MyD88信号：从上游到下游机制
髓样分化初级反应蛋白88（MyD88）是Toll样受体（TLR）和白介素-1受体（IL-1R）信号传导的核心衔接蛋白。人类MYD88基因编码一个包含三个主要结构域的296个氨基酸的蛋白：C端的Toll/白介素-1受体（TIR）结构域、中间结构域（INT）和N端的死亡结构域（DD）。MyD88依赖性信号主要由TLR家族和IL-1R超家族成员启动。这些受体是I型跨膜蛋白，共享一个保守的胞质TIR结构域，该结构域在配体结合后直接与MyD88的TIR结构域相互作用。
TLR作为模式识别受体（PRR），可识别外源性病原体相关分子模式（PAMPs）或内源性危险相关分子模式（DAMPs）。MyD88是几乎所有TLR（除TLR3外）所利用的主要衔接蛋白。类似地，作为先天免疫系统的一部分，IL-1R感知免疫细胞释放的内源性IL-1家族细胞因子以调节炎症。MyD88是IL-1R发挥抗炎或促炎功能的唯一衔接蛋白。TIR结构域的同源相互作用对于信号转导的启动至关重要。
MyD88与膜受体的胞质TIR结构域结合，为随后的白介素-1受体相关激酶（IRAK）寡聚化和募集提供了平台，从而形成一个称为myddosome的超分子组织中心。结构分析显示，myddosome呈螺旋状，由6个MyD88、4个IRAK4和4个IRAK2的DD组成，将IRAK的激酶结构域拉近以进行磷酸化和激活。利用MyD88/IRAK桶状支架，myddosomes组装多种下游效应蛋白以发挥不同功能。肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6）是一个重要的E3泛素连接酶，在IRAK磷酸化后被募集并激活两条通路：1）激活TGF-β激活激酶1（TAK1），导致IκB激酶（IKK）介导的核因子-κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）介导的激活蛋白1（AP-1）转录反应；2）募集TANK结合激酶1（TBK1），导致Akt介导的糖酵解。此外，myddosomes可以通过激活干扰素调节因子（IRF）5和IRF7诱导干扰素（IFN）表达。
神经系统中MyD88的生理功能
MyD88在神经发育和脑可塑性中的功能
在果蝇中，Toll受体通过MyD88依赖性信号转导协调胚胎背-腹极性。在果蝇中枢神经系统（CNS）中，神经营养因子可作为Toll受体的配体，通过不同的衔接蛋白以空间和时间依赖性方式调节细胞存活和控制细胞数量。在哺乳动物中，MyD88和TLR在神经系统中广泛分布。新生MyD88基因敲除小鼠表现出皮层变薄、神经元密度增加，而神经胶质细胞和神经祖细胞（NPC）数量不变，表明MyD88在神经发生中起着关键作用。TLR和IL-1R都通过MyD88参与许多神经发育过程，范围从神经祖细胞动力学、突触发生到回路精细化。
脑结构可塑性是成熟大脑响应经验而改变的能力，其中成年神经发生是一个标志。在果蝇中，MyD88保持NPC静止，而另一个衔接蛋白Wek则释放MyD88介导的抑制以促进成年神经发生。在小鼠中，TLR2和TLR4以相反的方式调节海马成年神经发生：TLR2缺陷会损害海马神经发生，而TLR4缺失会导致增殖增强和神经元分化。尽管这两种TLR都利用MyD88/NF-κB信号通路，但MyD88缺陷小鼠表现出NPC增殖增强。同时，在成年全球MyD88缺陷小鼠的大脑皮层中观察到神经元和小胶质细胞数量增加以及髓鞘形成增强。然而，MyD88在特定胶质细胞、神经元或脑区内关于神经发育的精确作用仍然难以捉摸。
MyD88在认知、情绪和行为中的作用
MyD88在认知中的功能
越来越多的证据强调了MyD88在调节认知功能中的关键作用，其效果受年龄、模型背景和实验设计的影响。例如，在阿尔茨海默病（AD）模型中，10个月大的MyD88缺陷小鼠在莫里斯水迷宫中表现出改善的空间学习。相反，另一项研究发现，类似年龄的突变小鼠在使用Barnes迷宫测试评估时，表现出空间学习轻微延迟，但没有短期或长期空间记忆缺陷。相比之下，年轻的全球MyD88缺陷小鼠（2-4个月大）在Barnes迷宫、水T迷宫和被动回避测试中表现出空间和工作记忆受损。
鉴于成年神经发生对海马依赖性学习和记忆至关重要，在全局MyD88缺陷小鼠海马中观察到的神经发生增加可能直观地表明空间学习增强。然而，在解释基因敲除模型时需要谨慎。在小鼠中，TLR9激活已被证明可以增强长时程增强并改善记忆任务中的认知表现。神经元特异性删除TLR9会损害记忆，同时钝化了背景恐惧条件诱导的特定海马兴奋性CA1神经元簇中基因表达的变化。这项研究表明，在经历双链DNA损伤和TLR9介导的修复的离散神经元簇中，存在一种新的学习诱导分子事件级联，导致它们被招募到记忆回路中。这些发现表明，维持依赖于MyD88信号的TLR9炎症信号完整性，成为预防神经认知缺陷的一个有前景的策略。
MyD88在运动控制中的功能
MyD88在调节运动协调和自发活动中也起作用。全球MyD88缺陷小鼠表现出显著的运动障碍，包括在旷场测试和跑轮中运动减少，以及在杆测试和旋转杆上运动协调受损。例如，8-10周大的全球MyD88缺陷雄性小鼠在新奇旷场环境中表现出活动减少，尽管它们在家庭笼中的自发活动和自然行为基本保持不变。在各项研究中，运动减少是全球MyD88缺陷小鼠中最一致的表型发现。然而，解释这些结果需要谨慎：全局MyD88缺陷可能会增加焦虑，这是已知会混淆新环境中运动评估的一个因素。
MyD88在情绪中的功能
除了认知，MyD88信号还参与个体对压力的情绪反应。8-10周大的全球MyD88缺陷雄性小鼠在新奇旷场环境中表现出与活动减少相关的更高焦虑水平。同样，10个月大的MyD88缺陷AD模型小鼠在高架十字迷宫中表现出焦虑增加。MyD88缺陷通过调节皮质酮和脑源性神经营养因子水平，减少了强迫游泳测试中压力诱导的不动时间。相反，MyD88缺陷小鼠在悬尾和蔗糖偏好测试中表现出抑郁样表型，其前额叶皮层中血清素水平降低支持了这一点。有趣的是，病毒介导的小鼠海马谷氨酸能神经元中选择性IL-1R1删除，消除了压力诱导的社交互动和工作记忆缺陷，这种效应与MyD88介导的炎症通路有关。值得注意的是，在抑郁症患者的外周血单核细胞中，MyD88 mRNA的转录上调，表明炎症参与压力和抑郁。值得注意的是，全局MyD88缺陷可能导致神经发育障碍并导致间接表型；因此，使用MyD88的条件性基因敲除（CKO）模型将非常有益。
MyD88在睡眠中的功能
除了这些已确立的功能，MyD88信号还参与调节睡眠结构。在8-10周大的雄性小鼠中，该通路的破坏导致光相期觉醒时间延长和非快速眼动睡眠减少，这些发现表明与抑郁风险增加相关的失眠表型。
MyD88参与神经系统疾病
MyD88在神经退行性疾病中
阿尔茨海默病（AD）
AD病理学特征为细胞外淀粉样斑块和细胞内神经原纤维缠结。推动其进展的一个关键机制是MyD88依赖性神经炎症，由淀粉样蛋白-β（Aβ）聚集体和其他从退化神经元释放的DAMP（如HMGB1、S100蛋白和核酸）启动。这些DAMP通过MyD88衔接蛋白直接激活TLR，触发下游NF-κB和MAPK信号，放大小胶质细胞和星形胶质细胞的激活。MyD88在AD中的作用似乎是高度细胞类型特异性的。在小胶质细胞中，MyD88的全局缺陷或单倍剂量不足通过上调低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）增强Aβ吞噬作用，从而减少APPswe/PS1dE9转基因小鼠的斑块负荷并改善血脑屏障完整性。相反，星形胶质细胞MyD88表达与AD病理正相关；来自AD患者死后大脑的单细胞转录组数据显示其在淀粉样斑块附近富集。条件性星形胶质细胞特异性MyD88删除减轻了小鼠中Aβ42诱导的突触毒性和认知缺陷，突出了星形胶质细胞MyD88在AD进展中未被充分认识的作用。此外，神经元对可溶性Aβ寡聚体的I型干扰素反应也依赖于MyD88介导的TLR信号，确立了MyD88在多种细胞类型中的参与。
帕金森病（PD）
PD的特征是病理性的α-突触核蛋白聚集和黑质多巴胺能神经元死亡。尸检分析显示，MyD88和TLR，特别是TLR4，在人脑中广泛表达，在黑质中观察到富集。致病性α-突触核蛋白寡聚体作为有效的DAMP，以皮摩尔浓度激活TLR/MyD88信号，诱导小胶质细胞产生促炎细胞因子和活性氧。神经毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）可破坏多巴胺能神经元并在动物中诱发PD症状，已被证明可上调MyD88和TLR的表达。小鼠中MyD88的全局删除部分保护免受MPTP介导的神经毒性，尽管这种效应主要在外周神经系统而非中枢神经系统中观察到。然而，全局TLR4消融阻止了MPTP诱导的神经炎症、多巴胺能神经元死亡和行为障碍。值得注意的是，α-突触核蛋白传播是PD进展的一个关键机制，依赖于TLR2/MyD88/NF-κB激活，并可通过用wtTIDM破坏TLR2/MyD88相互作用来阻断。
肌萎缩侧索硬化（ALS）
ALS是一种致命的中枢神经系统退行性疾病，主要影响运动神经元。早期研究使用过度表达突变铜/锌超氧化物歧化酶1（SOD1）的转基因小鼠，确定了MyD88在骨髓来源的髓样细胞中的关键神经保护作用。突变SOD1蛋白通过MyD88依赖性通路激活小胶质细胞，触发与骨髓来源巨噬细胞募集到中枢神经系统相关的炎症反应。随后研究证实，突变SOD1通过TLR/MyD88依赖性途径激活小胶质细胞，炎症反应和神经元丢失的严重程度与TLR表达水平相关。
尽管有证据支持MyD88的作用，但也存在矛盾的数据。一项研究发现，虽然衔接蛋白TRIF的缺陷显著缩短了ALS小鼠的生存期并加速了疾病进展，但MyD88缺陷对病程仅有边际影响。此外，基因组研究尚未将MYD88确定为ALS的致病基因。尽管如此，最近的转录组分析强化了这些通路的重要性。通过将数千个基因组织成跨神经退行性疾病的功能性共表达网络，研究人员确定了稳定的共享模块。在这些网络中，MyD88成为连接几种疾病机制的关键调节因子，驱动免疫和生存通路，动员小胶质细胞和星形胶质细胞对抗错误折叠的蛋白质和细胞碎片。
MyD88在中枢神经系统损伤中
创伤性脑损伤（TBI）
TBI由各种机械性损伤引起，诱发原发性损伤。随后的分子和细胞级联触发炎症反应，导致继发性脑损伤的发展。原发性损伤后，从受损细胞释放出许多DAMP，包括HMGB1、HSP、ATP和核酸。在TBI患者中，创伤后大脑中检测到MyD88的mRNA和蛋白水平逐渐升高，在损伤后72小时达到峰值，并在神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中广泛分布。损伤后12小时内也观察到肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-1β（IL-1β）mRNA水平升高。TBI动物模型中的研究证实了这些发现，证明了TLR通路的上调。DAMP激活TLR以及随后募集MyD88信号在启动和调节受伤大脑的炎症反应中起着核心作用。全球MyD88缺陷小鼠在无菌皮质损伤后表现出减弱的细胞因子/趋化因子产生和病变体积减少；出乎意料的是，这种效应独立于TLR2/4信号，表明TBI中存在MyD88介导的非经典通路。随后的研究表明，TLR2/4的基因消融同样改善了小鼠模型中的继发性损伤。
同时，TLR4信号通路调节TBI后小胶质细胞的M1/M2极化。根据损伤的时间和程度，TLR4激活可能有益也可能有害，这突显了TBI后炎症反应的复杂性。更深入地了解有害的M1样和保护性的M2样小胶质细胞表型之间的转变，以及MyD88信号在此过程中的参与，将极大地推进TBI和其他神经系统疾病的临床管理。此外，神经元中的TLR4信号通过调节神经元网络兴奋性，导致脑损伤后工作记忆受损和癫痫发生。
脑卒中
脑卒中是西方世界第三大死亡原因，也是持续性残疾的最常见原因。脑缺血约占所有卒中的90%，而脑内出血约占10%。原发性脑损伤发生在卒中发作后；虽然通过快速干预通常是可逆的，但通常伴随着导致进行性脑损伤和其他并发症的多因素继发事件级联。缺血性和出血性卒中都具有从垂死细胞释放的常见DAMP，如HMGB1和HSP，尽管出血性卒中还涉及对血液成分的识别。
啮齿动物脑缺血和脑内出血模型一致证明，在小胶质细胞和神经元中，MyD88表达与TLR2/4水平一起上调。研究发现MyD88对于脂多糖（LPS）致敏的新生小鼠缺氧缺血性脑损伤至关重要；然而，在没有LPS治疗的情况下，MyD88缺失没有明显影响，可能是由于大脑不成熟。几项使用不同脑缺血模型的研究已经确定，增强的TLR2/4激活是炎症反应和脑损伤的介质，基因缺陷通过减少梗死体积和细胞因子产生来赋予神经保护作用。TLR2/TLR4通路在脑内出血中的重要性也在小鼠模型中被揭示：由血红蛋白诱导的新型TLR2/TLR4异二聚体触发出血后的炎症损伤，这个过程依赖于MyD88。值得注意的是，MyD88依赖性TLR4信号通过加速动脉瘤壁的炎症促进了颅内动脉瘤破裂的发展，在条件性和全局TLR4缺陷小鼠以及全局MyD88缺陷小鼠中都观察到较低的破裂率。因此，TLR4和MyD88信号代表了出血性中枢神经系统损伤的有前景的治疗靶点。
神经元MyD88在慢性疼痛中
急性生理性疼痛是一种与潜在或实际组织损伤相关的情绪体验。然而，当疼痛持续超过正常愈合时间线时，它转变为慢性疼痛。主要病因包括骨关节炎、持续性背痛和慢性头痛疾病。临床表现通常包括对无害刺激的疼痛敏感性增加和/或对伤害性刺激的疼痛敏感性增加，以及自发性疼痛。慢性疼痛发病机制的主要机制包括外周敏化、中枢敏化和中枢去抑制。越来越多的证据支持神经免疫相互作用和神经炎症在慢性疼痛发展中的关键作用。许多PAMP和DAMP被TLR感知，启动炎症级联，激活感觉神经元并放大伤害性信号。
初级感觉神经元中MyD88的表达模式和纤维类型异质性
免疫组织化学证据显示，MyD88在背根神经节（DRG）神经元群中广泛表达，包括小直径C纤维和大直径A纤维神经元。这与TLR在初级感觉神经元中的功能分布平行。在多种慢性疼痛动物模型中记录了感觉神经元中MyD88水平升高，包括化疗诱导的外周神经病变、慢性压迫性损伤（CCI）诱导的神经性疼痛、糖尿病神经病变、子宫内膜异位症相关痛觉过敏、急性牙髓炎和偏头痛。此外，全球MyD88缺陷小鼠在脊神经结扎后表现出减弱的触觉异常性疼痛和小胶质细胞激活，确立了MyD88在神经性疼痛进展中的致病作用。
MyD88在慢性疼痛模型中的作用
尽管MyD88广泛分布于C纤维和A纤维DRG神经元，但越来越多的证据表明，其信号在这两种神经元亚型中发挥不同的功能作用。为了验证这一假设，我们利用MyD88 CKO小鼠，在Nav1.8阳性伤害性神经元中特异性删除MyD88。使用紫杉醇诱导化疗诱导的神经性疼痛，我们发现伤害感受器MyD88对于神经性疼痛的维持是必需的，而不是其发展；这是通过调节DRG中的先天性和适应性免疫反应发生的。类似地，在完全弗氏佐剂注射后，MyD88-CKO小鼠表现出晚期炎症性疼痛减少和晚期神经性超敏反应减弱，并伴有脊髓中小胶质细胞激活减少。
