禽类Toll样受体研究进展

唐敬洁，刘玉芬，吴 迪

(哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 150025)

禽类Toll样受体研究进展

唐敬洁，刘玉芬*，吴 迪

(哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 150025)

Toll样受体(TLRs)是模式识别受体家族的一员，在天然免疫反应中扮演重要角色。在禽类中至今已发现10种TLRs。研究表明在机体感染病原体时，将激活TLRs并引起一系列抗病毒相关因子的上调，参与宿主抗感染免疫反应。论文主要介绍禽类TLRs的基本特征及抗病毒信号转导通路，同时对TLRs的抗微生物作用进行分析，为TLRs的分子机制研究提供参考。

禽；Toll样受体；信号转导通路；抗感染作用

脊椎动物的天然免疫系统是防御病原体入侵的第一道防线，首先以非特异性方式攻击。在这个过程中，脊椎动物表达不同的模式识别受体(pattern recognition receptor，PRRs)，识别病原体相关分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMP)，引发转录因子的活化和先天性抗病毒基因的表达，激活PRRs，实现宿主抗病毒防御的功能[1]。哺乳动物PRRs包括Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)、RIGI样受体(RIG-I like receptors，RLRs)、 C型凝集素样受体(C-type lectin receptors，CLRs)和视黄酸诱导基因蛋白I样受体(retinoic acid-inducible gene-like receptors，NLRs)，在天然免疫和适应性免疫抵抗微生物过程中起到关键作用[2]。禽类中的PRRs也已经被鉴定，TLRs途径是先天免疫系统中最关键、最重要的组分。随着规模化禽类养殖的崛起，禽类传染病的预防极其重要。因此，禽类TLRs的抗病毒研究越来越受到重视，了解其抗病毒机理，以开发更有效的抗病毒产品，减少养殖过程中的经济损失，对于禽类传染病的诊断、预防、治疗具有重要意义。

1 禽类TLRs概述

Anderson K V等[3]在果蝇胚胎背腹极性的研究中首次发现Toll基因，后期证实Toll在果蝇的先天性免疫中起重要作用。TLR是Ⅰ型跨膜蛋白，包括富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat motifs，LRR)的胞外N末端结构域、跨膜结构域和细胞内Toll白细胞介素1受体(TIR)同源结构域，LRR胞外域负责介导识别PAMP，而TIR则参与下游信号的转导[4]。TLRs引起转录因子的活化和先天性抗病毒基因的表达，从而识别相应的PAMP，例如Ⅰ型IFN和促炎细胞因子的表达，导致信号级联反应[5]。

TLRs能介导识别细胞外、细胞内内吞体和溶酶体中的病原体，并且能识别不同的微生物分子模式，准确判断“自我”和 “非我”组件。目前，在禽类中发现10种TLRs，包括TLR2a、TLR2b、TLR3、TLR4、TLR5、TLR7、TLR1La、TLR1Lb、TLR15和TLR21，其中前6种受体在哺乳动物中存在同源序列[6]。禽类与其他的脊椎动物在许多方面都略有不同，禽类缺乏TLR8和TLR9，但有TLR8假基因的存在， TLR1La、TLR1Lb、TLR15和TLR21则是禽类所特有的受体[7]。

2 禽类TLRs的信号转导通路

TLRs与其合适的配体结合将启动一个特定的信号级联反应，最终导致各种转录因子的活化和先天免疫应答基因的表达。TLRs的初始激活导致一个五衔接蛋白的募集(MyD88、TIRAP/MAL、TICAM-1、TICAM-2和SARM)，不同种TLRs能够利用多个传感器。禽类具有抗病毒功能的TLRs信号转导途径包括MyD88依赖型和诱导产生β干扰素含TIR结构域的转接蛋白(TRIF)依赖型。

2.1 MyD88依赖型

除TLR3以外，所有TLRs受体都能通过衔接分子MyD88发出信号。在MyD88依赖途径，MyD88与TLRs的细胞质部分结合，募集IRAK-4(白介素1受体相关激酶)、IRAK-1和TRAF6(TNF受体相关因子)，然后IRAK-4磷酸化IRAK-1，TRAF6与磷酸化IRAK1被释放并激活TAK1(TGF-β活化激酶1)，TAK1进一步磷酸化IκB激酶(IKK)复合物和丝裂原活化蛋白(MAP)激酶，激活的IKK复合物导致IκB的降解和NF-κB的活化[7-8]。NF-κB和MAP激酶能诱导基因参与炎症反应，这些基因活化后，产生不同类型的炎性细胞因子和趋化因子反过来直接和塑造获得性免疫应答。

2.2 TRIF依赖型

TLR3信号仅通过TRIF依赖型途径，利用TIR接头蛋白诱导IFN-β(TRIF)，TRIF还需募集下游信号所必需的蛋白，包括受体反应蛋白1(RIP-1)、肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)和TRAF家族成员相关NF-κB-激活剂(TANK)结合激酶1(TBK1)[9]。一方面TRIF的N末端募集TRAF6并激活TAK1，再通过IκB激酶复合物激活NF-κB，另一方面TRIF的C-末端募集RIP来激活NF-κB，通过2种途径活化的NF-κB转运至细胞核诱导促炎性细胞因子基因的表达，TRIF 还能募集非典型的信号复合体IKKs、TBK1 和IKKi，TRAF3促进信号复合物的活化，活化后的复合物可催化IRF3的磷酸化，产生促炎性因子[10]。

3 禽类TLRs的抗感染作用

TLRs在禽类的先天免疫反应中发挥不可替代的作用，一旦微生物侵入机体，TLRs则通过直接或间接的方式参与机体的防御反应，但其内在机制尚不清楚。禽类TLRs主要位于细胞表面和细胞质中[11]，分布不同，进而执行不同的功能。TLR5基因具有多态性，可能与鸟类传染病抵抗力或易感性相关[10,12]。禽类TLR3和7识别双链RNA、单链RNA和激活剂Poly(I∶C)；禽类TLR15可识别细菌鞭毛的蛋白组分及酵母来源组分；TLR21能识别微生物DNA和CpG-ODN，与哺乳动物的TLR9功能相似[13]。

3.1 细胞内TLRs

研究显示，鸡TLR3可诱导I型IFN表达，反过来IFN-α和IFN-β能够上调TLR3表达水平，在鸡白细胞和成纤维细胞中呈剂量依赖性[14]。在马立克病病毒感染的鸡胚胎成纤维细胞中，TLR3 mRNA的表达量较未感染细胞显著提高，同时在TLR3配体刺激时，MDA出现复制抑制，与此相反，TLR3 siRNA转CEF细胞促进病毒感染和复制过程[15]。CpG-ODN和Poly(I:C)单独或一起作用于鸡单核细胞，可产生更强的基于辅助性T细胞(Th1)免疫反应，包括I型IFN(IFN-α和IFN-β)、Th1细胞因子(IFN-γ和IL-12)和Th2细胞因子(IL-4和IL-10)的上调[16]。番鸭经高致病性禽流感H5N1亚型病毒感染后48 h，TLR3在大脑中的表达显著上调并达到最大值，此结果与鸡TLR3类似，H5N1感染后番鸭TLR3在脾和肺的表达量下调，而鸡TLR3的结果却是上调[17]。综上可知，TLR3在激活剂的辅助作用下可调节IFN及Th1/2细胞因子的表达，参与先天性免疫反应，提高禽类抗微生物能力，减少养殖过程中的经济损失，同时细胞因子对TLR3也起到负调反馈调节作用，使禽类更好的抵御入侵病原体。

TLR7由浆细胞样树突细胞特异性表达，在粒细胞中高表达，病毒感染后，经由TLR7/ MyD88依赖性信号传导途径诱导NF-κB和MAPK活化，并分泌细胞因子如IFN-α，IL-6和IL-12[18]。新型雏鹅病毒性肠炎病毒感染后初期，TLR7在脾高表达水平，MyD88和其他的抗病毒分子在肺部的表达显著上调，这一结果表明TLR7 及其信号传导通路相关分子在病毒感染后参与机体早期抗病毒应答反应[19]。以上研究表明TLR7可能在病毒感染的早期阶段发挥作用，但在不同细胞内引起的干扰素表达水平各不相同，其具体的分子机制还有待于阐明。

研究证实禽类TLR21与哺乳动物TLR9的天然免疫功能类似，是一种与生俱来的能够识别细菌基因组CpG基序的受体[20]。TLR21在免疫组织中高表达，尤其是法氏囊、哈德氏腺和胸腺，激活剂ODN2006(合成DNA)和NGVEV能显著性的诱导TLR21的产生，在外周血单核细胞中观察到大量IL-1β、IL-6和干扰素，ODN2006和NGVEV使鹅TLR21 mRNA转录物迅速上调，这导致促炎性细胞因子和抗病毒分子的快速上调[21]。鸡肠道T细胞亚群(CD4+和CD8+T细胞)表达TLR21，此外在法氏囊、脾脏以及成年鸡的非淋巴组织(皮肤、小肠、肺、肾、脑和肝脏)大量表达[22]。

3.2 细胞表面TLRs

禽类TLR15通过MyD88依赖性途径对B和C型寡核苷酸的非甲基化CpG做出免疫反应，鸡IL-1β被显著上调，同时，禽TLR15还参与宿主的抗病毒免疫应答。鸡感染MDV后28 d，脾脏中TLR15显著下调，在感染后的4 d和7 d，法氏囊中TLR3和TLR15分别上调[23]。另一项研究表明，在感染MDV的溶细胞阶段TLR15在脾脏的表达上调[24]。这些研究为chTLR15在MDV感染的早期阶段控制脾脏和法氏囊感染中的关键作用提供了有力证据。

TLR5 mRNA在微生物接触的免疫组织中出现高表达，例如脾脏和法氏囊中，这成为TLR5介导天然免疫反应中功能的证据，同时TLR5 mRNA在组织和黏膜中均高表达，成为保护机体防止病原体入侵的第一道屏障，这种特殊的分布可能使TLR5对病原体入侵做出迅速反应[7]。一项研究结果显示，鸭TLR5在健康组织中表达，其mRNA在脾中最高程度表达，在气管、肺、直肠、空肠和法氏囊中较高水平表达；在腺胃、肌胃、十二指肠、回肠、盲肠、肝、胰腺和皮肤中等表达；在心脏、腿部肌肉和肾脏低水平表达[25]。

4 展望

在禽类的不同种属间，由于配体对TLRs存在选择压力，导致宿主-病原体一些相关分子共同进化，产生不同类型、不同功能的受体，尽管TLRs序列存在同源性，但在其功能、分布以及对病原微生物的响应过程还存在很大差异，这可能是长期进化的结果。TLRs在介导机体天然免疫应答中扮演着重要角色，但TLRs介导宿主抗感染的分子机制尚未有明确的解释，是否存在新型的TLRs，其配体鉴定与疫苗佐剂效应与应用还有待于进一步研究。随着TLRs作用的深入研究，有助于揭示宿主如何全方位地识别病原入侵、启动机体免疫以及最终消除感染的潜力，这对机体抵抗病毒具有重要意义。总之，TLRs种类和功能的多样性使先天性免疫反应系统更加完善，适应不断改变的生存环境。

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Progress on Avian Toll-like Receptors

TANG Jing-jie,LIU Yu-fen,WU Di

(CollegeofLifeSicenceandTechnology,HarbinNormalUniversity,Harbin,Heilongjiang,150025,China)

Toll-like receptors(TLRs) belong to pattern recognition receptor family,play an important role in natural immune response.10 avian TLRs have been characterized.After pathogen infection,TLRs are activated and cause a series of anti-virus-related factors to increase,and involve in the host antiviral immune response.This paper described the basic characteristics of birds and antiviral TLRs signal transduction pathway,and analyzed the antimicrobial effect of TLRs in order to lay the foundation for the study of the molecular mechanisms of TLRs.

avian;Toll-like receptor; signal transduction pathway; antiviral effect

2016-06-14

唐敬洁(1991-)，女，黑龙江北安人，硕士研究生，主要从事生物化学与分子生物学研究。*通讯作者

S852.43

A

1007-5038(2017)01-0085-04