Toll样受体信号通路与抗病毒免疫研究进展

窦颖

[摘要]Toll样受体（Toll-likereceptor，TLRs）是一类受体蛋白，其家族成员通过识别各自特异的病原体相关分子模式（PAMP）来启动天然免疫和获得性免疫应答，从而抵抗病原微生物对机体的入侵。对于TLRs在抗感染免疫中所起的作用及其可能的机制已经进行了大量的研究。本文将对TLRs与抗病毒免疫应答的研究进行综述，这将有助于更好地理解Toll样受体介导的抗病毒免疫机制，为预防、干预、治疗病毒感染性疾病新策略新方案的提出提供指导。

[关键词]Toll样受体；天然免疫；抗病毒免疫；信号转导

Toll样受体（TLR）是一类广泛表达于哺乳动物细胞表面的跨膜信号转导蛋白，其最初是在果蝇中被发现。之后Hoffmann小组成功克隆出果蝇的Toll受体，并证实其能够识别并抑制真菌繁殖，这一发现，也证实了Janeway在1989年所提出的学说，即模式识别受体（patternrecognitionreceptor，PRR）可特异性的识别与其相对应的病原相关模式分子（pathogen-associatedmolecularpattern，PAMP）。其后科学家们发现人类同样存在Toll受体，并有多个成员，故将其统称为Toll样受体家族（TLRs）。TLRs通过对相应PAMP的识别，来激活天然免疫系统，同时通过炎症因子释放等途径诱导适应性免疫应答建立，来共同抵抗病原微生物的入侵，所以Toll样受体被认为是连接天然免疫应答和获得性免疫应答的桥梁。对于Toll受体的研究自其发现开始就与感染的研究密不可分，之前的研究主要集中在其对细菌感染的作用，后来由于呼吸道合胞病毒（Respiratorysyncytialvirus，RSV）的F蛋白被发现的为TLR4所识别的病毒性PAMP，使的TLRs与病毒感染关系的研究日益增多。

1TLR家族成员、结构以及信号转导途径

1.1TLR家族成员、分布及其配体

目前为止已发现的TLR家族成员有13个，其中TLR1-9在人类和鼠类是相同的，而TLR10是人类所特有的，TLR11-13则是鼠类特有的。TLRs可以表达于多种免疫细胞，如单核巨噬细胞、淋巴细胞、树突状细胞等，另外还可以表达于气道、泌尿道等上皮细胞。不同的TLR分别识别不同的PAMP，目前已发现多个PAMP能被人类Toll样受体所识别，例如TLR4可识别细菌脂多糖（LPS）、TLR2可识别肽聚糖、TLR5可识别鞭毛蛋白。而病毒的PAMP则主要包括：多种病毒复制过程中均可产生的双链RNA（dsRNAl、呼吸道合胞病毒F蛋白、病毒单链RNA（ssRNA）等。

1.2TLR结构

TLR是主要由3个部分：胞外段、跨膜段及胞内段所组成的Ⅰ型跨膜信号蛋白受体。Toll受体的胞外段为富含亮氨酸的重复序列（1eucine-richrepeat，LRR），用于识别各种病原微生物的PAMP。对TLR胞外段同源性研究发现，不同TLR之间其同源性较差，提示了不同的TLR其所识别的配体结构各不相同。胞内段则为高度保守的TIR（Toll-IL-1receptor）结构域，TIR结构域的作用是介导TLR同接头蛋白之间的相互作用，从而活化信号通路。JinMS等人对部分TLRs的结构进行了分析，发现这些TLRs的LRR呈现马蹄形，同时还可以形成同型或者异型的二聚体，这种结构可能是有利于胞内段的TIR结构域二聚体化，从而进行信号转导。

1.3TLR信号转导通路

TLRs与各自配体结合后可通过活化相应信号转导通路活来完成相应的生物学功能。目前发现的TLRs信号通路有很多相似之处，但由于每个不同的TLRs所识别的PAMP不同，接头蛋白相对特异，所以这些通路又具有各自不同的特点。Toll样受体的信号转导主要与其胞内段的TIR结构域有关，而髓样分化因子（myeloiddifferentiationfactor88，MyD88）、肿瘤坏死因子受体相关因子（TRAF）等存在于TLRs信号传导通路上的蛋白也同样具有TIR结构域。Toll样受体只要与相应PAMPs识别并结合，就可以活化下游信号通路并激活转录因子，从而诱导多种细胞因子、趋化因子以及共刺激分子等的表达。研究发现，主要有两个信号通路参与TLRs的信号转导：MyD88依赖途径和MyD88非依赖途径。

1.3.1TLRs介导的MyD88依赖信号转导途径

髓样分化因子（MyD88）是一种胞质可溶性蛋白，包括N端死亡区域、中间区域及c端的Toll区三个功能区。其中c端的Toll区能与TLRs产生相互作用。MyD88依赖途径是通过MyD88和IL-1相关蛋白激酶（IRAK）的互作用，即不同的TLRs与其相应PAMP结合后，导致IRAK-1磷酸化，接着高磷酸化的IRAK-1进入到胞浆，通过募集TRAF-6启动级联信号转导通路，使得核因子к3（NF-кB）轉位进入细胞核而活化，NF-кB活化后导致多种细胞因子及趋化因子产生，最终直接杀伤侵入的病原体。目前发现的Toll受体中，只有TLR3不能通过MyD88途径转导下游信号。部分TLRs可以直接和MyD88发生作用，如TLR5、TLR7和TLR9，另外一些TLRs则需要Mal（MyD88adaptor-like）和MyD88的共同作用，如TLR2和TLR4。

1.3.2TLRs介导的MyD88非依赖信号转导途径

研究发现，当作为TLRs信号转导通路重要组成的MyD88缺陷时，会导致Toll样受体的功能受到损害，但并不会导致所有TLRs信号通路中断，这就说明除了MyD88依赖途径，TLRs信号通路还存在非MyD88依赖的途径。在对TLR4的研究中发现，当TLR4与其配体LPS结合后，可以使转录因子干扰素调节因子3（interferonregulatefactor3，IRF3）活化，IRF3活化后可诱导IFN-β表达，之后通过IFN-p激活STAT1，最后导致Ⅰ型干扰素及其炎症因子的表达。另外，在对MyD88基因敲除细胞的研究中发现，作为TLR3配体的dsRNA同样可以活化NFqd3。多种病毒及其复制过程中产生的dsRNA能有效的激活IRF-3，IRF-3的活化可以启动IFN-B基因的表达，从而激活后续通路。所以IRF-3在TLR3与其配体dsRNA结合后所启动的MyD88非依赖途径中发挥着非常重要的作用。endprint

2TLR的抗病毒免疫

病毒进入机体后，TLRs通过识别其PAMP，通过不同的途径激活TLRs相关的下游通路，产生多种具有抗病毒作用的细胞因子、趋化因子等来介导抗病毒的免疫应答。目前认为能够识别病毒的TLRs主要是TLR3、TLR7、TLR8和TLR9，其中TLR3主要识别dsRNA，TLR7/8则主要是识别ssRNA，TLR9可以识别病毒的染色体基因，如CPGDNA序列。除了上述与病毒感染较为密切的TLRs以外，研究发现，TLR2和TLR4也可以识别某些病毒位于包膜上的糖蛋白。另外还部分TLRs可以通过RNA解螺旋酶来识别位于细胞质中的病毒dsRNA。

有研究发现，进入到细胞内的病毒核酸成分，可以被TLR3、7、8、9等位于胞内的Toll样受体所识别，通过干扰素诱生成分IRF-3和Nf-kB途径诱导Ⅰ型干扰素和促炎症因子产生。某些病毒的糖蛋白，则被位于胞膜的Toll样受体，特别是Toll样受体4识别，经过TRIF和TRAM途径诱导Ⅰ型干扰素和促炎症因子产生。

TLR3的特异性配体是dsRNA，已知很多病毒在感染机体后的复制过程中都可产生大量的dsRNA。TLR3的抗病毒机制主要是通过MyD88非依赖途径完成的，TLR3识别病毒dsRNA后，激活IRF-3和NF-кB的，诱导Ⅰ型干扰素的表达和促炎症因子的产生，对抗病毒的进一步感染，最终起到抗病毒的作用。在对RSV感染的呼吸道上皮细胞进行研究时发现，RSV感染上述细胞后，不仅使细胞内TLR3mRNA及蛋白的表达量上调，而且可以导致TLR3在细胞膜上的分布量也随之增加。在对RSV及人偏肺病毒（humanmetapneumovirus，hMPV）感染后TLRs表达对比的研究中发现，相比起hMPV，RSV能够诱导更高的TLR3及肿瘤坏死因子-α（TNV-a）表达，这可能是RSV感染后临床表现比hMPV更严重的部分原因。

呼吸道合胞病毒（RSV）F蛋白是第一个被发现的为TLR4所识别的病毒性PAMP。在对TLR4与RSV感染的研究中发现，RSVF蛋白在CD14的存在下與气道上皮细胞TLR4结合后，可以通过MyD88/IRAK依赖途径或MyD88非依赖途径TRAM/TRIF上调转录因子NF-rd3的表达。NF-к3迁移至细胞核内，诱导细胞产生促炎症因子（如IL-1、IL-6、及TNF-α等）和趋化因子（如CCR5、CCR11和RANTES，IP-10，MIP等）的产生，同时RSV感染后引起细胞分泌Ⅰ型干扰素（IFN-a/B），Ⅰ型干扰素与其受体结合后，则可以通过STAT1途径诱导一系列趋化因子的产生，从而诱发气道炎症反应。另一方面，RSV侵入细胞并在胞内复制，产生病毒蛋白，病毒蛋白可激活Ik-B激酶，解除其对NF-к3的功能抑制作用，使NF-к3迁移至细胞核内，同样诱导细胞核内转录活动增加，趋化因子和前炎症因子产生增加，最终引起机体产生天然免疫应答。有研究发现，不管是活的RSV还是灭活的RSV都能通过TLR4途径激活NF-к3，从而启动下游细胞因子和炎性因子的转录及翻译，以抵抗病毒的进一步感染。在其他病毒的研究中则发现，乙肝病毒HBV感染后，收集周血中被乙肝病毒感染的单个核细胞，进行Toll受体的检测，发现在这些细胞中TLR4的表达量明显高于其它TLRs的表达量。

2.3TLR7/8，TLR9

TLR7/8可识别病毒的ssRNA，而TLPO可识别细菌或病毒的DNA。在识别相应的配体后，均通过MyD88依赖途径来诱导下游信号通路的活化，最终产生细胞因子及炎性因子等来干扰病毒的复制，达到抵抗病毒的作用。在TLR7/8，TLR9抗病毒应答中，IRF家族起着重要的作用。其中与IRF3结构及其相似的IRF7就在介导IFN-α的生产过程中起着核心作用。而普通树突状细胞（conventionalDC，cDC）分泌IFN-β则需要IRF1的参与。IRFl及IRF7在TLR9配体的作用下，可直接结合MyD88从而激活下游信号通路。另外，IRF8在DCs分泌IFN-a/β/γ及IL-12中也起着非常重要的作用。还有IRF5，其在TLRs介导MyD88依赖途径中除影响IFN-a/p分泌外，在部分炎性细胞因子的产生中也起着非常重要的作用。在对hMPV感染小鼠后TLR的研究中则发现，在小鼠抗病毒免疫应答中TLR7/8通路的激活可能起着较为重要的作用。

3小结和展望

TLRs的发现，使人类对于天然免疫应答有了更进一步的认识。TLRs在机体抵御病原体入侵的早期就开始启动，在病毒感染后机体的天然免疫应答和适应性免疫应答中均发挥着重要的作用。病毒侵入机体并感染宿主细胞后，LLRs通过识别特异性的PAMP并与之结合，启动MyD88依赖性和非MyD88依赖性信号转导途径，诱导NF-кB的激活和核转位，引起通路下游多种细胞因子、炎性因子的产生，发生炎症反应，起到抵抗病毒的作用。但是要将这些机制应用于临床，使其能在预防、治疗病毒感染性疾病中起到更好的作用，还需要不断深入的研究，需要理解每一个TLRs与其特异的PAMP结合后所介导的特异性的免疫应答，以及这些应答对机体所产生的作用。endprint