Toll样受体及其激动剂的研究进展

Ｔｏｌｌ样受体及其激动剂的研究进展王嘉雯　李永祥　江青艳　王丽娜△（广东省动物营养调控重点实验室，华南农业大学动物科学学院，广州５１００００）摘要　Ｔｏｌｌ样受体（Ｔｏｌｌｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｒｓ，ＴＬＲｓ）是在各种生物的各器官都广泛表达的一系列模式识别受体。微生物、病毒及一些原虫等病原体相关分子模式都能作为ＴＬＲｓ的激动剂介导机体产生先天性免疫反应，ＴＬＲｓ也能活化细胞因子介导适应性免疫反应。ＴＬＲｓ在细胞增殖，存活，凋亡和血管生成过程中起到重要作用。小鼠上现已发现１３种ＴＬＲｓ，其中有１１种以上存在于人类机体中。随着对ＴＬＲｓ研究的深入，人们发现激活ＴＬＲｓ能够产生一系列具有抗肿瘤，抗病毒作用的细胞因子，为疾病的治疗开拓了新的道路。本文对ＴＬＲｓ家族及其激动剂的最新研究进展做一综述。关键词　ＴＬＲｓ；信号通路；激动剂；功能中图分类号　Ｓ８５８　　一、ＴＬＲｓ及其信号通路ＴＬＲｓ（Ｔｏｌｌｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｒｓ，ＴＬＲｓ）作为机体内广泛存在的模式识别受体，能够感知一系列病原体如微生物、病毒、原虫等，以此介导机体的免疫应答。ＴＬＲｓ在上皮细胞、树突状细胞及巨噬细胞都有表达，广泛分布于机体各个部位，为机体对病原体的防御起到重要作用。１９９６年Ｌｅｍａｉｔｒｅ等［１］发现，果蝇的Ｔｏｌｌ样信号通路突变会显著降低真菌感染后的果蝇生存率，证明Ｔｏｌｌ受体与真菌的检测与防御有关。随后在１９９７年Ｍｅｄｚｈｉｔｏｖ等［２］发现并克隆了果蝇Ｔｏｌｌ蛋白的人类同源物，且这种同源物能在成年果蝇诱发先天免疫反应，这种在哺乳动物中果蝇Ｔｏｌｌ蛋白的同源物被定义为Ｔｏｌｌ样受体。ＴＬＲｓ是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，由胞外区，跨膜区和胞内信号转导区组成。ＴＬＲｓ胞外区富含亮氨酸重复，在每个亮氨酸重复中，保守的氨基酸残基形成了基本结构，而可变残基与病原相关分子结合。ＴＬＲｓ胞内区含有Ｔｏｌｌ和白介素受体同源的结构域（Ｔｏｌｌ／ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ１ｒｅｃｅｐｔｏｒｄｏｍｉａｎ，ＴＩＲ）信号区，当配体引起ＴＬＲｓ生成二聚体为ＴＩＲ区信号传导募集接头蛋白，如髓样分化因子８８（ｍｙｅｌｏｉｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎｐｒｉｍａｒｙｒｅｓｐｏｎｓｅｇｅｎｅ８８，ＭｙＤ８８）；ＴＩＲ结构域衔接蛋白（ＴＩＲｄｏｍａｉｎｃｏｎｔａｉｎｉｎｇａｄａｐｔｏｒｉｎｄｕｃｉｎｇ，ＴＲＩＦ）；桥联适配分子（ｂｒｉｄｇｉｎｇａｄａｐｔｏｒ，ＭＡＬ）；ＴＲＩＦ相关接头分子（Ｔｒｉｆｒｅｌａｔｅｄａｄａｐｔｏｒｍｏｌｅｃｕｌｅ，ＴＲＡＭ）；ＳＡＲＭ（ｓｔｅｒｉｌｅαａｎｄａｒｍａｄｉｌｌｏｍｏｔｉｆｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎ）［３］，最后激活核因子κＢ（ｎｕｃｌｅａｒｆａｃｔｏｒｋａｐｐａＢ，ＮＦκＢ）；ＣＪｕｎ氨基末端激酶（ＣＪｕｎａｍｉｎｏｔｅｒｍｉｎａｌｋｉｎａｓｅ，ＪＮＫ）；胞外信号调节激酶和干扰素调节因子进入细胞核调控促炎因子基因表达。ＴＬＲｓ信号传导大致分为ＭｙＤ８８和ＴＲＩＦ两个途径，ＴＬＲｓ家族的各个亚型能够激活的信号通路有一定的差异，ＴＬＲ２的配体只能激活ＭｙＤ８８依赖型信号通路，ＴＬＲ３只能通过ＴＲＩＦ依赖型信号通路激活，而ＴＬＲ４的配体既能够通过激活ＭｙＤ８８依赖型信号通路使ＴＬＲ４产生响应，也能够激活ＴＲＩＦ依赖型信号通路产生细胞因子，这可能是由不同的接头蛋白引起的（如图１）。ＭｙＤ８８是细胞质中的一种接头蛋白，能够结合ＴＬＲｓ家族除ＴＬＲ３外的所有成员，而接头蛋白ＴＲＩＦ主要是由ＴＬＲ３和ＴＬＲ４招募。图１　ＴＬＲｓ信号通路（Ｎａｒａｙａｎａｎ等．Ａｐｏｐｔｏｓｉｓ，２０１５，２０１９６～２０９）国家自然科学基金（３１６７２４６４）资助课题△通讯作者　[e-mail]·９８２·生理科学进展２０１８年第４９卷第４期　　ＴＬＲｓ激活后，ＭｙＤ８８与胞内ＴＩＲ区结合后将细胞因子ＩＲＡＫ１；ＩＲＡＫ４；ＴＲＡＦ募集到受体内，ＩＲＡＫ１与ＭｙＤ８８结合，随后ＩＲＡＫ４使ＩＲＡＫ１磷酸化。磷酸化的ＩＲＡＫ１从ＭｙＤ８８中分离出来与ＴＲＡＦ６结合，并且胞内的ＴＲＡＦ６与ＴＡＢ１、ＴＡＢ２、ＴＡＫ１结合形成复合体，形成的复合体进一步激活ＴＡＫ１。激活的ＴＡＫ１使ＩＫＫ复合体磷酸化，以此释放转录因子ＮＦκＢ入核起始转录功能，或ＴＡＫ１使ＭＫＫ磷酸化通过激活细胞核中的ＡＰ１使ＤＮＡ转录产生细胞因子。ＴＬＲｓ激活的另一个重要途径是ＴＲＩＦ途径，ＴＬＲ３以此途径激活，受体胞内ＴＩＲ区与配体结合后募集接头蛋白ＴＲＩＦ，ＴＲＩＦ激活ＴＲＡＭ３随后激活ＩＫＫ、ＴＢＫ１复合物，引起ＩＲＦ３／７磷酸化后形成二聚体入核起始转录功能。二、细胞内外的Ｔｏｌｌ样受体及其激动剂ＴＬＲｓ家族可分为细胞表面和细胞内两种，包括不同的亚型，能够识别各自的配体并激活信号传导通路。ＴＬＲｓ与配体之间通过精准的相互作用进行识别，并且一些配体能够激活多种ＴＬＲｓ甚至能激活其他先天免疫受体。（一）细胞表面ＴＬＲｓ的激动剂　ＴＬＲ１、ＴＬＲ２和ＴＬＲ６是由一个系统发育而成的不同亚家族，只有形成异源二聚体ＴＬＲ１／２或ＴＬＲ６／２才能识别配体，之后通过ＴＩＲ结构域募集接头蛋白ＴＩＲＡＰ和ＭｙＤ８８激活炎症通路，且异源二聚体的形式可以提高机体对细菌成分的识别能力。在２０００年Ｗｙｌｌｉｅ等发现ＴＬＲ１和ＴＬＲ２转染的细胞对于脑膜炎奈瑟菌释放的可溶性蛋白高度敏感，另外Ａｌｅｘｏｐｏｕｌｏｕ研究表明只有ＴＬＲ１和ＴＬＲ２共表达才能识别博氏疏螺旋体的外表面脂蛋白（ｏｕｔｅｒｓｕｒｆａｃｅｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ，ＯｓｐＡ）。除了细菌成分外红藻氨酸（ｋａｉｎｉｃａｃｉｄ，ＫＡ）［４］和紫锥菊提取物［５］（ｅｃｈｉｎａｃｅａｐｕｒｐｕｒｅａｅｘｔｒａｃｔｓ，ＥＥ）等也能激活ＴＬＲ１／２。ＴＬＲ２是ＴＬＲｓ中识别微生物病原体最多的受体，它可以识别多种微生物、病毒、宿主体内及合成的物质，且能优先参与脂肽、葡聚糖、脂磷壁酸的炎症反应，并以单独的ＴＬＲ２形式或二聚体的形式多元化地介导先天性免疫反应。ＴＬＲ２本身可以识别细菌的成分和产物，以及钩端螺旋体等真菌，此外Ｌｅｅ在２００３年发现ＴＬＲ２还能对人类巨细胞病毒的ｍｉＲＮＡ等病毒的成分产生响应，为病毒感染疾病的治疗提供了新的靶点。近年来有研究发现空气中的螨虫含有的脂肪酸结合蛋白Ｄｅｒｐ１３能够激活ＴＬＲ２引起过敏性炎症［６］。ＴＬＲ６与ＴＬＲ１一同作为ＴＬＲ２的不同亚家族需要与ＴＬＲ２结合才能对病原相关分子模式产生响应。Ｏｓａｍｕ研究表明对于支原体巨噬细胞活化的脂肽２ｋＤ（ｍｙｃｏｐｌａｓｍａｌｍａｃｒｏｐｈａｇｅａｃｔｉｖａｔｉｎｇｌｉｐｏｐｅｐｔｉｄｅ２ｋＤ，ＭＡＬＰ２）等双酰化的微生物病原体只有ＴＬＲ２与ＴＬＲ６同时存在才可进行识别，由此表明ＴＬＲ６在ＴＬＲｓ中起到分辨酰化的病原体微生物的重要作用。炭疽杆菌的主要毒素因子ＰＧＡ（ｐｏｌｙγｄｇｌｕｔａｍｉｃａｃｉｄ）是一种新发现的ＴＬＲ２／６激动剂［７］，而近来有研究报道ＴＬＲ２／６的常用激动剂ＰＡＭ２ＣＳＫ４能够作为鼠疫疫苗佐剂诱导辅助性Ｔ细胞极化增强机体免疫功能［８］。ＴＬＲ４是广泛分布于身体各种细胞表面的另一个重要的ＴＬＲｓ。革兰氏阴性菌产生的脂多糖（ｌｉｐｏｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ，ＬＰＳ）是激活ＴＬＲ４的经典配体，其具有一个特殊的脂质Ａ结构域能与ＴＬＲ４结合作为ＴＬＲ４的激动剂迅速介导炎症的产生，因此在实验中常用来建立炎症模型。而ＬＰＳ的脱毒提取物单磷酸脂质Ａ（ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌｌｉｐｉｄＡ，ＭＰＬＡ）已作为常用的免疫佐剂被更多学者认可。ＴＬＲ４激动剂种类广泛，除了细菌成分外颗粒β葡聚糖［９］、金属离子镍离子（Ｎｉ２＋）［１０］等物质都能作为ＴＬＲ４的激动剂，陆续有研究发现月桂酸（ｌａｕｒｉｃａｃｉｄ，ＬＡ）等饱和脂肪酸能以与ＬＰＳ相似的方式激活ＴＬＲ４。除了外源配体外，机体内的很多内源配体也能激活ＴＬＲ４，如白细胞衍生的骨胶蛋白［１１］、血清淀粉样蛋白Ａ３（ｓｅｒｕｍａｍｙｌｏｉｄＡ，ＳＡＡ）［１２］、高迁移率族蛋白Ｂ１（ｈｉｇｈｍｏｂｉｌｉｔｙｇｒｏｕｐｂｏｘ１，ＨＭＧＢ１）［１３］等被证实能够激活ＴＬＲ４产生细胞因子介导免疫应答，是机体稳态的重要保障。近年来植物提取物紫杉醇、当归多糖作为ＴＬＲ４的激动剂介导产生肿瘤坏死因子α（ｔｕｍｏｒｎｅｃｒｏｓｉｓｆａｃｔｏｒα，ＴＮＦα）在医学领域受到广泛关注。２００２年Ｒａｓｓａ发现小鼠乳腺瘤病毒和鼠白血病病毒等ＲＮＡ病毒也能激活ＴＬＲ４，说明病毒的核酸也能激活位于细胞表面的ＴＬＲｓ。１９９９年Ｔｉｍｏｔｈｙ发现沙门氏菌的鞭毛蛋白（ｓａｌｍｏｎｅｌｌａｔｙｐｈｉｆｌａｇｅｌｌａ，ＳＴＦ）能够介导产生ＴＮＦα，ＩＬ１β等炎症因子。在２００１年Ｈａｙａｓｈｉ发现鞭毛蛋白是由单体聚合的方法从革兰阴性菌外膜分离的大小为５５ＫＤ的蛋白质，它是以激活ＴＬＲ５来产生炎症因子的，研究表明鞭毛蛋白是抗原的同时也可作为自身的免疫佐剂，进一步增强机体的免疫机能。如今从ＳＴＦ中分离出的有效成分ＣＢＬＢ５０２作为ＴＬＲ５的激动剂具有良好的抗癌症防辐射活性［１４］。近年·０９２·生理科学进展２０１８年第４９卷第４期有发现ＨＭＧＢ１不仅能激活ＴＬＲ４，也能够激活ＴＬＲ５。ＨＭＧＢ１对ＴＬＲ５的激活会引发疼痛超敏反应［１５］，也许能成为今后对疼痛超敏反应治疗的切入点。Ａｙｌｓｗｏｒｔｈ研究发现的艾美耳球虫（Ｅｉｍｅｒｉａａｎｔｉｇｅｎ，ＥＡ）抗原及其类似物能够激活ＴＬＲ１１／１２的ＭｙＤ８８信号通路并激活自然杀伤细胞，但人类细胞缺乏ＴＬＲ１１和ＴＬＲ１２不能以此通路增强免疫响应。近年来发现刚地弓形虫抑制蛋白（ｔｏｘｏｐｌａｓｍａｇｏｎｄｉｉｐｒｏｆｉｌｉｎ，ＴｇＰＲＦ）也能够激活ＴＬＲ１１／１２介导产生ＩＬ１２［１６］。此外ＴＬＲ１１已被证明能够抑制沙门氏菌进入肠道集合淋巴结，缺乏ＴＬＲ１１的小鼠表现出类似人类沙门氏菌感染症状［１７］。（二）细胞内ＴＬＲｓ的激动剂　ＴＬＲｓ不仅分布于细胞表面，还分布于细胞内，胞内的Ｔｏｌｌ样受体家族成员有ＴＬＲ３、ＴＬＲ７、ＴＬＲ８和ＴＬＲ９，这些ＴＬＲｓ能够识别病毒的ＤＮＡ或ＲＮＡ介导机体启动先天免疫机制，为机体对病毒的抵抗贡献力量。双链ＲＮＡ（ｄｏｕｂｌｅｓｔｒａｎｄｅｄＲＮＡ，ｄｓＲＮＡ）能够激活ＴＬＲ３，通过ＴＲＩＦ信号转导途径激活核转录因子产生ＩＦＮｓ等活性因子限制病毒的复制。Ｌｅｎａ等发现ＴＬＲ３缺乏的小鼠对ｄｓＲＮＡ的相似物质聚肌苷聚胞苷酸（ｐｏｌｙｒｉｂｏｉｎｏｓｉｎｉｃ：ｐｏｌｙｒｉｂｏｃｙｔｉｄｙｌｉｃａｃｉｄ，ｐｏｌｙ（Ｉ：Ｃ））没有响应，进一步说明ｄｓＲＮＡ是ＴＬＲ３的配体激动剂，而ｐｏｌｙ（ＩＣ）ＴＬＲ３激动剂已被广泛用作抗癌疫苗的佐剂。近来也有研究发现肿瘤的胞外体ＲＮＡ也能激活ＴＬＲ３从而诱导趋化因子分泌并促进嗜中性粒细胞的募集［１８］，进一步说明ＴＬＲ３能够识别ＲＮＡ。２０１３年Ｋａｉ合成并评估了ＴＬＲ３激动剂ＲＧＣ１００，其相比于ｐｏｌｙ（ＩＣ）具有更加稳定的化学结构，确定的长度（１００ｂｐ）和分子量（６４．９ｋＤ）并具有良好的溶解度更适合作为抗癌疫苗的佐剂。在众多ＴＬＲｓ中只有ＴＬＲ７能够识别富含ＧＵ小的短链ＲＮＡ及核苷类似物。Ｌｅｅ在２００３年研究表明合成的鸟嘌呤核苷类似物也能够激活ＴＬＲ７，产生干扰素。而Ｒ８４８、Ｒ８３７、Ｓ２６３０８等咪喹莫特化合物是ＴＬＲ７的常用激动剂，能够产生α干扰素等细胞因子能够达到抗病毒抗肿瘤的效果。近年来ＴＬＲ７激动剂的合成已成为免疫领域的研究热点，Ｃｏｒｔｅｚ等人从微生物中发现并提取的天然化合物苯并萘啶（ｂｅｎｚｏｎａｐｈｔｈｙｒｉｄｉｎｅ，ＢＺＮ）能够激活ＴＬＲ７激活免疫反应。Ｒ８４８不仅可以激活ＴＬＲ７，还可以激活人类的ＴＬＲ８，但对鼠类的ＴＬＲ８没有作用。ＴＬＲ９可以被未甲基化的ＣｐＧＤＮＡ激活，细菌ＤＮＡ基因组中频繁出现未甲基化的ＧｐＧ二核