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Toll样受体与自身免疫性疾病

作者:严一红周红时间:2011-03-25 14:09:09 来源:www.ksfbw.com 阅读次数:1279次 ]

【关键词】 Toll样受体；信号转导；系统性红斑狼疮；抗磷脂综合征

天然免疫系统是机体抵御病原体入侵的第一道防线。Toll样受体（tolllike receptors，TLRs）在其中发挥主导作用，它们直接识别并结合某些病原体所共有的高度保守的特定分子结构，即病原相关分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)，介导机体的天然免疫过程，并且作为桥梁连接天然免疫和获得性免疫而发挥多种作用。在特定条件下，TLRs可异常高表达并过度激活，导致机体功能紊乱，引发各种疾病，包括自身免疫性疾病。本文主要综述人类TLRs的结构、所识别的PAMPs（即配体）、介导的信号途径以及与自身免疫性疾病的关系等方面的研究进展。

1 TLRs概况

1.1 TLRs的发现

Toll 样受体的认识最早来自对果蝇的研究。果蝇的跨膜受体有4种，分别为Toll，18wheeler(18W)，Mst和STSDm2245，其中Toll是最主要的跨膜受体。最早发现的 Toll 是果蝇胚胎发育早期与背腹侧轴形成有关信号转导中的重要成分，在果蝇对抗病原微生物的感染中发挥重要作用。1997年，Medzhitov 等［1］发现哺乳动物体内有与果蝇相似的Toll蛋白，并命名为Toll 样受体（TLRs）。接着多种TLRs相继被发现，至今在哺乳动物已发现13种TLRs，而人类只表达11种TLRs(即TLR1-TLR11)［2］。不同的哺乳动物种族之间TLRs的表达仍存在细微的差异，其中 TLR19 在人类与小鼠之间存在高度保守［2］；TLR10 在人类存在活性，而小鼠 TLR10 基因的C末端由无关的序列替代，成为一无功能的假基因；与此相反，小鼠的 TLR11，12 和 13基因有功能，而人类的TLR11 基因上由于存在一终止密码子而失活。职称论文发表网

1.2 TLRs的结构与分布

人类TLRs属于I型跨膜蛋白(type I transmembrance protein)，它由胞外区、胞浆区和跨膜区三个部分组成。其胞外区有19～25个富含亮氨酸的重复序列(leucinerich repeat， LRR)，每个LRR又由24～29个氨基酸组成，此结构能促进蛋白质间的相互黏附，有利于识别病原体及其产物，不同的TLRs胞外区同源性较低，可能与其识别不同结构的配体有关［3］。TLRs的跨膜区富含半胱氨酸。TLRs的胞内区与白介素1 受体(interleukin1 receptor， IL1R)的胞内区结构相似，称为 TIR同源区（TLR/IL1R homologous region）［4］，它是Toll蛋白和IL1R向下游转导信号的核心元件。

TLRs广泛分布于多种细胞表面，但主要表达于和宿主防御功能有关的细胞，如单核巨噬细胞、粒细胞、树突状细胞、淋巴细胞、内皮细胞和上皮细胞等。根据TLRs在亚细胞的不同部位可分为两类：一类定位于胞内细胞器（如内涵体），属于此类的有TLR3,TLR7,TLR8,TLR9；另一类则是位于胞内质膜上，如TLR1,TLR2,TLR4,TLR5,TLR6,TLR10。

1.3 TLRs的配体

根据来源可将TLRs的配体分为外源性配体和内源性配体。所谓外源性配体是指来自宿主外的病原微生物成分，如细菌的脂多糖、胞壁酸、肽聚糖及病毒的核酸等；而内源性配体主要指来自宿主细胞的一些物质，如宿主细胞在应激状态或损伤时释放的热休克蛋白等。不同的TLRs亚家族识别不同的配体：TLR1与TLR2联合识别细菌的脂蛋白； TLR3识别病毒的双链 RNA和人工合成的双链 RNA聚肌胞苷酸(PolyI:C)；TLR5识别细菌的鞭毛蛋白；TLR7识别某些免疫调节剂和抗病毒制剂；TLR8的结构和功能与TLR7相似；TLR9识别细菌和病毒DNA的CpG序列(CpG DNA)［5］；TLR10的配体目前不甚清楚，基因组的研究显示，TLR10与TLR1,TLR6位于相同的基因座，可直接结合髓样分化蛋白88(myeloid differentiation protein 88，MyD88)，活化某些炎症因子［6］。

除此以外，TLR2可与TLR1,TLR6,TLR10或其他非TLRs分子形成二聚体识别多类PAMPs，包括G+细菌的肽聚糖、脂肽和脂蛋白，支原体的脂肽和真菌的酵母聚糖。TLR4可以识别多种配体，其中最主要的是来自细菌的脂多糖(lipolpolysaccharide，LPS)，另外还包括热休克蛋白60(heat shock protein 60，HSP60)［7］、热休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)［8］、热休克蛋白90(heat shock protein 90，HSP90)、纤维结合蛋白、肝素、透明质酸的寡糖、纤维蛋白原、紫杉醇(paclitaxel)等。

1.4 TLRs的激活及信号转导机制

TLRs的激活及其介导的信号转导机制一直是人们关注和探讨的重点，它对于人们认识和理解相关生理病理机制意义重大。目前认为，有两条途径参与TLRs的激活及后续信号转导，主要区别在于其接头蛋白的不同，由此分为MyD88依赖性途径和MyD88非依赖性途径［9］。

1.4.1 MyD88依赖性信号转导途径含TIR结构域的接头蛋白分子家族中第一个被鉴定的是髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)，需MyD88介导的信号途径称为MyD88依赖性途径。TLRs经MyD88介导的信号转导过程目前已研究得较为清楚，过程如下：TLR/IL1R识别配体后，发生二聚化，进而结构发生改变并募集下游的信号蛋白MyD88［10］。 MyD88通过其羧基(C)端与TIR区发生同源性相互作用，其氨基(N)端（又名死亡结构域）又招募下一个信号蛋白IL1R受体相关激酶(IL1Rassociated kinase，IRAKs)，IRAKs结合到受体复合物上随即发生自身磷酸化，与受体复合物解离后与肿瘤坏死因子受体相关因子(tumor necrosis factor receptorassociated factor，TRAF)结合，由TRAF激活NFκB诱导的激酶（NFκBinducing kinase，NIK），NIK进一步激活NFκB激酶抑制物(inhibitor of NFκB kinases，IKKs)，后者又使得NFκB的抑制成分IκB磷酸化，接着与NFκB分离。此后，NFκB进入细胞核，诱导相关基因的表达，分泌炎症因子(如 TNFα,IL6,IL8)，化学趋化因子，脂质介质等，发挥转录调控作用［11］。此外，TLR还能激活丝裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPKs)途径，包括p38，ERK和JNK，促使转录因子AP1等的生成［12］。MAPK信号通路主要参与细胞增殖、分化、转化及凋亡的调节，并与炎症、肿瘤及其他多种疾病密切相关。

1.4.2 MyD88非依赖性信号转导途径含有TIR结构域的接头蛋白除了MyD88外，还有（按被发现的时间先后）MyD88样接头蛋白（MyD88adaptorprotein，Mal）/含有TIR结构域的接头蛋白（TLR domaincontaining adaptor protein，TIRAP），TLR样受体相关的干扰素活化子（TIR domaincontaining adaptor protein inducing IFNβ，TRIF）/含TIR结构域的接头分子1(TIRcontaining adaptor molecule1，TICAM1)及TRIF相关的接头分子（TRIFrelated adaptor molecule，TRAM）［13-14］，由这些蛋白介导了MyD88非依赖性信号转导途径。MyD88非依赖性信号转导途径主要介导了TLR3的信号转导。一方面，TRIF可以激活TBK1（TRAFfamilymemberassociated NFκB activatorbinding kinase），继而使IRF3激活，诱导IFNβ基因的表达；另一方面，TRIF也可以与RIP1（receptorinteracting protein 1）相互作用，激活IKK1IKK2NEMO复合体，最终导致NFκB的激活。值得我们关注的是，TLR2和TLR4信号转导除了MyD88外，还需接头分子Mal辅助MyD88的募集。

1.5 TLRs信号转导的负调控机制

TLRs介导的免疫反应有助于机体抵抗病原体的侵袭，使其免受伤害。但是，如果免疫应答过强则会造成机体损伤，产生疾病，如自身免疫性疾病、LPS引起的内毒素休克(endotoxic shock)等。因而，就需要相应的负向调控机制以使机体处于一个相对稳定的状态。几乎在TLRs每一个信号接头蛋白处都有相应的负向调节信号蛋白存在。比如TLR4信号通路中存在一种MyD88的剪切突变体MyD88s［15］，它缺乏死亡结构域，不能招募下游的信号分子IRAK，NFκB也就不能被激活；IRAKM抑制蛋白激酶IRAKl/IRAK4与衔接蛋白MyD88解离，阻止TLR信号转导中IRAKlTRAF复合物的形成；RP105能竞争TLR4的配体而发挥负向调节作用；ST2和SIGIRR为带有TIR结构域的膜结合分子，抑制TIR信号转导中衔接蛋白TIRAP和MyD88的活性；Tollip抑制TLR2，TLR4信号通路中IRAK的自我磷酸化；β抑制蛋白（βarrestin）抑制TRAF泛素化等。这些调节蛋白在TLR介导的信号转导中形成了一个复杂的负反馈调控网络，参与机体的免疫调节。

2 TLRs与自身免疫性疾病

TLRs作为一类模式识别受体长期被认为只在天然免疫过程中发挥作用，保护机体免受侵害。然而，近年来的研究对TLRs有了许多新认识，实际上TLRs与许多疾病的病理机制密切相关。TLRs不仅识别“异己”，在特定情况下，TLRs可在细胞表面过度表达和激活，甚至识别自身组织成分，最终导致自身免疫性疾病。职称论文发表网

2.1 TLRs与系统性红斑狼疮

系统性红斑狼疮（SLE）是一种多因素、全身性自身免疫性疾病，主要侵犯心血管、皮肤、浆膜、肾脏和其他器官等，死亡率高。SLE发病机制复杂，近年的研究发现TLRs在其中也担任重要角色，主要是TLR3，TLR7和TLR9这3个亚型。

Patole 等［16］首先通过狼疮性肾炎动物模型发现TLR3 分子在肾小球系膜细胞和炎症部位的抗原提呈细胞中有表达，体内注射人工合成的干扰素诱导剂聚肌胞苷酸(PolyI:C)后，血清中的促炎因子如IL12，IL6等细胞因子明显增加。此后，他们又以PolyI:C刺激体外培养的TLR3阳性的肾小球系膜细胞，结果产生IL6及CCL2等炎症因子。这些结果都充分表明TLR3与狼疮肾炎的形成有关。

另有研究发现TLR7与SLE关系密切，TLR7可通过识别单链RNA,激活自身免疫系统。如Kiyoshi等［17］以狼疮鼠模型为研究对象，发现TLR7缺陷的lpr/lpr小鼠不产生针对自身RNA的抗体，临床表现也较正常的小鼠轻；SLE患者体内通常会有凋亡或坏死的细胞释放出核酸，而机体免疫系统又缺乏对此核酸抗原清除的能力，TLR7正是通过识别释放出的单链RNA，激活处于静止状态的自身免疫细胞而导致SLE。

此外，TLR9可特异识别双链DNA（dsDNA），在SLE发病机制中发挥重要作用。因而认为可以利用这一特性对天然免疫阶段的TLR9进行阻断，从上游抑制SLE的发生。

2.2 TLRs与抗磷脂综合征

抗磷脂综合征(antiphospholipid syndrome，APS)是一种非器官特异性自身免疫性疾病［18］，其特征为血清抗磷脂抗体（antiphospholipid antibodies，APLAs）阳性，临床主要表现为复发性动脉、静脉血栓形成，多发性流产和血小板减少症等，其中血栓形成是抗磷脂综合征主要的病理基础和突出的临床表现。之前的研究认为，抗磷脂抗体与细胞膜表面带负电的磷脂结合在APS形成中起主要作用。但近年研究表明，抗磷脂抗体并不与磷脂直接结合，而是与血浆中的某些磷脂结合蛋白（主要是β2糖蛋白I）结合，且多数APS患者血清中抗β2糖蛋白I抗体（抗β2GPI）与抗磷脂抗体呈正相关，故目前认为抗β2GPI抗体和抗磷脂抗体在APS中具有特异性。体内外研究显示，β2GPI/抗β2GPI抗体复合物可刺激血管内皮细胞、血液单核细胞及血小板等，使其释放细胞黏附分子、炎性因子、组织因子等［19-20］，从而产生炎症及高凝状态。APS患者血液单核细胞的组织因子抗原含量、活性及mRNA水平比正常人高［21］。最新研究表明，β2GPI/抗β2GPI抗体复合物对细胞的作用是通过细胞表面受体介导一系列信号转导完成的，其中涉及TLRs。Raschi等［22］研究认为抗磷脂抗体激活内皮细胞就是通过与TLRs有关的MyD88途径进行的，这与TLR4的MyD88依赖的信号转导途径相似。研究提示，β2GPI/抗β2GPI抗体复合物首先与细胞表面Annexin A2分子结合，再通过TLR4激活MyD88从而启动下游通路的活化，包括MAPK及NFκB。有关这方面的具体机制亟待探明。

另外，也有TLR2参与APS信号转导的文章报道［23］。Satta等以小鼠的胚胎成纤维细胞为对象，研究了由人的抗磷脂抗体介导的免疫细胞的活化过程。实验用TLR1,TLR2,TLR4,TLR6基因剔除的小鼠的胚胎成纤维细胞及未经处理的野生型的小鼠的胚胎成纤维细胞，分别与APS患者的抗磷脂抗体、单克隆抗β2GPIIgG及健康对照IgG进行孵育，以观察血清中相关炎性分子分泌的情况。结果发现TLR2缺陷的小鼠表达MCP1,ICAM1及 IL6的水平，与其他TLR缺陷的细胞比较有明显的降低。而将人的TLR2的基因转入TLR2缺陷的小鼠成纤维细胞中，IL6的表达是未经转染细胞的80倍，因而证实TLR2在由抗磷脂抗体介导的小鼠的成纤维细胞的活化中起了重要作用。

3 结语

TLRs作为一种重要的模式识别受体，可识别多种PAMPs，通过信号转导途径激活靶基因，导致相应的细胞因子释放，在机体防御功能上担任重要角色。TLRs的过度表达与活化将导致机体免疫功能紊乱，引发一系列疾病，其致病机制复杂，亟待探讨。随着对TLRs的深入研究，将TLRs作为靶点应用于临床疾病的诊断与治疗，必将有广阔的前景。

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