接头分子在TLRs信号传导中的作用研究进展

李婷婷，刘 阳，苏永超，杜立银,2*，王立伟

(1.内蒙古民族大学 动物科学技术学院，内蒙古 通辽 028000； 2.内蒙古高校毒物与动物疾病监控重点实验室培育基地，内蒙古 通辽 028000； 3.内蒙古通辽市科尔沁区畜牧工作站，内蒙古 通辽 028000)

接头分子在TLRs信号传导中的作用研究进展

李婷婷1，刘 阳1，苏永超1，杜立银1,2*，王立伟3

(1.内蒙古民族大学 动物科学技术学院，内蒙古 通辽 028000； 2.内蒙古高校毒物与动物疾病监控重点实验室培育基地，内蒙古 通辽 028000； 3.内蒙古通辽市科尔沁区畜牧工作站，内蒙古 通辽 028000)

接头分子在Toll样受体(Toll like receptors，TLRs)识别病原相关分子模式或损伤相关分子模式、发动和调节先天与后天免疫反应的信号传导网络中发挥着重要的生物学作用，与Toll样受体相结合后，其下游激酶和转录因子传导信号，激活细胞内核转录因子调控作用元件。TLRs接头分子的共同特征是含有TIR结构域，不同TLRs家族成员可依赖于一个或多个接头分子传导信号。对目前已确认的MyD88、MAL/TIRAP、TRIF、TRAM和SARM 5种接头分子在TLRs信号传导途径中的调控作用进行综述，以期为研究接头分子在TLRs信号传导中的作用机制提供参考。

Toll样受体； 信号传导； 接头分子； 炎性调控

Toll样受体(Toll like receptors，TLRs)主要表达于B淋巴细胞、NK细胞、单核-巨噬细胞及树突状细胞等，是连接先天性和后天性免疫反应的桥梁。TLRs识别病原相关分子模式或损伤相关分子模式后募集接头分子，通过MyD88依赖性或MyD88非依赖性/TIRF依赖性途径，激活下游信号途径效应分子，发挥细胞生物学功能。接头分子在TLRs信号传导途径中至关重要，当接头分子发生突变时会负向调控TLRs信号传导途径。研究表明，TLRs接头分子及其突变体在炎性疾病和免疫性疾病中起着关键作用，是治疗炎症性胃肠病、肝脏疾病、代谢性疾病以及一些免疫性疾病的潜在靶标[1]。因此，研究 TLRs接头分子及其突变体的特征和调控机制，对研究上述疾病的发病机制具有重要作用。鉴于此，综述了接头分子在TLRs信号传导途径的调控作用，为研究接头分子在TLRs信号传导中的作用机制提供参考。

1 TLRs生物学功能

哺乳动物TLRs家族至少有13个成员，即TLR1—13[2]。TLR1、2、4、5、6、10、11分布于细胞表面，TLR3、7、8、9则分布于内涵体、溶酶体和内质网等胞内小囊泡中，TLR12、13目前研究较少[3]。TLR4是最早发现的TLRs成员，识别配体LPS时先与LPS结合蛋白和CD14结合[4-5]，再经非共价键与MD2复合物的疏水袋状结构域结合，从而使TLR4/MD2复合物发生二聚化；TLR2识别配体时需与TLR1或TLR6形成异二聚体，或被HSP70、HSPgp96等非微生物分子激活[6-7]。TLR2和TLR4识别配体时在脂肪肝、脓毒症、动脉粥样硬化以及奶牛的乳房炎疾病发展过程中起着重要调控作用。TLR3主要识别微生物和宿主细胞核苷酸，如TLR3识别西尼罗河病毒(RSV)和脑心肌炎病毒(EMCV)的双链RNA(dsRNA)，识别dsRNA后能诱导抗病毒分子Ⅰ型干扰素IFNα和IFNβ的合成。TLR5主要表达于黏膜组织和呼吸道内皮细胞表面，可识别细菌鞭毛蛋白，在大肠杆菌引起的炎症性肠病中发挥作用。TLR7、TLR8可识别病毒单链RNA(ss-RNA)，通过信号传导途径活化IRF3、IRF7，诱导IFN和细胞因子的产生[8]，TLR7在外周血浆树突状细胞(pDCs)中表达量高，当鸡感染马立克病毒时，TLR7表达上调。TLR9识别DNA病毒或非甲基化CpG DNA序列后诱导pDCs产生炎性细胞因子和Ⅰ型IFN[9]。

2 TLRs信号传导途径

TLRs是Ⅰ型跨膜蛋白家族中的成员，分为3个功能区：富含亮氨酸重复序列的胞外区、半胱氨酸组成的跨膜区以及与Toll/IL-1R(TIR)同源的胞内区。TLRs家族所有成员都通过TIR结构域募集接头分子，活化NF-κB、有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)p38、IFN等细胞因子，最终诱导靶基因表达，介导免疫应答反应[10]。TLRs与接头分子交互作用，主要通过MyD88依赖性或MyD88非依赖性/TIRF依赖性途径向下游传导信号。除了TLR3外，所有TLRs都能与MyD88结合，通过其依赖性途径活化MAPKs和NF-κB，诱导细胞因子表达，引发细胞因子级联放大反应，从而调节炎症反应。TLR3募集TRIF，参与MyD88非依赖性信号传导途径。与其他受体不同的是，TLR4和TLR5不仅能募集MyD88还能募集TRIF，既参与MyD88依赖性途径，也参与MyD88非依赖性途径。

3 MyD88依赖性信号传导途径中的接头分子

TLR5、TLR7、TLR8和TLR9可以直接与MyD88作用，而TLR1/2、TLR2/6和TLR4不能直接结合MyD88，需要先与MAL/TIRAP结合，再向下游传导信号。若信号通路中的接头分子发生突变，其突变体能负向调控TLRs信号传导途径，介导炎症反应。

3.1 MyD88

MyD88是第1个被发现的TLRs接头分子，位于靠近TLRs的细胞质溶胶中，传导受体的激活信号。MyD88有3个功能结构域：C末端TIR结构域、N末端死亡结构域(death domain,DD)及中间结构域(intermediate domain,ID)。C末端TIR结构域与TLRs/IL-1R的TIR结构域相似，导致MyD88的TIR结构域直接或间接地与TLRs的TIR结构域结合[11-12]。TLRs识别相应配体后，与MyD88的TIR结构域相互作用，通过DD和ID募集IL-1R相关蛋白激酶(如IL-1R相关激酶4，IRAK4)，引起IRAK1磷酸化,并与TRAF6结合激活TGF，随后活化复合物TAK1与IRAK1/IRAK4、TRAF6与TAK1、TRAF6与TAB,进入下游信号传导途径，经Iκ-B激酶(IKKα-IKKβ-IKKγ)激活NF-κB或经MAPK途径中的p38和c-Jun氨基末端激酶(JNK)以及细胞外信号相关激酶1/2(ERK1/2)活化AP-1，最终诱导炎性细胞因子及IFN等基因表达[13-15]。

MyD88能直接结合IL-1R相关激酶IRAK1和IRAK4，是IRAK4诱导IRAK1磷酸化的桥梁，研究发现，缺失ID结构域的MyD88，即MyD88剪切突变体(MyD88s)，能够抑制IRAK4募集IL-1R的复合物，进而抑制IRAK4介导IRAK1磷酸化，NF-κB不能被激活；痘病毒TLR拮抗剂A52通过与IRAK2的相互作用，抑制NF-κB的活性，MyD88s负向调控TLR/IL-1R信号传导途径，抑制炎性细胞因子的产生[14]。Janssens等[16]证明，在HEK293T细胞中，MyD88s能介导JNK磷酸化，表明JNK活化途径可弥补MyD88信号传导途径的不足。

3.2 MAL/TIRAP

MAL(MyD88-adaptor like protein)是继MyD88后被发现的TLRs接头分子，N末端为磷脂酰肌醇二磷酸PIP1结构域，C末端包含TIR结构域。MAL在MyD88与TLRs之间起桥梁作用，促进TRAF6募集到质膜，是TLR2和TLR4介导MyD88依赖性信号传导途径的关键接头分子。当MAL的TIR结构域保守区的脯氨酸突变为组氨酸后，导致TLR4信号传导受到抑制[17]。人源MAL有3种突变体，分别由255个氨基酸(UPN，P58753-3)、235个氨基酸(UPN，P58753-2)和221个氨基酸(UPN，P58753-1)构成；鼠源MAL只发现1种由241个氨基酸(UPN，Q99JY1)构成的突变体。此外，人源MAL突变体S180L的研究也比较广泛，研究发现，S180L突变体有利于机体抵抗某些感染性疾病，如系统性红斑狼疮和结核[17]，随后Bart等[18]发现，机体感染肺结核和链球菌性肺炎时，携带杂合MAL基因的个体发病率减少50%。除了MAL S180L突变体外，上述人源和鼠源MAL的突变体是否有利于机体抵抗感染性疾病有待进一步证明。

4 MyD88非依赖性信号传导途径中的接头分子

MyD88非依赖性信号传导途径也被称为TRIF依赖性信号传导途径，此途径中涉及3种接头分子：TRIF、TRAM和SARM。TLR3、TLR4和TLR5介导TRIF依赖性信号传导途径，TLR3和TLR5可直接结合TRIF，TLR4则以TRAM作为桥梁与TRIF结合。而SARM是一个能够抑制TRIF依赖性信号传导途径的接头分子。此外，研究发现， TRIF和TRAM突变体也能抑制TRIF依赖性信号传导途径。

4.1 TRIF

TRIF是一种分子质量大小为80 ku的接头分子，在TLRs信号传导途径中起到不可代替的作用。TRIF共有3个功能结构域：TIR结构域、C末端RHIM结构域和N末端T6BM结构域。RHIM和T6BM分别与RIP1和TRAF6结合，激活下游信号通路。TRIF的C末端和N末端具有特异性功能，C末端通过RIP1与E3泛素化连接酶结合，被TAK1-TAB2-TAB3复合物中的泛素受体蛋白TAB2/TAB3识别，由此激活TAK1，使IKKα、IKKβ磷酸化，随后活化NF-κB从而激活下游信号通路[19-20]；N末端通过与TRAF6和TRAF3结合，导致IRF3活化并产生IFNβ。LPS诱导TRIF缺陷鼠时，尽管能够激活NF-κB和MAPK信号途径，但不能产生Ⅰ型IFN，说明TRIF介导的TLRs信号传导与IRF活化和IFN产生密切相关，并为阐明TRIF在乳房炎中的作用机制提供了依据。Hoebe等[21]发现，如果编码小鼠TRIF蛋白的Lps2基因发生突变，将导致TRIF蛋白远端移码突变，同时TRIF突变会减弱TLRs诱导的炎症反应[22]，机体因此极易受到感染，表明TRIF突变体在炎症反应过程中具有重要意义。

4.2 TRAM

TRAM由235个氨基酸组成，含1个TIR结构域，TRAM在TLR4介导TRIF依赖性信号途径中发挥必需作用。TRAM与TLR4和TRIF相互作用，以特异性方式活化IRF3、IRF7和NF-κB。TRAM的表达会影响IRF3和NF-κB的活性，其过表达可以活化NF-κB和IFNβ启动子。Palssonrmott等[23]发现，TRAM的剪切突变体TAG(TRAM adaptor with GOLD domain)负向调控TLR4介导TRIF，TAG能够代替TRAM与TRIF结合，从而特异性抑制TLR4激活TRIF信号途径。此外，TAG还能提高TLR4的免疫刺激效果，不会引起不必要的炎症反应[24]。

4.3 SARM

SARM是最新发现的TLRs接头分子，而且是唯一具有抑制TRIF作用的接头分子。SARM由C末端TIR结构域、N末端ARM结构域和SAM结构域组成，共有690个氨基酸。SARM与TRIF相互作用，阻止TRIF与其上游或下游信号分子结合[25]，从而抑制TRIF信号传导途径中IRF3和NF-κB活化。研究者曾用siRNA干扰SARM的方法研究SARM的作用机制，发现当SARM缺失SAM时，SARM发生突变，其突变体能够延迟细胞凋亡时间[26-27]。

5 展望

接头分子及其突变体介导的信号传导途径对理解TLRs在免疫反应中的机制起一定作用。TLRs与胞内接头分子及其突变体相互作用，启动免疫反应，将细胞外不同刺激信号传导至细胞内，激活相应转录因子，从而对细胞增殖、分化、凋亡及免疫等功能进行调节。近年来，对TLRs接头分子的相关研究使人们对TLRs在参与调节免疫细胞的吞噬、细胞因子分泌等生物学功能中的作用及炎性疾病、感染性疾病、免疫性疾病的发生及发展有了更新更深的认识。因此，接头分子及其突变体在TLRs信号传导途径中所起到的重要作用，将为治疗家畜由炎症引起的疾病提供新的切入点。

[1] Kaisho T,Akira S.Toll-like receptor function and signaling[J].Journal of Allergy and Clinical Immunology,2006,117(5):979-987.

[2] Akira S,Uematsu S,Takeuchi O.Pathogen recognition and innate immunity[J].Cell,2006,124(4):783-801.

[3] Kawai T,Akira S.The roles of TLRs,RLRs and NLRs in pathogen recognition[J].International Immunology,2009,21(4):317-337.

[4] Miyake K.Roles for accessory molecules in microbial re-cognition by Toll-like receptors [J].Journal of Endotoxin Research,2006,12(4):195-204.

[5] Lee J O.The structural basis of lipopolysaccharide recognition by the TLR4-MD-2 complex[J].Nature,2009,458:1191-1195.

[6] Asea A,Rehli M,Kabingu E,etal.Novel signal transduction pathway utilized by extracellular HSP70[J].Journal of Biological Chemistry,2002,277(17):15028-15034.

[7] Vabulas R M,Sibylla B,Norbert H,etal.The endoplasmic reticulum-resident heat shock protein Gp96 activates dendritic cells via the Toll-like receptor 2/4 pathway[J].Journal of Biological Chemistry,2002,277(23):20847-20853.

[8] Moynagh P N.TLR signalling and activation of IRFs: Revisiting old friends from the NF-kappaB pathway[J].Trends in Immunology,2005,26(9):469-476.

[9] Wagner H.The immunogenicity of CpG-antigen conjugates[J].Advanced Drug Delivery Reviews,2009,61(3):243-247.

[10] Rauta P R,Samanta M,Dash H R,etal.Toll-like receptors (TLRs) in aquatic animals: Signaling pathways,expressions and immune responses[J].Immunology Letters,2014,158(1/2):14-24.

[11] Wang J A.Contributions of the MyD88-dependent receptors IL-18R,IL-1R,and TLR9 to host defenses following pulmonary challenge with cryptococcus neoformans[J].PLoS One,2011,6(10):e26232.

[12] Ostuni R,Zanoni I,Granucci F.Deciphering the complexity of Toll-like receptor signaling[J].Cellular and Molecular Life Sciences,2010,67(24): 4109-4134.

[13] O’Connor B P,Danhorn T,De Arras L,etal.Regulation of Toll-like receptor signaling by the SF3a mRNA splicing complex[J].PLoS Genet,2015,11(2): e1004932.

[14] Umasuthan N,Bathige S D,Revathy K S,etal.Molecular genomic- and transcriptional-aspects of a teleost TRAF6 homolog:Possible involvement in immune responses ofOplegnathusfasciatusagainst pathogens[J].Fish & Shellfish Immunology,2014,42(1):66-78.

[15] Foley N M,Wang J,Redmond H P,etal.Current know-ledge and future directions of TLR and NOD signaling in sepsis[J].Military Medical Research,2015,2(1):1-10.

[16] Janssens S,Burns K,Vercammen E,etal.MyD88S,a splice variant of MyD88,differentially modulates NF-κB- and AP-1-dependent gene expression[J].Febs Letters,2003,548(1):103-107.

[17] Fitzgerald K A,Palsson-Mcdermott E M,Bowie A G,etal.Mal (MyD88-adapter-like) is required for Toll-like receptor-4 signal transduction[J].Nature,2001,413:78-83.

[18] Bart F,Santos A,Kathy B,etal.Functional and genetic evidence that the Mal/TIRAP allele variant 180L has been selected by providing protection against septic shock[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2009,106(25):10272-10277.

[19] Choi Y J,Im E,Chung H K,etal.TRIF mediates Toll-like receptor 5-induced signaling in intestinal epithelial cells[J].The Journal of Biological Chemistry,2010,285(48):37570-37578

[20] Choi Y J,Im E C,Rhee S H.TRIF modulates TLR5-dependent responses by inducing proteolytic degradation of TLR5[J].Journal of Biological Chemistry,2010,285(28):21382-21390.

[21] Hoebe K ,Du X ,Georgel P ,etal.Identification of Lps2 as a key transducer of MyD88-independent TIR signa-lling[J].Nature,2003,424:743-748.

[22] Richards M R,Black A S,Bonnet D J,etal.The LPS2 mutation in TRIF is atheroprotective in hyperlipidemic low density lipoprotein receptor knockout mice.[J].Innate Immunity,2013,19(1):20-29.

[23] Palssonrmott E M,Doyle S L,Mcgettrick A F,etal.TAG,a splice variant of the adaptor TRAM,negatively regulates the adaptor MyD88-independent TLR4 pathway[J].Nature Immunology,2009,10(6):579-586.

[24] Ardiyanto L J,Bryant C E,Gay N J.The COP II adaptor protein TMED7 is required to initiate and mediate the delivery of TLR4 to the plasma membrane[J].Science Signaling,2014,7:1057-1066.

[25] Carty M,Goodbody R,Schröder M,etal.The human adaptor SARM negatively regulates adaptor protein TRIF-dependent Toll-like receptor signaling [J].Nature Immunology,2006,7(10):1074-1081.

[26] Peng J,Yuan Q,Lin B,etal.SARM inhibits both TRIF- and MyD88-mediated AP-1 activation[J].European Journal of Immunology,2010,40(6):1738-1747.

[27] Gerdts O,Daniel W,Summers,etal.Sarm1-mediated axon degeneration requires both SAM and TIR interactions[J].The Journal of Neuroscience,2013,33(33):13569-13580.

Progress of the Roles of Adaptor Molecules in TLRs Signaling Pathway

LI Tingting1,LIU Yang1,SU Yongchao1,DU Liyin1,2*,WANG Liwei3

(1.College of Animal Science and Technology,Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao 028000,China; 2.The Key Laboratory Nurturing Base of Poison and Animal Diseases Monitoring in Inner Mongolia Colleges and Universities,Tongliao 028000,China; 3.Horqin District in Tongliao Animal Husbandry Station,Tongliao 028000,China)

Toll-like receptors(TLRs)in innate immune cells recognize pathogen-associated molecular patterns(PAMPs)or danger-associated molecular patterns(DAMPs)to initiate and regulate innate and adaptive immune responses.In this network of signal transduction,the banding of the different member of TLRs to one or more adaptor molecules is necessary to transduce signals to downstream kinases and transcription factors and to activate intracellular transcriptional regulation.TLRs contain the TIR domain.This review summarized the features and functions of adaptor molecules(MyD88,MAL/TIARP,TRIF,TRAM and SARM) in order to further know the role of adaptors in TLRs signaling pathways.

Toll-like receptors; signaling transduction; adaptor molecules; inflammatory regulation

2015-07-10

国家自然科学基金项目(31260626)；内蒙古民族大学市校合作项目(SXYB2012088)；内蒙古民族大学研究生科研创新项目(NMDSS1426)；2014年内蒙古自治区归国留学人员科技活动项目(启动类)

李婷婷(1989-)，女，内蒙古通辽人，在读硕士研究生，研究方向：动物免疫生理学。 E-mail:litingting0505@sina.cn

*通讯作者：杜立银(1972-)，男，内蒙古通辽人，教授，博士，主要从事动物免疫生理学研究。E-mail:dly2000@aliyun.com

S855.3

A

1004-3268(2016)01-0020-04