Toll 样受体在免疫学方面的研究进展

Toll样受体在免疫学方面的研究进展

章晓联3,潘　勤(武汉大学医学院微生物学及免疫学教研室,湖北武汉430071)

关键词:Toll样受体(Toll2LikeReceptors);天然免疫;细菌;

抗感染免疫

中图分类号:R392.11　　　　文献标识码:A

　　天然免疫分子Toll样受体(Toll2likereceptors,TLR),是一个广泛存在于昆虫、脊椎动物和植物中序列高度保守而古老的家族。目前,已克隆的人类的TLR成员有10个(即

TLR1～10),它们在天然免疫中可发挥重要的抗感染免疫

功能,并与免疫耐受、特异性抗感染免疫,以及一些疾病具有相关性。本综述介绍了有关它们在配体的识别、信号传导、免疫学方面的研究进展。

1　TLR家族的成员、组织分布及结构特点

1997年,第一个与果蝇Toll蛋白同源的人TLR(TLR4)首次得到证实。迄今,在人类已发现10种TLR(即hTLR1～10)。这些Toll样蛋白代表了一类保守的天然免疫

识别受体家族,它们通过某些信号传导途径,可导致细胞活化,激活天然免疫应答。它们的基因分别定位于第1号

(TLR5)、第3号(TLR9)[1]、第4号(TLR1、2、3、6)、第9号(TLR4)和性别X染色体(TLR7、8)[1](TLR10的染色体定

位未见报道)。TLR1分布于各类免疫细胞;TLR2、TLR4和

TLR5,主要分布于除T、B、NK细胞以外的免疫细胞;TLR3

主要表达于幼稚的树突状细胞(dendriticcells,DC)[2];

TLR629广泛表达于多种细胞[3];TLR10主要表达于淋巴样

组织中和脾脏细胞[4,5]。

人类的TLR蛋白属于Ⅰ型跨膜蛋白,由胞外区、跨膜段和胞内区3部分组成。胞外区富含亮氨酸重复序列(leuine2

richrepeats,LRR),胞内区有一个被称为Toll/IL21受体区

域(toll/IL21Rdomain,TIR),这是一个高度保守的蛋白相互作用区,与IL21R胞内结构区有高度的同源性,也称为

Toll同源结构域(tollhomologydomain,THdomain),它在TLR的信号传导中发挥着重要作用[6]。比较已知的人类10

种TLR氨基酸的相似性、进化关系和亲缘性(图1),发现

TLR1、TLR6、TLR10和TLR2较相近,TLR8、TLR7、TLR9

和TLR3较相近,TLR5与TLR4相近[4]。

2　TLR与配体的相互识别及胞内信号的传导

TLR2主要识别多种病原微生物的产物,以及革兰氏阳

性菌、分枝杆菌、螺旋体和支原体[7],也有报道TLR2的活化

收稿日期:2002-04-17;　修回日期:2002-05-30

作者介简:章晓联(1965-),女,湖北武汉市人,教授,博士后.

武汉市武昌路185号,Tel.(027)87331681通讯作者3

.Email:zhangxl65@hotmail.com

与某些致病菌的LPS有关[8,9]。TLR3可识别dsRNA[10]。

TLR4主要识别革兰氏阴性菌细胞膜上的重要成分LPS,而

且它是引起对LPS应答的主要受体,因为删除掉TLR2的小鼠细胞,可对LPS产生正常应答;而删除了TLR4基因的小鼠细胞对LPS的应答变得迟钝,不发生炎症反应[11],提示TLR4的基因结构和功能的变化与机体对LPS的耐受性密切相关。此外,热休克蛋白60(Hsp60)也可作为TLR4的内源性配体[12]。TLR5可识别病原菌的鞭毛蛋白[13,14]。

TLR9识别细菌的CpGDNA[15](deoxycytidylate2phosphate2de2oxyguanylateDNA),而且其对CpG基序(motif)的识别具有

种的特异性,即人TLR9识别的最适CpG序列是GTCGTT;而鼠TLR9识别的最适CpG序列是GACGTT[16]。

图1　人类TLR的进化关系和亲缘性(摘自Chuang,TH,Ule2

vitchRJ.BiochimBiophysActa,2001,1518:1572161)

　　TLR家族成员有其共同的胞内信号传导通路[17],包括

3个层次的信号转接,主要涉及4种信号传导分子的参与:

髓细胞样分化标志MyD88(myeloiddifferentiation

marker88)、Toll反应蛋白(toll2interactingprotein,TOLLIP)、IL21受体相关激酶(IL21R2associatedkinase,IRAK)及肿瘤

坏死因子相关因子6(TNF2receptor2associatedfactor6,

TRAF6)。第一个层次的信号转接是由MyD88或TOLLIP

来完成的。MyD88含有两个与其它信号传导分子相互作用的区域:一个区域承接TLR的活化信号(与TLR的TIR区相互作用);另一个区域则可将下游的信号传导分子IRAK召集到TLR的周围。尽管TOLLIP的作用机制并不十分清楚,但它仍可分别与TLR、IRAK相互作用。第二个层次的信号转接主要是由IRAK来执行的,IRAK召集到TLR周围并发生磷酸化,将活化信号传递给TRAF6。第三个层次的信号转接分子TRAF6活化其下游的TAK1(TGF2β2activated

kinase)和MKK6(mitogen2activatedproteinkinasekinase6)。

ISSN1007-8738细胞与分子免疫学杂志(ChinJCellMolImmunol)2002,18(5)671

随后,NF2κB、JNK(c2JunN2terminalkinase)和p38MAP激酶被分别活化,最终核内某些特定的免疫基因得以活化并表达。此外,不同的TLR成员也可活化不同的信号传导通路。如活化的TLR4可不依赖MyD88向下游进行信号传导,因为用LPS(TLR4识别)和支原体的脂肽(TLR2识别)分别刺激MyD88阴性的巨噬细胞,用LPS刺激后仍可活化这些细胞的NF2κB、JNK和p38;而用支原体的脂肽刺激则不会出现该情况[18]。又如,TLR2活化MyD88后,还可能激活Fas相关蛋白(FADD)引起细胞调亡[19]。

3　TLR与天然免疫、特异性免疫和免疫耐受的关系

TLR是一类可激活人体天然免疫,在感染早期发挥保

护性作用的重要膜受体家族,有限的TLR家族成员可对相对广泛的病原微生物进行识别,并通过胞质的TIR功能区向胞内传递信号,引起一系列免疫效应。TLR活化后,激活了NF2κB等转录因子,可引起多种与免疫有关的细胞因子分泌,如IL21、IL26、IL28、IL212、IL218和TNF2

α等。IL21、IL26和IL28能募集单核/巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细

胞到病原体所在部位,而IL212和TNF2

α能激活天然免疫细胞杀伤病原微生物。此外,TLR的活化还可诱导一氧化氮合成酶(iNOS)的转录活性,产生一氧化氮触发胞内杀菌机制。但在不同的物种中,TLR的活化与iNOS的关系并不相同。对于小鼠,TLR2的活化可引发NO依赖的抗微生物反应;对于人类,TLR2活化后引发的抗微生物反应与NO的杀伤机制无关

[20]

。

TLR能明显诱导人单核细胞系THP21中B7和IL21基

因的表达[21],对T细胞的活化产生影响。用混有弗氏佐剂

(CFA)的卵蛋白刺激MyD88阴性的小鼠,特异性T细胞的

增值和IFN2

γ的产生均会出现抑制,提示在Th1介导的特异性应答中,TLR也可能发挥重要作用。不过在相同的条件下,Th2参与的免疫应答并没有被抑制,B细胞分泌各种细胞因子的活性未受到影响[18]。在动物和人的体内,Th1往往与原核生物、病毒或其成分和代谢产物的应答相联系,

TLR家族识别的正是这一类病原。对真核生物(如某些寄生

虫)的免疫应答,大多有Th2的参与;也许正是Th1、Th2功能上的差异才会出现以上的实验结果。近来还发现,大量表达于人和鼠成熟B细胞上的RP105(一种TLR蛋白)与B细胞的活化关系密切[22]。RP105也有LRR区,但缺乏TIR区域,它可能与TLR4协同来识别LPS。有实验表明,删除掉RP105蛋白基因的B细胞对LPS的应答下降,而TLR4阴性的B细胞对LPS产生耐受。DC细胞在天然免疫和特异性免疫中均发挥着重要的作用。幼稚的DC具有吞噬功能,成熟的DC高表达MHC分子和协同刺激分子(CD80和

CD86),并将抗原呈递给T细胞。许多TLR的配体(如微生

物的脂肽[23]、肽聚糖、脂胞壁酸[24]、LPS和CpGDNA)均可诱导DC细胞的成熟,后者产生的IL212[25]又可能激活天然免疫细胞杀伤病原微生物。

TLR与免疫耐受的关系表现为TLR4基因缺失的

C57BL/10ScCr小鼠,用LPS攻击后不发生炎症反应[26],在

内毒素引起的小鼠巨噬细胞对LPS耐受中,发现小鼠巨噬细胞表面TLR4的表达下降[27]。这些研究提示,TLR4基因结构和功能的变化,与机体对LPS的耐受性密切相关,也进一步证明TLR在介导炎症反应中可能起重要作用。

4　TLR与疾病以及治疗

TLR与某些疾病也有关系,在肠炎患者的肠上皮细胞

中,可检测到TLR3和TLR4的异常表达,提示TLR表达量或位置的异常与某些疾病有关[28]。Arbour[29]报道,人的

TLR4基因普遍存在着错义突变(Asp299Gly,Thr399Ile),

从而可影响TLR4的胞外结构域,使吸入人体的LPS不致于产生高敏感反应。此外,阻断某些动物心肌细胞的TLR2,可抑制过氧化氢诱导的NF2κB及AP21的活化,同时增加了细胞的毒性作用[30],提示TLR2可能与心脏病有一定的关联。

细菌感染一直是导致患者死亡的主要原因。TLR家族的发现和其作用机制的研究,将为治疗感染性疾病提供新的思路。有人建议,用Toll信号受体作为靶向,去研究和开发防治某些重大疾病的新药[26]。目前,临床上已开始运用牛型结核杆菌BCG胞壁的骨架(BCG2CWS)、微生物的胞壁酰二肽(MDP)及未甲基化的CpGDNA片段等,作为免疫治疗的佐剂来治疗肿瘤,虽然作用机制尚未明了,但TLR家族很有可能作为佐剂的受体(如通过TLR2及TLR4诱导

DC细胞成熟),启动后续的免疫应答[31](图2)。

图2　BCG2CWS通过TLR作为免疫激活齐的作用(摘自

Azuma

I,

Seya

T.

International

Immunophar2

marmacology,2001,1:124921259)

5　展望

TLR是一新发现的古老的受体家族,从植物到果蝇再

到哺乳动物乃至人类,这一高度保守的家族的发现,有助于进一步了解生物进化的本质和动植物的胚胎发育。TLR家族在人体抗感染免疫中发挥着重要作用。它对自身和非己抗原的识别中,并没有淋巴细胞参与,从而对传统的MHC2

TCR模式提出了挑战[32]。越来越多的证据表明,TLR不仅

672ISSN1007-8738细胞与分子免疫学杂志(ChinJCellMolImmunol)2002,18(5)是参与天然免疫的重要受体,还涉及到特异性免疫、免疫耐受和某些疾病。不过,目前大多数对TLR的相关研究还局限于体外转染的细胞,如果在动物活体乃至人体复杂条件下,对TLR的生物学作用能够清楚阐明,将为研究人类的抗感染免疫、免疫耐受、自身免疫、超敏反应及疫苗佐剂等,提供新的切入点和生长点。

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