Toll蛋白最早是在果蝇体内发现的。1997年，Janeway等^[1]首次发现与果蝇同源的人的Toll蛋白，并命名为Tool样受体（Toll like receptors，TLRs），次年，Poltorak等发现了Toll样受体4（TLR4）并阐明了其基因结构和生物学作用^[2]。现今对TLRs在细菌内毒素（LPS）作用下引起的免疫毒理学作用的研究较为深入，提示TLRs对由病原体引起的免疫病理损伤也有重要的作用。至今已发现TLRs家族中的TLR1～10，其中TLR1～5的结构已经被确定，但对于TLRs的功能仅有TLR2和TLR4部分被揭示。TLR4是人们最早发现的能够直接介导机体与病原体反应的Toll样受体，目前普遍认为，TLR2主要介导Ｇ+细菌成分与机体的反应，TLR4是机体对LPS反应中的主要信号转导分子。本文主要综述对TLR4的研究进展。

 

1  TLR4的结构与分布

 

1.1结构  TLR属于Ｉ型跨膜蛋白（TypeＩtansmembrance protion），含有跨膜区和富含亮氨酸重复序列的胞外区其胞外区结构有富含亮氨酸的重复序列（LRR，Leucine-rich repeat）组成，不同TLR之间的胞外区同源性较差，提示各个TLR分子的配体各有不同结构。TLRs胞内区结构与白介素1受体1（IL-1 R1）的胞内区相似，称为TIL区（TLR/IL-R1 homologous region），其胞浆区结构与人IL-1受体的胞浆区结构很相似^[3]。

1.2分布  TLRs分布的细胞多达20余种。TLR4可表达于人胚肾细胞（HEK293）、心肌细胞^[4]、微血管内皮细胞，人气道上皮细胞、脂防细胞和肠上皮细胞等。Muzio等^[5]发现TLR4只在髓源性细胞（如单核巨噬细胞）上表达。人脐静脉内皮细胞(HUVEC)高表达TLR4，在sCD14的存在下，TLR4介导LPS与HUVEC的反应，产生选择素E、IL-6^[6]。有证据显示：在胰岛内分泌细胞中也有TLR 4表达^[7]。

 

2  TLR4的配体

 

TLRs通过识别病原微生物及其细胞壁均具有的类脂特殊结构来介导宿主相关细胞因子的分泌和天然免疫应答的产生。这一类特殊结构称为病原相关分子模式（PAMP，Pathogen associated molecular patterns），包括Ｇ-菌的LPS中的类脂Ａ，Ｇ+菌的肽聚糖、脂磷壁酸、脂阿拉伯甘露糖，分枝杆菌和疏密螺旋体的脂蛋白与脂肽，酵母菌和支原体的某些成分以及细菌DNA中非甲基化CpG基序等^[8]。不同TLR其膜外区氨基酸组成的差异决定了各自有其特征性的配体。TLR 4识别谱较窄，主要识别LPS及具有保守类脂Ａ结构的衍生物，另外还识别活结核杆菌的某些成分；另外Ohashi等报道的第一个内源性的TLR 4配基：内源性热休克蛋白60（HSP60）^[9]。

 

3  TLR4的信号传导

 

有关TLR受体激活的信号传导过程主要来自对TLR 2和TLR 4的研究，并且未发现它们胞内信号的传导机制存在明显差别。目前LPS激活TLR 4的过程部分明确，至少有两条途径：一条导致NF-κB激活；另一条导致JNK/SAPK激活。研究得较为清楚的是NF-κB激活过程：首先LPS的脂质Ａ在胞外与LPS结合蛋白（LBP）形成LPS- LBP复合物，再由LBP将LPS转移到细胞膜表面的CD14上，在分泌蛋白MD-2的作用下与TLR4结合，TLR 4聚合使得信号传导到胞内，由于TLR 4的胞内区与IL-1 R1的胞内区有高度同源性，即都有TIR区，因此TLR的胞内信号传导过程与IL-1非常相似。活化的TLR4的胞内TIR样区与接头蛋白MyD88的羧基端的TLR受体域结合，而接头蛋白MyD88通过氨基端的死域与IL-1受体相关激酶的氨基端的死域结合，两者的作用导致IRAK自身的磷酸化而激活，获得游离的IRAK和IRAK2，以及IRAK4继而激活肿瘤坏死因子受体相关因子6，通过TRAF-6使得IRAK和IRAK2连接于有丝分裂原结合蛋白激酶（MAPK）家族其中的NF-κB诱导激酶（NIK），NIK激活后会进一步活化I-κB家族α、β激酶，导致I-κB两个丝氨酸位点磷酸化，最终导致I-κB泛素化而降解，使NF-κB从静息状态下受I-κB结合的抑制状态得以解除，游离的NF-κB转位到胞核，其活性二聚体启动细胞因子如IL-1、1L-6、IL-8、IL-12等，辅助粘附分子CD80和CD86基因的转录 ^[10]。在此传导过程中: CD14无胞膜内区，不能单独完成信号的传导，研究表明，单独的LPS与TLR的亲和力相当低，约10-7～10-8mol/L，CD14在体内与LPS形成LPS-LBP-CD14复合物后亲和力明显增    高^[11]。

TLR4激活JNK/SAK途径的一些环节还不十分清楚，但MyD88对于这两条途径是必须的，该途径从MyD88处开始分叉^[12]。有关TLR信号传导通路的研究还有待进一步深入。

 

4 由TLR4介导的功能

 

4.1促进细胞因子的合成与释放，引发炎症反应

这是TLR4最突出的生物学功能。单核巨噬细胞、树突状细胞等通过膜表面表达的TLR4感受入侵病原体的PAMP刺激后，经由胞内信号传导通路，最终由进入胞核内的活化NF-κB启动核内相关基因，转导出相应的mRNA，从而合成IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及IFN-γ等细胞因子并释放到胞外，引起粒细胞、巨噬细胞趋化聚集，毛细血管通透性增高，淋巴细胞浸润等炎症反应，发挥早期免疫应答的效应。Arbour等^[13]发现83名健康志愿者吸入LPS后，52人（63%）出现高反应，而31人（37%）低反应或不反应。进一步研究发现这些低反应或不反应的人由于呼吸道上皮和肺泡巨噬细胞上的TLR4受体基因发生了错义突变，从而导致TLR 4受体胞外区对吸入的LPS反应迟钝，这从另一方面说明了TLR4在转导LPS信号中的重要作用。

另有研究显示，TLR4与CD14都是介导细胞与LPS反应的关键分子，TLR 4基因敲除小鼠对LPS不发生反应，在其巨噬细胞中重新引入野生型TLR4基因后，小鼠恢复了对LPS的反应性，少数人群对LPS的低反应性与TLR 4基因的错义突变有关^[14]。胡承香等^[15]通过实验证实：CD14在TLR4的LPS信号传导中有重要意义，CD14与TLR4具有共受体，它们之间相互作用才能完成LPS的信号转导。

4.2促进免疫细胞膜表面表达相关免疫分子，促进免疫细胞的成熟和功能化

TLR4通过LPS诱导途径活化DC，使其表达一系列处理和提呈抗原所必须的表面结构分子，而且活化的效率是很高的^[16]。

4.3抗病毒感染

Kurt-Jones等^[17]发现呼吸道合胞病毒（RSV）的一些融合蛋白能诱生促炎症细胞因子，与正常对照小鼠比较，RSV在TLR4缺陷小鼠中的复制量更多且持续时间更长，提示TLR4能促进机体对病毒的清除。Bowie等研究表明痘苗病毒通过模仿MyD88依赖的IL-1、TLR4和IL-18的信号传导通路中的起负反馈作用的短链MyD88，阻滞了NF-κB活化后的免疫效应，从而躲避免疫系统对其的清除作用，但非MyD88依赖的信号通路不受影响，提示病毒可通过影响启动天然免疫相关的TLR等信号传导途径而降低对病毒的反应，甚至处于无反应的状态^[18]。

4.4与其他TLRs间的协同作用

现已发现有些TLR对PAMP的识别有协同或拮抗的作用。有实验证实，融合的TLR2和TLR6可以抑制TLR4配体的激活过程。TLR2、TLR4与TLR9对PAMP的识别也存在着协同作用^[19]。

 

5 展望

 

作为一个新的受体家族，对TLRs的研究才刚刚起步，但从目前已得出的结论来看，它必将为科研工作者们提供更广阔的思维空间。从1997年第一个TLR分子被发现，短短几年时间，人们对TLR4的认识已经有了很多的进展，近期研究的方向主要集中在：TLR4对不同PAMP及机体自身结构的特异性识别机制；TLR4胞内信号传导机制的进一步研究，是否存在其它非NF-κB传导通路?在传导水平，活化过程如何受到体内外其它因素的调节? TLR4在机体组织细胞内的广泛分布，它是如何准确的与其他TLRs协同作用的? 对TLR4导向的抗感染（特别是抗病毒）、抗休克新型药物的研究等。

 

参 考 文 献

 

1.          Medzhitov R，Preston-Hurlburt P，Janeway CA Jr. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature 1997，388 （6640）: 394-397

2.          Poltorak A，Xialong H，Smirnovol I，et al.Defective LPSsignaling in C3 H/HeJ and C57BL10ScCr mice:mutations in Tlrs gene . Science，1998，282（5396）:2085-2088

3.          江海燕.  CD14与TLR2、TLR4在天然免疫中的相互作用.国外医学免疫学分册2004年第27卷第2期. 112-116

4.          程姝娟等.Toll样受体4在内毒素血症小鼠心肌TNFα表达中的作用初探. 中华老年多器官疾病杂志. Mar，2004，Vol.3 ，No.1

5.          Muzio M，etal.  .Immunol，2000；164:5998

6.          Wang PL，Ohuroa K. Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide signaling in gingival fibroblasts CD14 and Toll-like receptors. [ J ]. Crit Rev Oral Biol Med，2002，13（2）:132 142.

7.          Vives-Pi M，Somoza N，Fernandez-Alvarez J，et al. Evidence of exepression of endotoxin receptors CD14，tool-like receptor 2（TLR2） and TLR4 differentially activate human mast cells..Eur J Immunol，2003，33（4）:899 906

8.          Krieg AM. CpG motifs in bacterial DNA and their immune effects  . Annu Rev Immunol ，2002，20:709 760

9.          Ohashi K，Burkart V，Flohe S，et al. Cutting edge: heat shock protein 60 is a putative edogenous ligand of the toll-like receptor4 complex . J Immunol 2000，164（2）:558-551

10.       Suzuki N，Suzuki S，Duncan GS，et al.Severe impairment of interleukirrl and Toll-like receptor signaling in mice lacking IRAK-4 .Nature 2002，416（6882）:750 756.

11.       Akashi S，Ogata H，Kirikae F，et al. Regulatory roles for CD14 and phosphatidylinositol in the signaling via toll-like receptor4-MD-2 ，. Biochem  Biophys Res Commun 2000，268（1）:172 177.

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14.       Arbour NC，Lornz E，Schutte BC，etal. TLR4  mutations areassociated withendotoxin hypersporesponsive in humans.  Nat. Genet，2000，25（2）:187 191.

15.       胡承香等.CD14与TLR4相互作用的实验研究. 第三军医大学学报. 2004，Vol.26，No.10

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