何 維
（中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所）
天然免疫應答是機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為只是免疫系統(tǒng)應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)了免疫學家對整個免疫系統(tǒng)的功能進行重新審視,。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答。美國免疫學家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的分子模式（Pathogen-associated molecular pattern,PAMP）,；相對應的識別受體稱為模式識別受體（pattern recognition receptor,PRR）[1]。
人們曾經(jīng)設想,，由于病原體不斷地進化,，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胞表面的分子標志,，如酵母細胞壁上的甘露糖，以及脂多糖,、多肽糖,、胞壁酸等各種細菌的細胞壁成分等，它們在進化中趨于保守,。TLRs是一類PRR,，一組與天然免疫密切相關的受體家族，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 進行識別，引發(fā)的信號傳導能導致炎癥介質(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《科學觀察》（Science Watch）雜志列為2001年十大生物科學重要進展之一,。TLR在結(jié)構(gòu)上包括胞外區(qū)富含亮氨酸的重復序列和胞內(nèi)區(qū)的與Toll及白細胞介素（IL）-1同源的TIR結(jié)構(gòu)域（Toll/IL-1 receptor homologous region,TIR）和相似的信號傳導分子，即MyD98,、IL-1相關蛋白激酶（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非依賴的信號傳導途徑,。由于每個TLR相關的信號通路可能不是完全相同的，這導致了各自不同生物學功能的發(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可識別細茵的脂多糖（LPS）,，TLR2識別肽聚糖等成分,，TLR9識別細菌CpG DNA,TLR5識別鞭毛蛋白,，TLR3識別雙鏈RNA（dsRNA）,。
TLR4多分布在巨噬細胞、B/T淋巴細胞及脾臟,、肝臟,、肺臟及胎盤等組織中，主要識別革蘭氏陰性細菌表面的LPS,。隨著對TLR4的分子結(jié)構(gòu),、識別受體、信號傳導途徑及基因缺陷型動物模型等研究深入,，TLR4在機體免疫系統(tǒng)中的重要性也日益得以認識,。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)合于細胞表面的CD14分子,。CD14通過GPI錨定于細胞膜。LPS以LPS－LBP-CD14三體復合物形式活化TLR4信號傳導,。同時結(jié)合于TLR4胞外區(qū)的MD-2對LPS信號傳導也有重要作用,。TLR4是在人類發(fā)現(xiàn)的第一個Toll相關蛋白，其信號轉(zhuǎn)導可以通過核因子кB(NF-кB)激活細胞因子基因轉(zhuǎn)錄,，如IL-1,、IL-6和IL-8，介導B7家族成員表達活化,，進而通過APC而活化Ｔ細胞[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序列結(jié)合而介導蛋白質(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分子在進化過程發(fā)生了選擇，而進化選擇的結(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,，促使巨噬細胞釋放趨化因子來富集T細胞、中性粒細胞和巨噬細胞,；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)機體免疫反應中的重要性。
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,，目前認識較多的是CD14和MD-2分子。CD14以GPI錨定在巨噬細胞表面或以分泌性蛋白的形式存在,，是LPS的高親和力受體,，但缺乏信號傳導功能。與之相反,，作為LPS的低親和力受體的TLR4卻可以傳導刺激信號,。二者結(jié)合即可形成具備高親和力結(jié)合和信號傳導功能的受體復合體。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受體相關激酶); ②IRAK結(jié)合TRAF6（TNF受體相關因子從而活化TAK1;③后者引發(fā)NIK(NF-кB)誘導激酶）活化并與IKK α / β (1-кB激酶)形成復合物,，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信號傳導通路
TLR4廣泛表達在各種淋巴細胞表面,，其中既包括非特異性免疫細胞,，如巨噬細胞、中性粒細胞和肥大細胞,，又包括介導特異性免疫反應的Ｔ淋巴細胞和Ｂ淋巴細胞,。它識別的配體既有細菌表面成分，又有病毒和真菌的胞壁結(jié)構(gòu),。深入研究TLR4相關的配體識別、信號傳導,、免疫因子活化等各個環(huán)節(jié)為進一步認識免疫系統(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細菌LPS通過TLR4途徑活化HIV的研究,，為探討AIDS的病變機制提供了新的理論依據(jù)。
7年前,，著名的理論免疫學家Matzinger提出了免疫識別的危險模式理論,，認為誘發(fā)機體免疫應答的關鍵因素是機體細胞受損后產(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)供機體識別危險信號就可以誘發(fā)效應細胞的活化。機體在進化過程中產(chǎn)生了諸多機制以識別危險信號,，如巨噬細胞經(jīng)TLR受體介導識別PAMPs及某些改變的自身成分,；T細胞經(jīng)MHC方式識別抗原；Ｂ細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,，必然會對免疫學的認識與發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響，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
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
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轉(zhuǎn)載：http://www.cas.ac.cn/html/Books/O61BG/b1/2002/2.7%20.htm
