Toll样受体4信号在天然N-酰基乙醇胺及其衍生物NAE样化合物中的作用机制：基于系统检索方法的神经免疫与炎症过程影响

《Phytotherapy Research》：Toll-Like Receptor 4 Signaling in Natural N-Acylethanolamines and Derivative NAE-Like Compounds: Mechanisms and Implications for Neuroimmune and Inflammatory Processes in a Systematic Search Approach

　　

N-酰基乙醇胺是一类与内源性大麻素anandamide结构相关的内源性脂肪酸酰胺，作为生物活性脂质介质在炎症和神经炎症中发挥广泛的调控作用。在模式识别受体中，Toll样受体4在先天免疫监视中占据核心地位，可感知病原体相关分子模式如脂多糖以及损伤相关分子模式。配体结合后，TLR4触发MyD88依赖性和TRIF依赖性信号级联反应，导致核因子κB活化以及促炎细胞因子和I型干扰素的转录诱导。在该家族中，经典NAE如棕榈酰乙醇酰胺以及结构不同的NAE样衍生物代表了两组部分重叠但药效学特征不同的生物活性化合物。经典NAE主要通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体及相关核途径发挥抗炎作用。相比之下，具有不同骨架的NAE样化合物，如2-十五烷基-2-噁唑啉和N-棕榈酰-D-葡萄糖胺，可能通过与TLR4/MD-2复合物相互作用并在更上游水平调节受体激活，这一点得到基于细胞的 functional assays 和计算建模的支持。基于PRISMA指南的分析，在结肠炎、LPS诱导的全身性炎症和酒精暴饮暴露等实验模型中，一致地证明了PGA和C15OXA的抗炎功效，并将TLR4确定为其活性的关键机制节点。综上所述，这些发现描绘了内源性NAE和天然存在的NAE样化合物之间独特但部分趋同的药效学特征，支持它们作为受天然产物启发的药理学策略在调节TLR4相关炎症和神经炎症过程中的潜在相关性。

1 引言与理论基础：生物学背景与研究范围

Toll样受体4是TLR家族中最具代表性且研究最深入的成员，可识别病原体相关分子模式如脂多糖和损伤相关分子模式如高迁移率族蛋白B1。TLR4是一种跨膜受体，在先天免疫应答中发挥核心作用。它不仅在细胞膜表面与外源配体相互作用，还能与胞内配体结合，从而促进复杂的信号级联反应。该受体广泛表达于中枢和外周神经系统，主要在免疫细胞中。TLR4已被证实是大麻素类化合物的靶点，其结构由三个不同结构域组成：胞外域、跨膜域和胞质域。胞外域含有富含亮氨酸重复序列基序，作为配体相互作用的特异性位点。然而，LPS等配体并不直接与TLR4结合，受体激活需要适配蛋白髓系分化因子2。LPS/TLR4/MD-2复合物形成异二聚体，触发两条胞内信号通路，导致促炎细胞因子的产生。这两条信号通路均始于胞内适配蛋白MyD88或TRIF的结合。这些适配分子对于炎症细胞因子、I型干扰素、趋化因子和共刺激分子的产生至关重要。与其他TLR一样，TLR4作为先天免疫系统的重要组成部分发挥保护作用。然而，过度的TLR4激活已成为外周和中枢炎症即神经炎症进展以及老年人认知衰退的主要诱因之一。阿片受体激动剂是一个显著的例子，它们被证明能以非立体选择性方式激活中枢神经系统中的TLR4信号通路，从而诱发神经炎症和免疫细胞激活。这种激活可能在某种程度上导致阿片类药物引起的副作用，例如耐受性和矛盾性痛觉过敏。这些证据强调，靶向TLR4可能是调节免疫反应、控制神经炎症以及限制与免疫系统过度激活相关疾病进展的潜在方法。在此背景下，鉴定能够减弱TLR4激活的有害后果而不损害其生理保护功能的化合物仍然是一项重大挑战。N-酰基乙醇胺也称为自体局部损伤拮抗酰胺，是与内源性大麻素anandamide相关的脂肪酸酰胺家族。这些普遍存在的脂质衍生分子，其最受研究的代表是棕榈酰乙醇酰胺和油酰乙醇酰胺，发挥多种生物学功能，并在炎症和神经炎症过程中具有促消退活性。近年来，越来越多的注意力集中在结构相关的脂肪酸酰胺或环状衍生物上，它们模拟了NAE的部分生物作用。例如N-棕榈酰-D-葡萄糖胺和2-十五烷基-2-噁唑啉，这两种化合物因其抗炎和神经保护潜力而受到研究。值得注意的是，PGA是棕榈酸和氨基葡萄糖的酰胺，由某些细菌如豌豆根瘤菌产生，与LPS的脂质A部分结构相似；而C15OXA是一个带有十五烷基取代基的五元噁唑啉环，已在生咖啡豆和烘焙咖啡豆中被鉴定出来。新兴证据表明，NAE及相关的脂肪酸酰胺或环状衍生物可以通过不同的分子机制调节TLR4信号传导。PGA和C15OXA均已被证明能减少LPS刺激细胞中的NF-κB激活，分子对接研究预测了涉及MD-2共受体的结合模式。尽管外源性给予的NAE主要作为PPAR激动剂发挥作用，但它们已被报道能在炎症和神经炎症模型中使TLR4表达或活性正常化，表明这些脂质介质在先天免疫信号传导中具有更广泛的调节作用。从植物疗法和天然产物的角度来看，这些化合物特别令人感兴趣，因为几种NAE相关分子天然存在于食物或生物来源中，并显示出可能与控制炎症通路相关的药理活性。特别是，C15OXA已在生咖啡豆和烘焙咖啡豆中被鉴定出来，而PEA和OEA等NAE代表了内源性脂质介质，也可以作为天然存在的分子在药理学上加以利用。它们调节炎症通路包括TLR4相关信号的潜力，为在更广泛的植物疗法框架内考虑NAE和相关天然化合物提供了依据，同时认识到每种化合物不同的生物学起源和作用机制。

1.1 N-酰基乙醇胺及相关脂质衍生物：代谢与生物学功能

NAE是一类由长链脂肪酸与乙醇胺缀合而成的生物活性脂质分子，存在于动物和植物组织中。NAE不在细胞内储存，而是按需产生，其内源性水平通过控制其合成和降解的酶促途径进行调节。转酰基-磷酸二酯酶途径是NAE的主要生物合成途径。该途径涉及Ca²⁺依赖性N-酰基转移酶和N-酰基磷脂酰乙醇胺水解磷脂酶D，通过中间体N-酰基磷脂酰乙醇胺起作用，后者也可能有助于膜稳定。除了这条经典途径外，对NAPE-PLD缺陷小鼠的研究揭示了若干NAPE-PLD非依赖性途径。这些替代途径涉及α/β水解酶结构域包含蛋白4和甘油磷酸二酯酶家族成员等酶。NAE的降解由少数酶介导，其主要途径是通过将NAE水解成游离脂肪酸和乙醇胺。脂肪酸酰胺水解酶在此过程中发挥核心作用，尽管溶酶体酶NAE酸性酰胺酶也能催化相同的反应。重要的是，病理条件可以动态改变参与NAE生物合成和降解的酶，尽管这些变化似乎高度依赖于组织、细胞和具体环境。例如，LPS的促炎刺激已被证明能抑制巨噬细胞中NAPE-PLD的表达，导致PEA生物合成减少。此外，外周炎症和神经损伤会引起初级感觉神经元中NAPE-PLD和FAAH表达的明显但协调的变化。NAE降解的调节也受到炎症条件的影响，因为LPS诱导的巨噬细胞激活会降低NAAA表达和NAE水解活性。NAE的生物活性在很大程度上取决于其脂肪酰基链的结构，这决定了受体选择性和生理作用。NAE通过激活多种特定受体来发挥其信号功能，包括G蛋白偶联受体、离子通道和过氧化物酶体增殖物激活受体α和PPAR-γ。哺乳动物组织中含量较多的NAE包括PEA、OEA、硬脂酰乙醇酰胺和亚油酰乙醇酰胺。PEA是研究最深入的NAE之一，是AEA的更短、完全饱和的类似物，具有广泛记录的抗癫痫、抗炎、镇痛、免疫调节和神经保护作用。这些众多效应通过多种途径和作用位点发生。大多数PEA作用是由PPAR-α激活介导的，并伴随着促炎细胞因子和酶产生的减少。此外，PEA对TRPV1、GPR55和GPR119具有亲和力。PEA还以其对内源性大麻素系统的伴随效应而闻名，能够增强内源性大麻素的作用。PEA的抗炎作用已在多个实验模型的体外和体内研究中得到广泛证明。值得注意的是，PEA还能对抗与认知衰退相关的肠道炎症和肠胶质增生过程。例如，在葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎模型中，PEA已被证明能对抗肠胶质细胞激活并抑制结肠黏膜中巨噬细胞和中性粒细胞的浸润。外源性PEA给药在多种疾病模型中提供神经保护，如创伤性脑损伤、帕金森病和阿尔茨海默病。大量临床研究评估了PEA用于疼痛管理的效果，证明了其良好的安全性和有前景的镇痛效力，尤其是在以可生物吸收的微米颗粒形式给药时。OEA是油酸的衍生物，在肠道中合成，在胃肠生理学中发挥关键作用，包括调节饱腹感、脂质代谢和肠道稳态。其合成或降解的改变与肠道炎症、代谢功能障碍及相关疾病有关。OEA给药已被证明能产生由外周PPAR-α介导的厌食效应，OEA对PPAR-α的亲和力在NAE中最高。小肠中的内源性OEA水平在禁食期间下降，并在重新进食后升高，支持其作为进食后释放的饱腹因子的作用。高脂饮食会降低空肠OEA水平，可能导致肥胖中观察到的饱腹感降低和食欲亢进。在直肠中，OEA治疗减少了巨噬细胞和中性粒细胞的浸润，并有降低组织学评分和炎症细胞因子表达的趋势。OEA还被认为参与了享乐稳态的调节，通过PPAR-α激活减少啮齿动物和猴子中酒精和尼古丁的自我给药。除了PPAR-α，OEA在体外对参与摄食行为调节的GPR119具有亲和力。然而，OEA在GPR119野生型和基因敲除小鼠中均诱导了厌食效应，表明该受体并非其在体内促进饱腹感所必需的。OEA在与炎症和神经炎症过程相关的各种疾病中也显示出有益作用，例如局灶性脑缺血性损伤和大脑中动脉闭塞。在脑缺血性损伤的背景下，OEA可以通过同时减少细胞凋亡和炎症级联反应来促进神经元修复。LEA受到的关注少于其他NAE，尽管它与OEA和PEA具有相似的生物活性。大鼠空肠中LEA的内源性水平在禁食和重新进食期间比OEA、PEA和SEA高4至6倍。腹腔注射LEA可减少大鼠的食物摄入，这种效应依赖于PPAR-α激活，与OEA和PEA的效果相当。鉴于其高肠道水平，LEA的厌食效应也可能涉及GPR119，它对GPR119的活性与OEA相似，但这仍有待在GPR119基因敲除模型中得到确认。在大鼠中风模型中，外源性LEA显示出神经保护作用。在一定条件下，PEA可以环化为C15OXA，这是一种天然存在于生咖啡豆和烘焙咖啡豆中的化合物。C15OXA与PEA共享某些抗炎和镇痛作用，特别是在神经病理性疼痛模型中。然而，越来越多的证据表明C15OXA具有更广泛的精神神经病学特征，将其活性扩展到疼痛调节之外。一项结合计算和实验方法的研究表明，C15OXA作为α₂拮抗剂和组胺H₃蛋白部分激动剂，可以对抗可溶性淀粉样β_1-42脑室内注射诱导的结果。此外，C15OXA给药已被证明能减轻创伤性脑损伤、社交隔离和维生素D缺乏模型中的情感和认知障碍，包括抑郁样行为、空间和工作记忆缺陷以及社交互动缺陷。PGA是棕榈酸和氨基葡萄糖的酰胺，被认为结合了PEA和软骨保护性化合物氨基葡萄糖的作用。在炎症、关节炎和慢性疼痛的临床前模型中，PGA已被证明能减少关键促炎介质的表达，同时保持组织结构完整。这些保护作用主要通过PPAR-α激活介导，进而抑制TLR4/NLRP3/iNOS信号级联反应。PGA的一个显著特点是其在调节与肠道菌群失调相关的内脏疼痛方面的效力。在一项近期研究中，Ricciardi等人表明，PGA治疗减少了抗生素诱导的菌群失调模型中的脊髓神经元敏化和内脏疼痛。PGA还改善了情感缺陷，包括与菌群失调相关的抑郁样行为和认知障碍，突显了其在微生物群相关疾病中的潜在治疗作用。

1.2 TLR4信号传导及其病理学意义

TLR家族通过识别PAMPs和DAMPs在免疫系统中发挥关键作用，从而启动免疫反应。TLR4作为关键成员，主要检测细菌LPS和其他内源性及外源性配体，有助于免疫防御和炎症。TLR4广泛表达于免疫和非免疫细胞群体。其表达已在先天免疫细胞以及非造血实质细胞和淋巴细胞亚群中得到证实。如图2所示，TLR4结构上包含三个主要区域：一个带有富含亮氨酸重复序列的N端胞外域，用于结合配体；一个跨膜域；以及一个C端胞内TIR结构域，与MyD88和TRIF等适配蛋白相互作用以调节下游信号传导。配体与胞外域结合诱导TLR4同源二聚化。这种二聚化允许在C端招募含TIR结构域的适配蛋白，启动两条主要的下游信号通路。MyD88依赖性通路是所有TLR信号级联反应（TLR3除外）共有的，导致NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶通路的激活。激活后，MyD88招募IL-1R相关激酶，随后被磷酸化并与TNF受体相关因子6关联。该复合物激活转化生长因子β激活激酶1，进而激活MAPKs并促进NF-κB和AP-1转录因子的核转位。这诱导了促炎细胞因子如肿瘤坏死因子α、IL-6和IL-1β的表达。TRIF依赖性通路在TLR4内吞后被激活，并通过适配蛋白TRAM和TRIF进行。该通路导致TBK1和IKKε的激活，进而磷酸化IRF3，促进其核转位。IRF3诱导I型干扰素和干扰素刺激基因的表达。除了在病原体感知中的作用外，TLR4在调节炎症和神经炎症过程中发挥着核心作用。然而，不受控制或过度的TLR4激活会导致慢性炎症、神经退行性疾病和免疫相关疾病，暗示失调的TLR4活性与多种疾病有关。在代谢性疾病如肥胖和糖尿病中，持续的TLR4激活导致慢性低度炎症和胰岛素抵抗，从而驱动疾病进展。在心血管疾病中，TLR4信号传导促进血管炎症和动脉粥样硬化形成，表明其作为降低心血管风险的治疗靶点的潜力。在自身免疫性疾病如类风湿关节炎、系统性红斑狼疮和多发性硬化症中，异常的TLR4激活与先天免疫细胞的持续激活、细胞因子产生增强以及自身耐受性破坏有关，导致慢性炎症和疾病进展。在神经退行性疾病包括阿尔茨海默病和帕金森病中，异常的TLR4信号传导与小胶质细胞激活、神经炎症和神经元损伤相关，表明靶向TLR4可能有助于减轻神经退行性变。此外，在癌症中，肿瘤微环境内的TLR4信号传导促进肿瘤进展、转移和免疫逃逸，强调了其作为抗癌疗法靶点的相关性。除此之外，TLR4信号传导在感染性疾病中起着关键作用，其激活对于病原体清除至关重要，但也可能通过过度炎症反应导致脓毒症等病理状态。此外，异常的TLR4活性与慢性炎症性肠病如溃疡性结肠炎和克罗恩病有关，突出了其在肠道炎症和屏障功能障碍中的参与。重要的是，TLR4还介导宿主与其微生物群之间的相互作用，特别是在肠道中。在菌群失调期间，LPS等微生物成分可以过度激活TLR4信号传导，导致慢性炎症、肠道通透性增加和肠漏综合征。因此，精确调控TLR4信号传导对于维持免疫稳态以及防止病理性炎症和神经炎症的发生至关重要。