TLRs在硬骨鱼中的研究进展

王秀丽,王　辉,薛方民

（山东英才学院,济南 250104）

TLRs在硬骨鱼中的研究进展

王秀丽,王辉,薛方民

（山东英才学院,济南 250104）

摘要：鱼类长期生活在水环境中，主要依靠天然免疫系统来清除病原微生物的感染。天然免疫主要靠模式识别受体来发挥作用，模式识别受体（pattern recognition receptors简称PRR）在天然免疫中发挥主要作用，是无脊椎动物和脊椎动物遗传进化中最保守的成分。它们的功能是识别病原体中保守的分子结构，随后启动相应的信号途径，激活免疫细胞，抗击病原体的感染。TLRs（Toll-like receptors）是最重要的一类模式识别受体，不仅可以识别细菌真菌的感染，对病毒的感染也有一定的防御功能。人的基因组中包含10个TLRs，小鼠的基因组中有13个TLRs，而在鱼类发现了至少20种TLRs，但是TLR6和10却没有在鱼中发现。本文将探讨不同的TLRs的配体特异性，硬骨鱼中TLRs的研究进展以及TLRs的信号转导途径。

关键词：模式识别受体；TLRs；硬骨鱼

1　研究背景

Toll receptors最初在果蝇胚胎发育过程中发现，其在背腹轴建立的过程中发挥重要作用[1]，随后发现这些受体与抗菌肽的合成有关，并且在果蝇对抗真菌感染免疫过程中发挥关键作用。后来Toll的同系物在人体发现，能够激活某些天然免疫和适应性免疫中起作用的相关基因的表达，基于它在结构和功能上与Toll receptor的相似性，所以在人中命名为Toll-like receptors（TLRs）。

TLRs为I型跨膜蛋白，由胞外N-末端LRR（leucine-rich repeat，LRR）区域、跨膜区、C-末端的TIR（Toll/IL-1receptor，TIR）区域三部分构成。LRR识别病原相关分子模式，TIR与含有该结构域的接头分子结合，启动下游的信号[2]。不同的TLR能够识别不同的配体分子，激活不同的免疫途径，抵抗感染。

2　哺乳动物TLRs及相应的配体

在人中，两个TLRs亚家族已经被鉴定出来。TLR1，2，4，5，6，10是细胞表面亚家族的成员，它们可以识别微生物的脂类、糖类、蛋白质类成分。TLR3，7，8，9是核酸敏感的亚家族成员，它们识别病毒或细菌来源的核酸衍生物，主要存在于一些特殊的细胞器表面，如胞内体，吞噬溶酶体等。目前为止，TLR11，12，13在小鼠中发现，但是在人的基因组中却没有。三种TLRs中，只有TLR11的配体被发现。TLR11D的配体是抑制蛋白（profilin），来自于原生动物寄生虫，因此TLR11也是一种细胞表面的受体。

在哺乳动物中，TLR2能够和TLR1或TLR6形成同源或异源的二聚体，识别来自细菌的不同配体。TLR2-TLR1可以识别二酰基脂肽，而TLR2-TLR6则可以识别三酰基脂肽[3]。另外，TLR2可以识别革兰氏阳性菌的细胞壁的磷壁酸（LTA）和肽聚糖（PGN）、真菌的酵母聚糖、锥形虫的tGPI-黏蛋白以及麻疹病毒的血球凝集素蛋白。哺乳动物TLR4识别革兰氏阴性菌外膜的LPS，以及病毒表面的蛋白质。TLR5识别细菌鞭毛的鞭毛蛋白成分并且在鞭毛蛋白介导的NF-κB途径中起重要的作用。TLR3识别双链RNA，而TLR7和TLR8参与病毒的单链RNA和细菌病原体的识别[4]。TLR9克隆以后，由DNA引起的免疫反应的机制也逐渐阐释清楚。TLR9能够识别CpG DNA，引起抗病毒反应。

3　硬骨鱼中的TLRs

硬骨鱼有一个比较原始的免疫系统，因此比较硬骨鱼和哺乳动物天然免疫和适应性免疫具有重要意义。在硬骨鱼中，哺乳动物的同系物TLR6和TLR10缺失，取而代之的是TLR22，它只存在于鱼中。而TLR14被发现只存在于水生动物中，有可能是哺乳动物TLR6和TLR10的功能替代品。鱼的TLR3不仅能够识别病毒，也能对细菌的PAMPs发生应答，而TLR4则在MyD88依赖的信号途径中则扮演着抑制剂的角色。在鱼中，可溶性的TLR5（TLR5S）能够传递鞭毛蛋白引发的信号途径，该信号不依赖于膜结合的TLR5（TLR5M）。在斑马鱼中发现两种类型的TLR4和TLR8，在金头鲷和大黄花鱼中TLR9存在两种剪接异构体。斑马鱼和斑点叉尾鮰中的TLR18与人的TLR1具有同源性，并且与其他鱼中的TLR14的同源性比较高。斑马鱼和鲤鱼的TLR20与小鼠中的TLR11和TLR12的亲缘关系最近，并且能够识别来自原生动物寄生虫的配体。

TLR21普遍存在于鸟类、两栖类和鱼类中。在鸡中缺少TLR9，而TLR21能够识别CpG DNA，这与哺乳动物TLR9的功能相类似。奇怪的是，TLR9和TLR21均在鱼中被鉴定出来，这两个受体在鱼中的生物学功能还有待进一步的研究。斑马鱼的TLR9和TLR21有相同的表达谱，它们共同介导对CpGDNA的抗菌活性。但是，TLR9和TLR21识别不同的CpG基序。TLR9偏好对GACGTT 或AACGTT基序的应答，而TLR21则对GTCGTT有较高的反应活性。TLR22是一种鱼特异性的TLR，它能够识别双链RNA，并且在一些鱼中也被克隆出来，如金头鲷、点带石斑鱼、草鱼、斑马鱼。与TLR3表达在内质网表面识别短的双链RNA不同，TLR22表达在细胞表面识别长的双链RNA。TLR24只在七鳃鳗中发现。目前为止，TLR25在也多种鱼中发现并克隆，系统进化分析发现，TLR25是TLR1家族的新成员。另外，TLR25缺少一个LRRNT帽子，但是与TLR1拥有相同数目的LRR。因此，TLR25可能与TLR2或TLR1形成异源二聚体，有可能识别的配体范围会更加广泛[5]。TLR26是TLR11家族的新成员，目前只在斑点叉尾鮰中发现，与TLR20的亲缘关系比较近。系统进化分析发现，TLR26可能是TLR20的一个原始复制基因，因为从进化上来看，TLR26属于TLR20的一个小分支；然而，关于鱼中TLR26的配体还有待进一步的研究。

4　TLRs及其相应的信号途径

当TLRs通过LRR识别相应的配体以后，TLRs被激活，相关的接头分子会被召集到TLRs的胞质结构域TIR，从而引发不同的信号途径。根据接头分子的不同，TLRs信号通路可以分为两类：MyD88依赖的途径和MyD88非依赖（TRIF依赖的）途径。

在MyD88依赖的途径中，MyD88的死亡结构域与IRAK4（IL-1 receptor-associated protein kinase 4）结合。MyD88-IRAK4复合物激活其他的IRAK家族成员IRAK2或IRAK1[51]。然而鱼中却没有发现IRAK2[6]。随后IRAK1从MyD88上解离下来，与E3泛素连接酶及TRAF6相互作用。TRAF6在E2泛素连接酶的帮助下发生自身的泛素化。泛素化以后的TRAF6与TAK1（TGF-bactivated kinase 1），TAB1（TAK1 binding proteins），TAB2形成的复合物结合。TAB1激活TAK1，再激活由IKKα、β和NEMO（IKKg/NF-κB essential modulator）组成的IκB激酶（IKK）复合物。IKKβ能将IκB激酶磷酸化，IκB能与NF-κB亚基结合，抑制NF-κB的核转位。磷酸化的IκB与NF-κB分离，NF-κB立刻转移到核内影响细胞炎症因子如TNFα、 IL-8、 IL-6、 IL-12的转录。除NF-κB外，其他的转录因子如AP-1等也在此信号通路中激活，诱导I型干扰素产生的TLR7、TLR8、TLR9其信号途径也是MyD88依赖的方式。在TLR2和TLR4信号途径中，TIRAP （也被称为MAL）对TLRs和MyD88结合起着关键作用[7]。

在MyD88非依赖的途径中，TRIF（也称为 TICAM1）作为TLR3和TLR4的接头分子，使转录因子IRF3和NF-κB激活。哺乳动物中，TLR4需要TRAM（也称为TICAM2）的参与，TRAM在TLR4和TRIF之间起着桥梁的角色。然而，TRAM却没有在鱼中发现。TRIF通过TRAF3激活TBK1（TRAF-family-member-associated NF-κBactivator （TANK）binding kinase 1）。接着，TRAF3、TBK1、IKKε磷酸化IRF3，活化的IRF3转位到核内，诱导I型干扰素的产生。另外，哺乳动物TRIF也能与RAF6、RIP1（receptor-interacting protein 1）结合，从而激活NF-κB信号通路[8]。然而在斑马鱼中，TRIF并不与TRAF6结合，因此，斑马鱼中通过RIP1激活NF-κB的机制还有待进一步研究。

参考文献：

[1]Wang X, Smith C, Yin H.Targeting Toll-like receptors with small molecule agents.Chemical Society reviews.2013（42）：4859-66.

[2]O'Neill LA, Golenbock D, Bowie AG.The history of Toll-like receptors - redefining innate immunity.Nature reviews Immunology.2013（13）：453-60.

[3]Sasai M, Yamamoto M.Pathogen recognition receptors：ligands and signaling pathways by Toll-like receptors.International reviews of immunology.2013（32）：116-33.

[4]Cervantes JL, Weinerman B, Basole C, Salazar JC.TLR8：the forgotten relative revindicated.Cellular ＆molecular immunology.2012（09）：434-8.

[5]Lv J, Huang R, Li H, Luo D, Liao L, Zhu Z, et al.Cloning and characterization of the grass carp （Ctenopharyngodon idella）Toll-like receptor 22 gene, a fish-specific gene.Fish ＆shellfish immunology.2012（32）：1022-31.

[6]Kawagoe T, Sato S, Matsushita K, Kato H, Matsui K, Kumagai Y, et al.Sequential control of Toll-like receptor-dependent responses by IRAK1 and IRAK2.Nature immunology.2008（09）：684-91.

[7]Rauta PR, Samanta M, Dash HR, Nayak B, Das S.Toll-like receptors （TLRs）in aquatic animals：signaling pathways, expressions and immune responses.Immunology letters.2014（158）：14-24.

[8]Takeda K, Akira S.Toll-like receptors in innate immunity.International immunology.2005（17）：1-14.

作者简介：王秀丽（1987-），女，山东济南人，硕士研究生。