Toll样受体对T细胞功能及代谢的影响*

白自然 林 倩 余雨迪 叶小康 杨 晨 李 霞 王 冠

（大连医科大学基础医学院免疫教研室，大连 116044）

Toll 样受体（Toll-like receptors，TLRs）属于模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）家族，可识别多种病原体相关分子模式（pathogenassociated molecular patterns，PAMP）和损伤相关分 子 模 式（damage-related molecular patterns，DAMP），是固有免疫与适应性免疫之间的桥梁［1］。TLR 家族成员不仅可以促进病原体的清除，且能参与癌症及自身免疫病等疾病的发生发展［2］。最初认为TLR 主要由抗原提呈细胞（antigen presenting cells，APC），如巨噬细胞、树突状细胞（dendritic cells，DC）等表达，而在这些细胞中TLR 与其配体的相互作用将间接导致适应性免疫细胞尤其是T细胞的激活。以往的研究主要阐述了TLR 在固有免疫细胞中的功能及作用机制，对其在适应性免疫细胞中的功能研究较少，然而近几年的研究发现，不同的T细胞亚群在发育和激活阶段也表达TLR，它们可以共刺激分子的形式直接调控T细胞的功能。

T 细胞在适应性免疫应答中发挥重要的作用，它们通过分泌细胞因子或直接杀伤靶细胞发挥免疫学功能，其发育、分化及功能的异常与多种疾病有关。而越来越多的研究报道，能量代谢驱动机体和细胞的功能，且已证明T细胞代谢的改变与其功能密切相关［3］。而TLR 也被报道可以直接调节不同细胞的代谢，本综述主要探讨TLR信号在T细胞代谢及功能的直接调控作用，此外还探讨了T细胞中TLR信号的活化如何参与疾病的发生发展，为T细胞介导的疾病预防与免疫治疗提供新策略。

1 TLR家族及其信号通路

1.1 TLR结构及分布

Toll最初是在果蝇体内发现的调节果蝇背腹部体轴发育的必需蛋白质，后来人们发现该蛋白质具有受体功能，能识别入侵的病原体，介导果蝇天然免疫反应。1997年，Medzhitov等［4］首次发现与果蝇同源的人Toll 蛋白，其能够激活核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB 信号，称之为Toll 样受体，目前在人类和小鼠中已经鉴定出13 种TLR，为TLR1～TLR13。TLR家族是一类典型的PRR，均为Ⅰ型跨膜蛋白，由富含亮氨酸重复序列的胞外区、包含单个α 螺旋的跨膜区以及带有Toll 的胞质区Toll-白介素-1 受体结构域（Toll/ⅠL-1R resistance，TⅠR）组成［5］。TLR 广泛分布在包括DC、巨噬细胞、单核细胞、T细胞、中性粒细胞、肥大细胞等多种免疫细胞以及一些内皮细胞和成纤维细胞中［6］，可分布于细胞表面和细胞内，其中TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR10、TLR11 和TLR12 在细胞表面大量表达，主要识别微生物膜分子，例如脂质、脂蛋白、脂肽等。而TLR3、TLR7、TLR8、TLR9、TLR13 位于胞质区室，如内质网、核内体、溶酶体中，可以识别微生物核酸［7］。这些TLR 家族分子识别相应配体，激活下游信号转导通路，触发免疫反应，诱导细胞因子、趋化因子产生，在固有免疫及适应性免疫应答中发挥重要的作用。

1.2 TLR信号通路

当PAMP 和DAMP 与相应的TLR 结合，可通过髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依赖或非依赖途径进行信号转导。除TLR3外，TLR家族其他成员诱导的炎症反应都依赖于MyD88。MyD88 激活ⅠL-1 受体相关激酶（ⅠL-1 receptor-associated kinase，ⅠRAK）和肿瘤坏死因子受体相关因子6 （tumor necrosis factor receptor-associated factor 6， TRAF6）， 形 成MyD88-ⅠRAKs-TRAF6 复合物，接着激活ⅠκB 激酶（ⅠκB kinase，ⅠKK）复合体并导致丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和NF-κB的激活，从而诱导炎症细胞因子和趋化因子的产生［8］。而MyD88 非依赖途径通过激活Toll 样受体相关干扰素接头分子（Toll/ⅠL-1R domaincontaining adaptor-inducing ⅠFN-beta， TRⅠF） 和TRⅠF 相 关 接 头 分 子（TRⅠF associated connector molecules，TRAM），导致ⅠKK/TANK 结合激酶1（TANK-binding kinase 1，TBK1）的募集，再激活NF-κB及MAPK信号通路，诱导细胞因子产生［6］。

2 TLR对T细胞功能及代谢的影响

2.1 T细胞中TLR的表达

目前有关TLR 的研究大多数都集中于其在APC 中的作用：TLR 激活可增强APC 的抗原提呈作用，上调共刺激分子表达，通过先天免疫系统间接调控T细胞应答［9］。但越来越多的研究证明，T细胞本身也表达TLR。研究发现，小鼠初始CD4+T 细胞表达TLR3、TLR4、TLR5 和TLR9 的mRNA［10］。Fukata 等［11］通过流式细胞术在小鼠CD4+CD45RbhighT 细 胞 上 检 测 到TLR2、TLR3、TLR4 和TLR9 蛋 白；Cottalorda 等［12］在 小 鼠CD8+T 细 胞 上 也 检 测 到TLR1、TLR2、TLR6、TLR7 和TLR9 的表达。此外，在高度纯化的人CD4+T 细胞和CD8+T 细胞中也检测到TLR1、TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR7、TLR9 和TLR10 的基因及蛋白质表达［13-14］，并且发现CD4+T 细胞比CD8+T 细胞表达更高水平的TLR1、TLR4 和TLR9， 而CD8+T 表 达 更 高 水 平 的TLR3［14］。这些现象提示，T细胞上的TLR信号可能直接调控T细胞的免疫功能。

有趣的是，T细胞上TLR的表达也受到T细胞抗原受体（T cell antigen receptor，TCR）激活的调节。研究报道，小鼠的naïve T细胞表达TLR2，但只有在抗CD3 抗体激活后才可以检测到细胞表面的TLR2蛋白［15］。也有研究发现，小鼠细胞毒性T淋 巴 细 胞（cytotoxic T lymphocytes，CTL） 的TLR2 基因表达水平要明显高于静息状态下的CD8+T 细 胞［16］，活 化 后 的 小 鼠 初 始CD4+T 细 胞TLR3 和TLR9 基 因 表 达 水 平 也 明 显 上 调［10］。Komai-Koma 等［13］的研究中也发现，人CD4+T 细胞也只有在激活状态下，才可在细胞表面检测到TLR2和TLR4表达。这些研究结果提示，TLR在T细胞中的表达可能与其活化状态有关。

在某些炎症及自身免疫病中，T 细胞异常活化，而在这类患者的T细胞也发现TLR表达明显上调（表1，2）。与健康对照组相比，肾小球肾炎患者T细胞上TLR2表达上调［17］。慢性丙型肝炎患者调节性T细胞（regulatory T cells，Treg）中表达更高水平的TLR2［18］。毒性弥漫性甲状腺肿患者外周血CD4+TLR2/4+、CD8+TLR2/4+T细胞的比例明显高于正常对照组，并发现CD8+T 细胞上TLR2、TLR4 表达明显上调［19］。多发性硬化症（multiple sclerosis，MS） 患 者 的CD4+T 和CD8+T 细 胞 上TLR2、TLR4和TLR9表达更高［20］。急慢性肝衰竭患者CD4+T 和CD8+T 细胞中TLR4 表达明显增加，并与疾病相关实验室指标血清总胆红素、直接胆红素等呈正相关［21］。这些现象提示，T 细胞上TLR的异常表达可能通过调控T细胞活化从而参与某些炎症及自身免疫病等疾病的发生发展。

2.2 TLR激活对T细胞功能的影响

TLR 在不同T 细胞上的差异表达及TLR 信号的激活会影响T细胞的功能（表1，图1）。大量的研究证实，T细胞中TLR信号可作为共刺激分子直接参与T细胞活化。Salerno等［22］研究表明，与单独的抗CD3抗体刺激相比，TLR2配体的刺激有效提高了分泌ⅠFN-γ 的T 细胞百分比，并且发现TLR2 配体刺激后，细胞因子生成水平与抗CD28抗体刺激可达到相似水平，提示TLR2可以起到与CD28 信号相同的共刺激作用。在另一项研究中发现，TLR2的激活还可以增强小鼠CD8+T细胞的增殖与存活，上调CD25表达，并增强CD8+T细胞的效应功能［12］。TLR2 信号也可调节记忆CD8+T 细胞的增殖以及ⅠFN-γ 产生［23］。TLR2 配体刺激的CD4+T 细胞，显著增强了ⅠFN-γ、ⅠL-2 和肿瘤坏死因 子α （tumor necrosis factor α，TNF-α） 的 产生［13］。此外，TLR2 激活还可增强Th17（T helper cells 17）细胞分化，促进Th17细胞增殖以及ⅠL-17产 生［24］。人CD4+T 细 胞 中TLR3 信 号 可 诱 导ⅠL-17A和ⅠL-21产生［23］。TLR3和TLR9配体刺激均可增强CD4+T 细胞的存活［10］。在没有APC 的情况下，由脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）激活的CD4+CD25+Treg 细胞中TLR4 信号可以直接诱导Treg 细胞激活，上调细胞表面活化标记物CD69、CD44、CD38表达［25］。TLR4激活也可增强CD4+T细胞的增殖和体外存活率［26］，还能诱导人类T 细胞黏附于纤连蛋白［27］。TLR5、TLR7和TLR8的配体刺激人CD4+T 细胞，可上调ⅠFN-γ 水平［28］。在抗CD3抗体存在下，TLR7信号的激活能促进小鼠脾脏高度纯化的CD8+T 细胞中CD25、CD44、CD69 以及转录因子T-bet 和Eomes 的表达［29］。另外也有研究报道，一些TLR 信号的激活也可以抑制不同T 细胞的应答，TLR7 配体显著抑制了人类及小鼠Th17细胞的分化，并降低了产生ⅠL-17的细胞数量和 ⅠL-17 mRNA 表达水平［24］。TLR8 信号激活可以直接逆转Treg 细胞的抑制功能［30］。以上研究表明，T细胞中TLR信号可以直接调节T细胞活化、分化及功能，这可能会通过调控T细胞介导的免疫应答，影响多种疾病的发生与发展（表2）。

研究发现，在实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）模型中，CD4+T 细胞中TLR2 的缺失可显著改善EAE 发 病［31］。在 慢 性 丙 型 肝 炎 中，TLR2 配 体（Pam3Csk4）的刺激增强Treg细胞的抑制功能，但降低Treg与Th17细胞的比例［18］。然而，在另一项研究中发现，Pam3Csk4 的刺激可下调Foxp3+Treg细胞的抑制功能，同时增强肿瘤特异性细胞毒性T淋巴细胞的细胞毒性来恢复重症联合免疫缺陷（severe combined immunodeficiency，SCⅠD）小鼠的抗肿瘤免疫反应，使SCⅠD 小鼠的肿瘤得以缓解［32］。TLR2、TLR4 和TLR9 配体可直接诱导MS患 者CD4+T 和CD8+T 细 胞 产 生ⅠL-1β、ⅠL-6 和ⅠL-17等细胞因子，并且Pam3Csk4激活的MS患者CD4+T细胞产生的ⅠL-17和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）水平与疾病活动直接相关［20］。TLR2 和TLR4 配体可促进视神经脊髓炎谱系障碍（neuromyelitis optic spectrum disorder，NMOSD）患者CD4+T 细胞的增殖以及炎性细胞因子ⅠL-6、ⅠL-17、ⅠL-21的产生，并诱导患者Th17，滤泡辅助性T细胞（follicular helper T cells，Tfh）与Treg细胞 亚 群 的 失 衡［33］。TLR3 配 体Poly （Ⅰ∶C） 和TLR9 配体CpG 可以激活Th1 细胞的免疫应答，并能调控抗肿瘤活性［24］。综上所述，TLR 信号直接影响了T细胞的激活、分化及发挥效应功能，研究不同T细胞亚群中TLR信号通路的功能与调控作用将能更好地了解T细胞介导的疾病发病机制，并可为临床治疗提供新的策略与靶点。

2.3 TLR激活对T细胞代谢的影响

越来越多的证据表明，能量代谢指导免疫细胞的分化发育及功能，T细胞代谢与功能之间存在紧密的联系。静息状态下的T 细胞通常依赖葡萄糖、脂质和氨基酸的氧化产生ATP，以维持其正常的生理活动［34］。活化后，T 细胞迅速增殖并发挥效应功能，为满足其快速的能量需求，其糖酵解与谷氨酰胺氧化增加，中间代谢产物也可为细胞快速增殖提供所需的生物合成原料［34］。研究发现，T 细胞代谢的改变与许多疾病有关，类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）患者CD4+T 细胞缺乏6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3 (6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2, 6-bisphosphatase 3，PFKFB3），使葡萄糖代谢趋向戊糖磷酸途径，这种代谢的转变与关节炎的严重程度有关［35］。Ho等［36］研究表明，葡萄糖缺乏会抑制肿瘤中CD4+T细胞的抗肿瘤效应。这些结果表明，T细胞代谢可能通过影响其效应功能，参与疾病的发生发展。

近年来有很多研究探讨了TLR 信号对巨噬细胞和DC代谢的影响，但表达在T细胞上的TLR是否能够调节以及如何调节不同T细胞亚群的代谢仍在研究中。本文总结了近年来有关TLR 信号直接调控T 细胞代谢的研究（表1）。研究发现，用TLR1/TLR2 配体刺激Treg 细胞，可以促进其增殖并增强PⅠ3K-AKT-mTORC1信号转导，通过上调葡萄糖转运蛋白1（glucose transporter 1，Glut1）和己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）的表达，增强其糖酵解［37］。也有研究报道，激活TLR2信号可上调CD8+T 细胞中生物能量代谢相关基因的表达，增强糖酵解和谷氨酰胺代谢，从而直接激活CD8+T细 胞［38］。TLR2 和TLR7 信 号 的 激 活 会 促 进 鼠CD8+T 细 胞 产 生ⅠFN-γ，可 以 激 活PⅠ3K-AKTmTOR 信号，这种作用依赖线粒体呼吸提供能量，而不是糖酵解［39］。抗CD3 抗体刺激CD8+T 细胞，可以使mTOR磷酸化增强，同时TLR7信号的激活能够进一步上调CD8+T细胞中mTOR和Akt的水平以及糖酵解相关基因的表达，并可增加乳酸的生成［29］。最近的研究表明，人Treg 中TLR8 信号的激活通过下调Glut 以及调控糖酵解的关键酶表达，抑制Treg 细胞摄取葡萄糖和糖酵解，从而逆转Treg 细胞的抑制功能［40］。此外，在黑色素瘤过继性T 细胞治疗模型中，TLR8 信号介导的Treg 细胞糖代谢以及功能的改变可以增强体内的抗肿瘤免疫［40］。

T细胞的代谢可直接影响其活化及发挥功能，关于T 细胞代谢的分子调控机制仍需进一步探索，研究人员发现TLR 信号可以直接调控T 细胞代谢［29，37-40］，但目前都集中于其对T细胞糖代谢的调节。进一步研究TLR信号对不同T细胞糖、脂、氨基酸代谢调控及具体分子机制将为肿瘤、自身免疫病等疾病的预防与治疗提供有效的分子靶标。

Table 1 Effects of activation of TLRs on T cell function and metabolism表1 TLRs激活对T细胞功能及代谢的影响

Table 2 Relationship between differential expression of TLRs on T cells and disease表2 T细胞上TLRs的差异表达与疾病的关系

Fig.1 The effect of TLR signal on T cell function and metabolism图1 TLR信号对T细胞功能及代谢的影响

3 总结与展望

TLR在炎症、自身免疫病以及肿瘤相关免疫细胞中广泛表达，并参与疾病的发生发展。长期以来，对TLR 的研究都集中于其对固有免疫细胞的多种作用，包括上调共刺激分子表达及促进炎性细胞因子的产生，从而间接调控T细胞应答。越来越多的证据表明，TLR 配体也可以直接作用于T 细胞，TLR可充当T细胞的共刺激受体，增强细胞因子产生，促进细胞的增殖与存活。另外，TLR还可以通过调控T细胞的代谢从而影响其效应功能，并与很多疾病密切相关。深入了解TLR在T细胞功能及代谢中的调控作用，有助于为癌症及自身免疫病等疾病提供新的治疗策略。