TLRs在硬骨魚中的研究進(jìn)展

王秀麗,王　輝,薛方民

（山東英才學(xué)院,濟(jì)南 250104）

TLRs在硬骨魚中的研究進(jìn)展

王秀麗,王輝,薛方民

（山東英才學(xué)院,濟(jì)南 250104）

摘要：魚類長(zhǎng)期生活在水環(huán)境中，主要依靠天然免疫系統(tǒng)來清除病原微生物的感染。天然免疫主要靠模式識(shí)別受體來發(fā)揮作用，模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors簡(jiǎn)稱PRR）在天然免疫中發(fā)揮主要作用，是無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物遺傳進(jìn)化中最保守的成分。它們的功能是識(shí)別病原體中保守的分子結(jié)構(gòu)，隨后啟動(dòng)相應(yīng)的信號(hào)途徑，激活免疫細(xì)胞，抗擊病原體的感染。TLRs（Toll-like receptors）是最重要的一類模式識(shí)別受體，不僅可以識(shí)別細(xì)菌真菌的感染，對(duì)病毒的感染也有一定的防御功能。人的基因組中包含10個(gè)TLRs，小鼠的基因組中有13個(gè)TLRs，而在魚類發(fā)現(xiàn)了至少20種TLRs，但是TLR6和10卻沒有在魚中發(fā)現(xiàn)。本文將探討不同的TLRs的配體特異性，硬骨魚中TLRs的研究進(jìn)展以及TLRs的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。

關(guān)鍵詞：模式識(shí)別受體；TLRs；硬骨魚

1　研究背景

Toll receptors最初在果蠅胚胎發(fā)育過程中發(fā)現(xiàn)，其在背腹軸建立的過程中發(fā)揮重要作用[1]，隨后發(fā)現(xiàn)這些受體與抗菌肽的合成有關(guān)，并且在果蠅對(duì)抗真菌感染免疫過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。后來Toll的同系物在人體發(fā)現(xiàn)，能夠激活某些天然免疫和適應(yīng)性免疫中起作用的相關(guān)基因的表達(dá)，基于它在結(jié)構(gòu)和功能上與Toll receptor的相似性，所以在人中命名為Toll-like receptors（TLRs）。

TLRs為I型跨膜蛋白，由胞外N-末端LRR（leucine-rich repeat，LRR）區(qū)域、跨膜區(qū)、C-末端的TIR（Toll/IL-1receptor，TIR）區(qū)域三部分構(gòu)成。LRR識(shí)別病原相關(guān)分子模式，TIR與含有該結(jié)構(gòu)域的接頭分子結(jié)合，啟動(dòng)下游的信號(hào)[2]。不同的TLR能夠識(shí)別不同的配體分子，激活不同的免疫途徑，抵抗感染。

2　哺乳動(dòng)物TLRs及相應(yīng)的配體

在人中，兩個(gè)TLRs亞家族已經(jīng)被鑒定出來。TLR1，2，4，5，6，10是細(xì)胞表面亞家族的成員，它們可以識(shí)別微生物的脂類、糖類、蛋白質(zhì)類成分。TLR3，7，8，9是核酸敏感的亞家族成員，它們識(shí)別病毒或細(xì)菌來源的核酸衍生物，主要存在于一些特殊的細(xì)胞器表面，如胞內(nèi)體，吞噬溶酶體等。目前為止，TLR11，12，13在小鼠中發(fā)現(xiàn)，但是在人的基因組中卻沒有。三種TLRs中，只有TLR11的配體被發(fā)現(xiàn)。TLR11D的配體是抑制蛋白（profilin），來自于原生動(dòng)物寄生蟲，因此TLR11也是一種細(xì)胞表面的受體。

在哺乳動(dòng)物中，TLR2能夠和TLR1或TLR6形成同源或異源的二聚體，識(shí)別來自細(xì)菌的不同配體。TLR2-TLR1可以識(shí)別二?；模鳷LR2-TLR6則可以識(shí)別三?；腫3]。另外，TLR2可以識(shí)別革蘭氏陽性菌的細(xì)胞壁的磷壁酸（LTA）和肽聚糖（PGN）、真菌的酵母聚糖、錐形蟲的tGPI-黏蛋白以及麻疹病毒的血球凝集素蛋白。哺乳動(dòng)物TLR4識(shí)別革蘭氏陰性菌外膜的LPS，以及病毒表面的蛋白質(zhì)。TLR5識(shí)別細(xì)菌鞭毛的鞭毛蛋白成分并且在鞭毛蛋白介導(dǎo)的NF-κB途徑中起重要的作用。TLR3識(shí)別雙鏈RNA，而TLR7和TLR8參與病毒的單鏈RNA和細(xì)菌病原體的識(shí)別[4]。TLR9克隆以后，由DNA引起的免疫反應(yīng)的機(jī)制也逐漸闡釋清楚。TLR9能夠識(shí)別CpG DNA，引起抗病毒反應(yīng)。

3　硬骨魚中的TLRs

硬骨魚有一個(gè)比較原始的免疫系統(tǒng)，因此比較硬骨魚和哺乳動(dòng)物天然免疫和適應(yīng)性免疫具有重要意義。在硬骨魚中，哺乳動(dòng)物的同系物TLR6和TLR10缺失，取而代之的是TLR22，它只存在于魚中。而TLR14被發(fā)現(xiàn)只存在于水生動(dòng)物中，有可能是哺乳動(dòng)物TLR6和TLR10的功能替代品。魚的TLR3不僅能夠識(shí)別病毒，也能對(duì)細(xì)菌的PAMPs發(fā)生應(yīng)答，而TLR4則在MyD88依賴的信號(hào)途徑中則扮演著抑制劑的角色。在魚中，可溶性的TLR5（TLR5S）能夠傳遞鞭毛蛋白引發(fā)的信號(hào)途徑，該信號(hào)不依賴于膜結(jié)合的TLR5（TLR5M）。在斑馬魚中發(fā)現(xiàn)兩種類型的TLR4和TLR8，在金頭鯛和大黃花魚中TLR9存在兩種剪接異構(gòu)體。斑馬魚和斑點(diǎn)叉尾鮰中的TLR18與人的TLR1具有同源性，并且與其他魚中的TLR14的同源性比較高。斑馬魚和鯉魚的TLR20與小鼠中的TLR11和TLR12的親緣關(guān)系最近，并且能夠識(shí)別來自原生動(dòng)物寄生蟲的配體。

TLR21普遍存在于鳥類、兩棲類和魚類中。在雞中缺少TLR9，而TLR21能夠識(shí)別CpG DNA，這與哺乳動(dòng)物TLR9的功能相類似。奇怪的是，TLR9和TLR21均在魚中被鑒定出來，這兩個(gè)受體在魚中的生物學(xué)功能還有待進(jìn)一步的研究。斑馬魚的TLR9和TLR21有相同的表達(dá)譜，它們共同介導(dǎo)對(duì)CpGDNA的抗菌活性。但是，TLR9和TLR21識(shí)別不同的CpG基序。TLR9偏好對(duì)GACGTT 或AACGTT基序的應(yīng)答，而TLR21則對(duì)GTCGTT有較高的反應(yīng)活性。TLR22是一種魚特異性的TLR，它能夠識(shí)別雙鏈RNA，并且在一些魚中也被克隆出來，如金頭鯛、點(diǎn)帶石斑魚、草魚、斑馬魚。與TLR3表達(dá)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面識(shí)別短的雙鏈RNA不同，TLR22表達(dá)在細(xì)胞表面識(shí)別長(zhǎng)的雙鏈RNA。TLR24只在七鰓鰻中發(fā)現(xiàn)。目前為止，TLR25在也多種魚中發(fā)現(xiàn)并克隆，系統(tǒng)進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，TLR25是TLR1家族的新成員。另外，TLR25缺少一個(gè)LRRNT帽子，但是與TLR1擁有相同數(shù)目的LRR。因此，TLR25可能與TLR2或TLR1形成異源二聚體，有可能識(shí)別的配體范圍會(huì)更加廣泛[5]。TLR26是TLR11家族的新成員，目前只在斑點(diǎn)叉尾鮰中發(fā)現(xiàn)，與TLR20的親緣關(guān)系比較近。系統(tǒng)進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，TLR26可能是TLR20的一個(gè)原始復(fù)制基因，因?yàn)閺倪M(jìn)化上來看，TLR26屬于TLR20的一個(gè)小分支；然而，關(guān)于魚中TLR26的配體還有待進(jìn)一步的研究。

4　TLRs及其相應(yīng)的信號(hào)途徑

當(dāng)TLRs通過LRR識(shí)別相應(yīng)的配體以后，TLRs被激活，相關(guān)的接頭分子會(huì)被召集到TLRs的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域TIR，從而引發(fā)不同的信號(hào)途徑。根據(jù)接頭分子的不同，TLRs信號(hào)通路可以分為兩類：MyD88依賴的途徑和MyD88非依賴（TRIF依賴的）途徑。

在MyD88依賴的途徑中，MyD88的死亡結(jié)構(gòu)域與IRAK4（IL-1 receptor-associated protein kinase 4）結(jié)合。MyD88-IRAK4復(fù)合物激活其他的IRAK家族成員IRAK2或IRAK1[51]。然而魚中卻沒有發(fā)現(xiàn)IRAK2[6]。隨后IRAK1從MyD88上解離下來，與E3泛素連接酶及TRAF6相互作用。TRAF6在E2泛素連接酶的幫助下發(fā)生自身的泛素化。泛素化以后的TRAF6與TAK1（TGF-bactivated kinase 1），TAB1（TAK1 binding proteins），TAB2形成的復(fù)合物結(jié)合。TAB1激活TAK1，再激活由IKKα、β和NEMO（IKKg/NF-κB essential modulator）組成的IκB激酶（IKK）復(fù)合物。IKKβ能將IκB激酶磷酸化，IκB能與NF-κB亞基結(jié)合，抑制NF-κB的核轉(zhuǎn)位。磷酸化的IκB與NF-κB分離，NF-κB立刻轉(zhuǎn)移到核內(nèi)影響細(xì)胞炎癥因子如TNFα、 IL-8、 IL-6、 IL-12的轉(zhuǎn)錄。除NF-κB外，其他的轉(zhuǎn)錄因子如AP-1等也在此信號(hào)通路中激活，誘導(dǎo)I型干擾素產(chǎn)生的TLR7、TLR8、TLR9其信號(hào)途徑也是MyD88依賴的方式。在TLR2和TLR4信號(hào)途徑中，TIRAP （也被稱為MAL）對(duì)TLRs和MyD88結(jié)合起著關(guān)鍵作用[7]。

在MyD88非依賴的途徑中，TRIF（也稱為 TICAM1）作為TLR3和TLR4的接頭分子，使轉(zhuǎn)錄因子IRF3和NF-κB激活。哺乳動(dòng)物中，TLR4需要TRAM（也稱為TICAM2）的參與，TRAM在TLR4和TRIF之間起著橋梁的角色。然而，TRAM卻沒有在魚中發(fā)現(xiàn)。TRIF通過TRAF3激活TBK1（TRAF-family-member-associated NF-κBactivator （TANK）binding kinase 1）。接著，TRAF3、TBK1、IKKε磷酸化IRF3，活化的IRF3轉(zhuǎn)位到核內(nèi)，誘導(dǎo)I型干擾素的產(chǎn)生。另外，哺乳動(dòng)物TRIF也能與RAF6、RIP1（receptor-interacting protein 1）結(jié)合，從而激活NF-κB信號(hào)通路[8]。然而在斑馬魚中，TRIF并不與TRAF6結(jié)合，因此，斑馬魚中通過RIP1激活NF-κB的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]Wang X, Smith C, Yin H.Targeting Toll-like receptors with small molecule agents.Chemical Society reviews.2013（42）：4859-66.

[2]O'Neill LA, Golenbock D, Bowie AG.The history of Toll-like receptors - redefining innate immunity.Nature reviews Immunology.2013（13）：453-60.

[3]Sasai M, Yamamoto M.Pathogen recognition receptors：ligands and signaling pathways by Toll-like receptors.International reviews of immunology.2013（32）：116-33.

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[5]Lv J, Huang R, Li H, Luo D, Liao L, Zhu Z, et al.Cloning and characterization of the grass carp （Ctenopharyngodon idella）Toll-like receptor 22 gene, a fish-specific gene.Fish ＆shellfish immunology.2012（32）：1022-31.

[6]Kawagoe T, Sato S, Matsushita K, Kato H, Matsui K, Kumagai Y, et al.Sequential control of Toll-like receptor-dependent responses by IRAK1 and IRAK2.Nature immunology.2008（09）：684-91.

[7]Rauta PR, Samanta M, Dash HR, Nayak B, Das S.Toll-like receptors （TLRs）in aquatic animals：signaling pathways, expressions and immune responses.Immunology letters.2014（158）：14-24.

[8]Takeda K, Akira S.Toll-like receptors in innate immunity.International immunology.2005（17）：1-14.

作者簡(jiǎn)介：王秀麗（1987-），女，山東濟(jì)南人，碩士研究生。