Toll樣受體信號通路與抗病毒免疫研究進展

竇穎

[摘要]Toll樣受體（Toll-likereceptor，TLRs）是一類受體蛋白，其家族成員通過識別各自特異的病原體相關(guān)分子模式（PAMP）來啟動天然免疫和獲得性免疫應答，從而抵抗病原微生物對機體的入侵。對于TLRs在抗感染免疫中所起的作用及其可能的機制已經(jīng)進行了大量的研究。本文將對TLRs與抗病毒免疫應答的研究進行綜述，這將有助于更好地理解Toll樣受體介導的抗病毒免疫機制，為預防、干預、治療病毒感染性疾病新策略新方案的提出提供指導。

[關(guān)鍵詞]Toll樣受體；天然免疫；抗病毒免疫；信號轉(zhuǎn)導

Toll樣受體（TLR）是一類廣泛表達于哺乳動物細胞表面的跨膜信號轉(zhuǎn)導蛋白，其最初是在果蠅中被發(fā)現(xiàn)。之后Hoffmann小組成功克隆出果蠅的Toll受體，并證實其能夠識別并抑制真菌繁殖，這一發(fā)現(xiàn)，也證實了Janeway在1989年所提出的學說，即模式識別受體（patternrecognitionreceptor，PRR）可特異性的識別與其相對應的病原相關(guān)模式分子（pathogen-associatedmolecularpattern，PAMP）。其后科學家們發(fā)現(xiàn)人類同樣存在Toll受體，并有多個成員，故將其統(tǒng)稱為Toll樣受體家族（TLRs）。TLRs通過對相應PAMP的識別，來激活天然免疫系統(tǒng)，同時通過炎癥因子釋放等途徑誘導適應性免疫應答建立，來共同抵抗病原微生物的入侵，所以Toll樣受體被認為是連接天然免疫應答和獲得性免疫應答的橋梁。對于Toll受體的研究自其發(fā)現(xiàn)開始就與感染的研究密不可分，之前的研究主要集中在其對細菌感染的作用，后來由于呼吸道合胞病毒（Respiratorysyncytialvirus，RSV）的F蛋白被發(fā)現(xiàn)的為TLR4所識別的病毒性PAMP，使的TLRs與病毒感染關(guān)系的研究日益增多。

1TLR家族成員、結(jié)構(gòu)以及信號轉(zhuǎn)導途徑

1.1TLR家族成員、分布及其配體

目前為止已發(fā)現(xiàn)的TLR家族成員有13個，其中TLR1-9在人類和鼠類是相同的，而TLR10是人類所特有的，TLR11-13則是鼠類特有的。TLRs可以表達于多種免疫細胞，如單核巨噬細胞、淋巴細胞、樹突狀細胞等，另外還可以表達于氣道、泌尿道等上皮細胞。不同的TLR分別識別不同的PAMP，目前已發(fā)現(xiàn)多個PAMP能被人類Toll樣受體所識別，例如TLR4可識別細菌脂多糖（LPS）、TLR2可識別肽聚糖、TLR5可識別鞭毛蛋白。而病毒的PAMP則主要包括：多種病毒復制過程中均可產(chǎn)生的雙鏈RNA（dsRNAl、呼吸道合胞病毒F蛋白、病毒單鏈RNA（ssRNA）等。

1.2TLR結(jié)構(gòu)

TLR是主要由3個部分：胞外段、跨膜段及胞內(nèi)段所組成的Ⅰ型跨膜信號蛋白受體。Toll受體的胞外段為富含亮氨酸的重復序列（1eucine-richrepeat，LRR），用于識別各種病原微生物的PAMP。對TLR胞外段同源性研究發(fā)現(xiàn)，不同TLR之間其同源性較差，提示了不同的TLR其所識別的配體結(jié)構(gòu)各不相同。胞內(nèi)段則為高度保守的TIR（Toll-IL-1receptor）結(jié)構(gòu)域，TIR結(jié)構(gòu)域的作用是介導TLR同接頭蛋白之間的相互作用，從而活化信號通路。JinMS等人對部分TLRs的結(jié)構(gòu)進行了分析，發(fā)現(xiàn)這些TLRs的LRR呈現(xiàn)馬蹄形，同時還可以形成同型或者異型的二聚體，這種結(jié)構(gòu)可能是有利于胞內(nèi)段的TIR結(jié)構(gòu)域二聚體化，從而進行信號轉(zhuǎn)導。

1.3TLR信號轉(zhuǎn)導通路

TLRs與各自配體結(jié)合后可通過活化相應信號轉(zhuǎn)導通路活來完成相應的生物學功能。目前發(fā)現(xiàn)的TLRs信號通路有很多相似之處，但由于每個不同的TLRs所識別的PAMP不同，接頭蛋白相對特異，所以這些通路又具有各自不同的特點。Toll樣受體的信號轉(zhuǎn)導主要與其胞內(nèi)段的TIR結(jié)構(gòu)域有關(guān)，而髓樣分化因子（myeloiddifferentiationfactor88，MyD88）、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子（TRAF）等存在于TLRs信號傳導通路上的蛋白也同樣具有TIR結(jié)構(gòu)域。Toll樣受體只要與相應PAMPs識別并結(jié)合，就可以活化下游信號通路并激活轉(zhuǎn)錄因子，從而誘導多種細胞因子、趨化因子以及共刺激分子等的表達。研究發(fā)現(xiàn)，主要有兩個信號通路參與TLRs的信號轉(zhuǎn)導：MyD88依賴途徑和MyD88非依賴途徑。

1.3.1TLRs介導的MyD88依賴信號轉(zhuǎn)導途徑

髓樣分化因子（MyD88）是一種胞質(zhì)可溶性蛋白，包括N端死亡區(qū)域、中間區(qū)域及c端的Toll區(qū)三個功能區(qū)。其中c端的Toll區(qū)能與TLRs產(chǎn)生相互作用。MyD88依賴途徑是通過MyD88和IL-1相關(guān)蛋白激酶（IRAK）的互作用，即不同的TLRs與其相應PAMP結(jié)合后，導致IRAK-1磷酸化，接著高磷酸化的IRAK-1進入到胞漿，通過募集TRAF-6啟動級聯(lián)信號轉(zhuǎn)導通路，使得核因子к3（NF-кB）轉(zhuǎn)位進入細胞核而活化，NF-кB活化后導致多種細胞因子及趨化因子產(chǎn)生，最終直接殺傷侵入的病原體。目前發(fā)現(xiàn)的Toll受體中，只有TLR3不能通過MyD88途徑轉(zhuǎn)導下游信號。部分TLRs可以直接和MyD88發(fā)生作用，如TLR5、TLR7和TLR9，另外一些TLRs則需要Mal（MyD88adaptor-like）和MyD88的共同作用，如TLR2和TLR4。

1.3.2TLRs介導的MyD88非依賴信號轉(zhuǎn)導途徑

研究發(fā)現(xiàn)，當作為TLRs信號轉(zhuǎn)導通路重要組成的MyD88缺陷時，會導致Toll樣受體的功能受到損害，但并不會導致所有TLRs信號通路中斷，這就說明除了MyD88依賴途徑，TLRs信號通路還存在非MyD88依賴的途徑。在對TLR4的研究中發(fā)現(xiàn)，當TLR4與其配體LPS結(jié)合后，可以使轉(zhuǎn)錄因子干擾素調(diào)節(jié)因子3（interferonregulatefactor3，IRF3）活化，IRF3活化后可誘導IFN-β表達，之后通過IFN-p激活STAT1，最后導致Ⅰ型干擾素及其炎癥因子的表達。另外，在對MyD88基因敲除細胞的研究中發(fā)現(xiàn)，作為TLR3配體的dsRNA同樣可以活化NFqd3。多種病毒及其復制過程中產(chǎn)生的dsRNA能有效的激活I(lǐng)RF-3，IRF-3的活化可以啟動IFN-B基因的表達，從而激活后續(xù)通路。所以IRF-3在TLR3與其配體dsRNA結(jié)合后所啟動的MyD88非依賴途徑中發(fā)揮著非常重要的作用。endprint

2TLR的抗病毒免疫

病毒進入機體后，TLRs通過識別其PAMP，通過不同的途徑激活TLRs相關(guān)的下游通路，產(chǎn)生多種具有抗病毒作用的細胞因子、趨化因子等來介導抗病毒的免疫應答。目前認為能夠識別病毒的TLRs主要是TLR3、TLR7、TLR8和TLR9，其中TLR3主要識別dsRNA，TLR7/8則主要是識別ssRNA，TLR9可以識別病毒的染色體基因，如CPGDNA序列。除了上述與病毒感染較為密切的TLRs以外，研究發(fā)現(xiàn)，TLR2和TLR4也可以識別某些病毒位于包膜上的糖蛋白。另外還部分TLRs可以通過RNA解螺旋酶來識別位于細胞質(zhì)中的病毒dsRNA。

有研究發(fā)現(xiàn)，進入到細胞內(nèi)的病毒核酸成分，可以被TLR3、7、8、9等位于胞內(nèi)的Toll樣受體所識別，通過干擾素誘生成分IRF-3和Nf-kB途徑誘導Ⅰ型干擾素和促炎癥因子產(chǎn)生。某些病毒的糖蛋白，則被位于胞膜的Toll樣受體，特別是Toll樣受體4識別，經(jīng)過TRIF和TRAM途徑誘導Ⅰ型干擾素和促炎癥因子產(chǎn)生。

TLR3的特異性配體是dsRNA，已知很多病毒在感染機體后的復制過程中都可產(chǎn)生大量的dsRNA。TLR3的抗病毒機制主要是通過MyD88非依賴途徑完成的，TLR3識別病毒dsRNA后，激活I(lǐng)RF-3和NF-кB的，誘導Ⅰ型干擾素的表達和促炎癥因子的產(chǎn)生，對抗病毒的進一步感染，最終起到抗病毒的作用。在對RSV感染的呼吸道上皮細胞進行研究時發(fā)現(xiàn)，RSV感染上述細胞后，不僅使細胞內(nèi)TLR3mRNA及蛋白的表達量上調(diào)，而且可以導致TLR3在細胞膜上的分布量也隨之增加。在對RSV及人偏肺病毒（humanmetapneumovirus，hMPV）感染后TLRs表達對比的研究中發(fā)現(xiàn)，相比起hMPV，RSV能夠誘導更高的TLR3及腫瘤壞死因子-α（TNV-a）表達，這可能是RSV感染后臨床表現(xiàn)比hMPV更嚴重的部分原因。

呼吸道合胞病毒（RSV）F蛋白是第一個被發(fā)現(xiàn)的為TLR4所識別的病毒性PAMP。在對TLR4與RSV感染的研究中發(fā)現(xiàn)，RSVF蛋白在CD14的存在下與氣道上皮細胞TLR4結(jié)合后，可以通過MyD88/IRAK依賴途徑或MyD88非依賴途徑TRAM/TRIF上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子NF-rd3的表達。NF-к3遷移至細胞核內(nèi)，誘導細胞產(chǎn)生促炎癥因子（如IL-1、IL-6、及TNF-α等）和趨化因子（如CCR5、CCR11和RANTES，IP-10，MIP等）的產(chǎn)生，同時RSV感染后引起細胞分泌Ⅰ型干擾素（IFN-a/B），Ⅰ型干擾素與其受體結(jié)合后，則可以通過STAT1途徑誘導一系列趨化因子的產(chǎn)生，從而誘發(fā)氣道炎癥反應。另一方面，RSV侵入細胞并在胞內(nèi)復制，產(chǎn)生病毒蛋白，病毒蛋白可激活I(lǐng)k-B激酶，解除其對NF-к3的功能抑制作用，使NF-к3遷移至細胞核內(nèi)，同樣誘導細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄活動增加，趨化因子和前炎癥因子產(chǎn)生增加，最終引起機體產(chǎn)生天然免疫應答。有研究發(fā)現(xiàn)，不管是活的RSV還是滅活的RSV都能通過TLR4途徑激活NF-к3，從而啟動下游細胞因子和炎性因子的轉(zhuǎn)錄及翻譯，以抵抗病毒的進一步感染。在其他病毒的研究中則發(fā)現(xiàn)，乙肝病毒HBV感染后，收集周血中被乙肝病毒感染的單個核細胞，進行Toll受體的檢測，發(fā)現(xiàn)在這些細胞中TLR4的表達量明顯高于其它TLRs的表達量。

2.3TLR7/8，TLR9

TLR7/8可識別病毒的ssRNA，而TLPO可識別細菌或病毒的DNA。在識別相應的配體后，均通過MyD88依賴途徑來誘導下游信號通路的活化，最終產(chǎn)生細胞因子及炎性因子等來干擾病毒的復制，達到抵抗病毒的作用。在TLR7/8，TLR9抗病毒應答中，IRF家族起著重要的作用。其中與IRF3結(jié)構(gòu)及其相似的IRF7就在介導IFN-α的生產(chǎn)過程中起著核心作用。而普通樹突狀細胞（conventionalDC，cDC）分泌IFN-β則需要IRF1的參與。IRFl及IRF7在TLR9配體的作用下，可直接結(jié)合MyD88從而激活下游信號通路。另外，IRF8在DCs分泌IFN-a/β/γ及IL-12中也起著非常重要的作用。還有IRF5，其在TLRs介導MyD88依賴途徑中除影響IFN-a/p分泌外，在部分炎性細胞因子的產(chǎn)生中也起著非常重要的作用。在對hMPV感染小鼠后TLR的研究中則發(fā)現(xiàn)，在小鼠抗病毒免疫應答中TLR7/8通路的激活可能起著較為重要的作用。

3小結(jié)和展望

TLRs的發(fā)現(xiàn)，使人類對于天然免疫應答有了更進一步的認識。TLRs在機體抵御病原體入侵的早期就開始啟動，在病毒感染后機體的天然免疫應答和適應性免疫應答中均發(fā)揮著重要的作用。病毒侵入機體并感染宿主細胞后，LLRs通過識別特異性的PAMP并與之結(jié)合，啟動MyD88依賴性和非MyD88依賴性信號轉(zhuǎn)導途徑，誘導NF-кB的激活和核轉(zhuǎn)位，引起通路下游多種細胞因子、炎性因子的產(chǎn)生，發(fā)生炎癥反應，起到抵抗病毒的作用。但是要將這些機制應用于臨床，使其能在預防、治療病毒感染性疾病中起到更好的作用，還需要不斷深入的研究，需要理解每一個TLRs與其特異的PAMP結(jié)合后所介導的特異性的免疫應答，以及這些應答對機體所產(chǎn)生的作用。endprint