揭秘 TLR4 在脓毒症急性肺损伤中的复杂角色：从巨噬细胞免疫到内皮细胞互作新突破

《Communications Biology》：Roles of TLR4 in macrophage immunity and macrophage-pulmonary vascular/lymphatic endothelial cell interactions in sepsis

为探究 TLR4 在脓毒症中作用，研究人员经多实验发现其调节巨噬细胞免疫代谢，影响与内皮细胞互作，为治疗提供策略。

　　脓毒症，这个在全球医疗领域都令人头疼的 “狠角色”，就像一场来势汹汹的风暴，无情地冲击着人体的各个器官。其中，急性肺损伤（ALI）作为脓毒症的严重并发症，更是成为了患者死亡的主要 “元凶” 之一。尽管现代重症医学不断发展，各种治疗手段纷纷登场，但脓毒症诱导的 ALI 死亡率依旧居高不下，始终在 30 - 40% 的高位徘徊，这无疑给临床治疗带来了巨大的挑战。

Toll 样受体 4（TLR4）作为免疫系统中的关键 “侦察兵”，在感染引发的炎症反应中一直扮演着重要角色。然而，在脓毒症的复杂战场上，它究竟如何调节巨噬细胞免疫和代谢，又怎样影响巨噬细胞与肺血管内皮细胞（ECs）、淋巴管内皮细胞（LECs）之间的 “交流合作”，这些问题却一直像迷雾般笼罩着科研人员。为了驱散这片迷雾，来自美国匹兹堡大学医学院的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员采用了多种先进的技术方法，其中单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）技术发挥了关键作用。他们利用该技术对脓毒症小鼠的肺细胞进行了全面分析，同时结合实验验证，为深入了解 TLR4 的功能提供了有力支持。此外，他们还使用了基因敲除小鼠模型，通过对比野生型和 Tlr4 基因敲除小鼠在脓毒症中的表现，进一步明确了 TLR4 的作用机制。

研究结果主要包括以下几个方面：

• TLR4 基因缺失对肺细胞转录组的影响：研究人员对 Tlr4 基因敲除小鼠和野生型小鼠进行盲肠结扎穿孔（CLP）诱导脓毒症实验，通过 scRNA - seq 分析发现，TLR4 基因缺失会导致肺细胞的转录组发生广泛改变。在野生型 CLP 组中，髓样细胞和 ECs 的数量显著增加，而在 Tlr4 基因敲除 CLP 组中，这些细胞的数量则明显减少。同时，野生型 CLP 组中炎症相关基因显著上调，而 Tlr4 基因敲除 CLP 组中这些基因的表达则受到抑制，这表明 TLR4 在脓毒症诱导的 ALI 中对肺细胞的基因表达有着重要的调控作用。
• TLR4 对脓毒症肺损伤表型的影响：通过免疫荧光染色、Western blot 等实验发现，TLR4 在野生型 CLP 小鼠的肺组织和巨噬细胞中表达显著升高。与野生型小鼠相比，Tlr4 基因敲除小鼠在 CLP 后肺损伤明显减轻，表现为细胞浸润减少、肺水肿减轻、肺损伤评分降低、中性粒细胞募集减少以及促炎细胞因子 IL - 1β 和 TNF - α 水平降低。此外，Tlr4 基因敲除小鼠的血管完整性增强，生存率也显著提高，这充分证明了 TLR4 在脓毒症诱导的 ALI 进展中起着关键作用。
• TLR4 对巨噬细胞极化的影响：对髓样细胞进行无偏聚类分析发现，脓毒症诱导的 ALI 中存在两种主要的巨噬细胞亚群。在野生型 CLP 小鼠中，促炎型巨噬细胞亚群比例较高，而在 Tlr4 基因敲除 CLP 小鼠中，抗炎型巨噬细胞亚群比例显著增加。进一步的基因表达分析和蛋白质水平验证表明，TLR4 信号通路在调节巨噬细胞极化中发挥着重要作用，Tlr4 基因敲除会使巨噬细胞从促炎表型向抗炎表型转变。
• TLR4 对巨噬细胞代谢的影响：研究发现，TLR4 信号通路会影响巨噬细胞的代谢重编程。在野生型 CLP 小鼠的巨噬细胞中，糖酵解和活性氧（ROS）生成增加，而氧化磷酸化（OXPHOS）受到抑制；而在 Tlr4 基因敲除 CLP 小鼠的巨噬细胞中，OXPHOS 活性增强，糖酵解减少，线粒体功能得到更好的维持，这表明 TLR4 在调节巨噬细胞代谢和线粒体稳态中起着关键作用。
• TLR4 对巨噬细胞胆固醇外流的影响：基因表达分析显示，Tlr4 基因敲除 CLP 小鼠的巨噬细胞中 ATP 结合盒转运体 A1（ABCA1）表达上调，胆固醇外流增强。体外实验也证实，Tlr4 基因敲除 CLP 小鼠的巨噬细胞胆固醇外流能力显著高于野生型 CLP 小鼠，同时其分泌的促炎细胞因子水平降低，这表明 TLR4 在调节巨噬细胞胆固醇外流和炎症反应中起着重要作用。
• TLR4 对巨噬细胞与 ECs/LECs 相互作用的影响：利用 CellChat 分析发现，TLR4 基因敲除会改变巨噬细胞与 ECs/LECs 之间的细胞间通讯模式。在 Tlr4 基因敲除 CLP 组中，促进血管稳态和组织修复的配体 - 受体（L - R）对表达增加，而促炎的 L - R 对表达减少，这表明 TLR4 基因敲除会使巨噬细胞与 ECs/LECs 的相互作用向支持内皮稳定性、减少炎症和促进血管完整性的方向转变。
• TLR4 对内皮细胞功能的影响：体外共培养实验表明，与野生型 CLP 小鼠的巨噬细胞共培养会导致 ECs 和 LECs 线粒体功能受损、氧化应激增加、细胞死亡增多以及紧密连接蛋白表达降低；而与 Tlr4 基因敲除 CLP 小鼠的巨噬细胞共培养则能保护内皮细胞的功能和屏障完整性。此外，研究还发现内皮细胞 TLR4 可通过直接感知脂多糖（LPS）和巨噬细胞来源的信号介导细胞损伤。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 TLR4 在脓毒症诱导的 ALI 中的复杂作用机制。TLR4 通过代谢重编程、胆固醇外流和炎症信号传导三条相互关联的途径调节巨噬细胞功能，同时通过巨噬细胞介导的炎症、增强内皮细胞对炎症信号的敏感性以及直接感知内毒素三条相互关联的机制介导内皮细胞功能障碍。这些发现不仅加深了我们对脓毒症发病机制的理解，还为脓毒症的治疗提供了新的潜在策略。

不过，研究也存在一定的局限性，scRNA - seq 数据中中性粒细胞的比例相对较低，未来需要采用其他互补的方法进一步研究中性粒细胞在脓毒症诱导的 ALI 中的动态变化及其与其他细胞类型的相互作用。但总体而言，这项研究为脓毒症的治疗开辟了新的道路，具有重要的理论和临床意义。