何 維
（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所）
天然免疫應(yīng)答是機(jī)體防御感染性疾病的一防線,，在過去的幾十年中曾一度被認(rèn)為只是免疫系統(tǒng)應(yīng)答外界刺激的一種低等形式，但隨著對免疫系統(tǒng)的深入了解,，非特異免疫系統(tǒng)的重要性逐慚為越來越多的人所接受，同時觸發(fā)了免疫學(xué)家對整個免疫系統(tǒng)的功能進(jìn)行重新審視,。在天然免疫中,，對于宿主而言最大的挑戰(zhàn)就是通過有限的受體迅速識別大量不同的病原體并作出應(yīng)答,。美國免疫學(xué)家Janeway提出了模式識別理論，將天然免疫針對主要靶分子信號稱作病原相關(guān)的分子模式（Pathogen-associated molecular pattern,PAMP）,；相對應(yīng)的識別受體稱為模式識別受體（pattern recognition receptor,PRR）[1],。
人們曾經(jīng)設(shè)想，由于病原體不斷地進(jìn)化,，突變會使識別的有效性逐步減弱,，但對Toll蛋白樣受體（TLR）及PAMP的發(fā)現(xiàn)則徹底改變了這一看法。PAMP主要是指廣泛存在于病原體細(xì)胞表面的分子標(biāo)志,，如酵母細(xì)胞壁上的甘露糖,，以及脂多糖、多肽糖,、胞壁酸等各種細(xì)菌的細(xì)胞壁成分等,，它們在進(jìn)化中趨于保守。TLRs是一類PRR,，一組與天然免疫密切相關(guān)的受體家族,，該家族與果蠅的Toll蛋白家族在結(jié)構(gòu)上有高度同源性。TLR通過識別不同病原體的PAMP在抗感染天然免疫中發(fā)揮重要作用,。TLR可對PAMP 進(jìn)行識別,，引發(fā)的信號傳導(dǎo)能導(dǎo)致炎癥介質(zhì)的釋放，在天然免疫防御中起重要作用[2],，并最終激活獲得性免疫系統(tǒng),。因此有人認(rèn)為TLR控制著由天然免疫向獲得性免疫的轉(zhuǎn)變[3]。
PAMP的一個重要特點是,，它是對病原體生存極為根本的結(jié)構(gòu),，因而極為保守，能滿足這一條件的PAMP可能并不多,，通過胚系編碼的有限個基因就能完成有效識別,。PAMP是很多微生物共有的一種保守分子模式，它可以被天然免疫中TLR家族成員所識別,。TLR家族到目前為止共發(fā)現(xiàn)有10類受體,，其中對由Janeway等人在1997年發(fā)現(xiàn)的TLR4分子的研究最為深入和全面。TLR4蛋白的研究被《科學(xué)觀察》（Science Watch）雜志列為2001年十大生物科學(xué)重要進(jìn)展之一,。TLR在結(jié)構(gòu)上包括胞外區(qū)富含亮氨酸的重復(fù)序列和胞內(nèi)區(qū)的與Toll及白細(xì)胞介素（IL）-1同源的TIR結(jié)構(gòu)域（Toll/IL-1 receptor homologous region,TIR）和相似的信號傳導(dǎo)分子,，即MyD98、IL-1相關(guān)蛋白激酶（IRAK）和腫瘤壞死因子受體活化因子6（TRAF6）,。近來又發(fā)現(xiàn)的一種TLR4胞槳區(qū)接頭分子TIRAP可有助于解釋MyD88非依賴的信號傳導(dǎo)途徑,。由于每個TLR相關(guān)的信號通路可能不是完全相同的，這導(dǎo)致了各自不同生物學(xué)功能的發(fā)揮,。不同TLR可以在一定程度上識別并區(qū)分不同類型的病原體,。研究表明,，TLR4可識別細(xì)茵的脂多糖（LPS），TLR2識別肽聚糖等成分,，TLR9識別細(xì)菌CpG DNA,TLR5識別鞭毛蛋白,，TLR3識別雙鏈RNA（dsRNA）。
TLR4多分布在巨噬細(xì)胞,、B/T淋巴細(xì)胞及脾臟,、肝臟、肺臟及胎盤等組織中,，主要識別革蘭氏陰性細(xì)菌表面的LPS,。隨著對TLR4的分子結(jié)構(gòu)、識別受體,、信號傳導(dǎo)途徑及基因缺陷型動物模型等研究深入,，TLR4在機(jī)體免疫系統(tǒng)中的重要性也日益得以認(rèn)識。LPS是革蘭氏陰性茵外膜成分,。LPS首先與血清的LPS結(jié)合蛋白（LPS-binding protein,LBP）結(jié)合,，然后再結(jié)合于細(xì)胞表面的CD14分子。CD14通過GPI錨定于細(xì)胞膜,。LPS以LPS－LBP-CD14三體復(fù)合物形式活化TLR4信號傳導(dǎo),。同時結(jié)合于TLR4胞外區(qū)的MD-2對LPS信號傳導(dǎo)也有重要作用。TLR4是在人類發(fā)現(xiàn)的第一個Toll相關(guān)蛋白,，其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可以通過核因子кB(NF-кB)激活細(xì)胞因子基因轉(zhuǎn)錄,，如IL-1、IL-6和IL-8,，介導(dǎo)B7家族成員表達(dá)活化,，進(jìn)而通過APC而活化Ｔ細(xì)胞[4]。
研究表明不同LPS成分的結(jié)構(gòu)會影響與TLR4分子的相互作用,，而且這種影響存在物種上的差別,，提示LPS是與TLR4直接作用的，同時也表明TLR4基因在進(jìn)化中產(chǎn)生突變而使相對高等的生物獲得了更為精確的識別能力,，這與某些研究者觀察到的TLR4基因存在多態(tài)性的結(jié)果相印證,，也為我們研究生物進(jìn)化對免疫系統(tǒng)的影響提供了新的理論依據(jù)。
TLR4分子由胞外區(qū),、穿膜區(qū)及胞內(nèi)區(qū)三部分組成。胞外區(qū)富含亮氨酸,，可與CD14分子中的亮氨酸重復(fù)序列結(jié)合而介導(dǎo)蛋白質(zhì)之間的相互作用,。胞內(nèi)區(qū)存在一段序列保守區(qū)，該序列與IL-1受體的胞內(nèi)區(qū)的保守序列有高度同源性,，被稱之為TIR,。因此,，TLR4分子也屬于IL-1受體超家族的成員。TIR區(qū)域是TLR4與其下游蛋白激酶相互作用的關(guān)鍵部位,。Irina Smirnova[5]等通過對不同種屬生物TLR4基因的序列分忻,，揭示了TLR4分子存在多態(tài)性且胞外區(qū)變化明顯高于胞內(nèi)區(qū)；大約有10％的人類TLR4分子中含有共12種稀有氨基酸,，提示TLR4分子在進(jìn)化過程發(fā)生了選擇,，而進(jìn)化選擇的結(jié)果對物種的疾病易感性的影響也是我們將要深入探討的一個問題。
越來越多的研究表明,，TLR4除了可以識別LPS,，還識別其他配體。Shmuel Shohum[6]研究小組揭示了一種真菌表面的多聚糖（GXM）可以經(jīng)TLR4和CD14識別來激活NF-кB的轉(zhuǎn)錄,，但卻不導(dǎo)致TNF-α的釋放,。另有研究[7]表明，血管外的纖維素原可以經(jīng)TLR4途徑,，促使巨噬細(xì)胞釋放趨化因子來富集T細(xì)胞,、中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞；此外,，熱休克蛋白,、呼吸道合胞病毒等均可被TLR4識別。由此可見,，TLR4在非特異性免疫中可廣泛識別配體,，既可針對入侵的病原體，也可識別改變的自身成分,，充分顯示了TLR4在識別危險信號并誘發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)中的重要性,。
眾多研究結(jié)果表明，TLR4對配體的識別需要其他蛋白的協(xié)同作用,，目前認(rèn)識較多的是CD14和MD-2分子,。CD14以GPI錨定在巨噬細(xì)胞表面或以分泌性蛋白的形式存在，是LPS的高親和力受體,，但缺乏信號傳導(dǎo)功能,。與之相反，作為LPS的低親和力受體的TLR4卻可以傳導(dǎo)刺激信號,。二者結(jié)合即可形成具備高親和力結(jié)合和信號傳導(dǎo)功能的受體復(fù)合體,。MD-2是晚近發(fā)現(xiàn)的一個可溶性蛋白分子，通過與TLR4結(jié)合來提高TLR4對LPS的敏感性,，并可增加TLR4受體的穩(wěn)定性,。
如圖所示，LPS與TLR4復(fù)合物結(jié)合后引發(fā)的下游事件主要包括以下幾個方面：①MyD88通過TIR區(qū)與TLR4胞內(nèi)區(qū)的TIR區(qū)結(jié)合，作為接頭蛋白招募IRAK(IL-1受體相關(guān)激酶); ②IRAK結(jié)合TRAF6（TNF受體相關(guān)因子從而活化TAK1;③后者引發(fā)NIK(NF-кB)誘導(dǎo)激酶）活化并與IKK α / β (1-кB激酶)形成復(fù)合物,，作用于I-Кb,使之降解而激活NF-КB;此外,，TRAF6還可以結(jié)合ECSIT，激活MAP途徑,，活化NF-кB和AP-1,。
TLR信號傳導(dǎo)通路
TLR4廣泛表達(dá)在各種淋巴細(xì)胞表面，其中既包括非特異性免疫細(xì)胞,，如巨噬細(xì)胞,、中性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞，又包括介導(dǎo)特異性免疫反應(yīng)的Ｔ淋巴細(xì)胞和Ｂ淋巴細(xì)胞,。它識別的配體既有細(xì)菌表面成分,，又有病毒和真菌的胞壁結(jié)構(gòu)。深入研究TLR4相關(guān)的配體識別,、信號傳導(dǎo),、免疫因子活化等各個環(huán)節(jié)為進(jìn)一步認(rèn)識免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能提供了新視角，并為研究疾病發(fā)生機(jī)制,、宿主對疾病的易感性等問題提出了新的啟迪,；如Ozlem Equils[8]等人晚近報道了有關(guān)細(xì)菌LPS通過TLR4途徑活化HIV的研究，為探討AIDS的病變機(jī)制提供了新的理論依據(jù),。
7年前,，著名的理論免疫學(xué)家Matzinger提出了免疫識別的危險模式理論，認(rèn)為誘發(fā)機(jī)體免疫應(yīng)答的關(guān)鍵因素是機(jī)體細(xì)胞受損后產(chǎn)生危險信號,。因而不論是自體因素發(fā)生改變,，還是外界因素產(chǎn)生影響，只要出現(xiàn)供機(jī)體識別危險信號就可以誘發(fā)效應(yīng)細(xì)胞的活化,。機(jī)體在進(jìn)化過程中產(chǎn)生了諸多機(jī)制以識別危險信號,，如巨噬細(xì)胞經(jīng)TLR受體介導(dǎo)識別PAMPs及某些改變的自身成分；T細(xì)胞經(jīng)MHC方式識別抗原,；Ｂ細(xì)胞釋放抗體中和抗原等,。綜上所述，TLR作為連接天然免疫與特異性免疫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮著極為重要的作用,。因此,，重新把目光投向TLR及天然免疫，必然會對免疫學(xué)的認(rèn)識與發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,，甚至為新型疫苗和免疫調(diào)節(jié)劑的研發(fā)均可提供新的重要理論依據(jù),。
參 考 文 獻(xiàn)
1 Ruslan Medzhitov,Charles Janeway Jr.Innate immune recognition:mechanisms and pathways.Immunological Reviews,2000,173:89-97
2 Alan Aderdm et al.Toll-like receptors in the induction of the innate immune response.Nature,2000,406:782-787
3 Terry K.et al.The biology of Toll-like receptors Cytokine Growth Factor Reviews,2000,11:219-232
4 Shizuo Akira,Kiyoshi Takeda and Tsuneyasu Kaisho.Toll-like receptors:critical proteins linking innate and acquired immunity.Nature Immunology,2001,2:675-680
5 Irina Smirnova et al.Excess of rare amino acid polymorphisms in the Toll-like receptor 4.Humans Genetics,2001,158:1657-1664
6 Stephen T.Smiley et al.Fibrinogen stimulates macrophage4 chemokine secretion through Toll-like receptor 4.J Immunol,2001,167:2887-2894
7 Shmuel Shoham et al.Toll-like receptor 4 mediates intracellular signaling without TNF -α release in response to cryptococcus neoformans polysaccharide capsule.J Immunol,2001,166:4620-4626
8 Ozlem Equils et al.Bacterial lipopolysaccharide activates HIV long terminal repeat through Toll-like receptor 4.J Immunol,166:2342-2347
---------------
轉(zhuǎn)載：http://www.cas.ac.cn/html/Books/O61BG/b1/2002/2.7%20.htm
