内膜炎的发病机制，为奶牛子宫内膜炎的防控提供理论依据。

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