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1、浅论Toll样受体与自身免疫性疾病【关键词】 Toll样受体；信号转导；系统性红斑狼疮；抗磷脂综合征天然免疫系统是机体抵御病原体入侵的第一道防线。Toll样受体在其中发挥主导作用，它们直接识别并结合某些病原体所共有的高度保守的特定分子结构，即病原相关分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)，介导机体的天然免疫过程，并且作为桥梁连接天然免疫和获得性免疫而发挥多种作用。在特定条件下，TLRs可异常高表达并过度激活，导致机体功能紊乱，引发各种疾病，包括自身免疫性疾病。本文主要综述人类TLRs的结构、所识别的PAMPs、介导的信号途径以及与自
2、身免疫性疾病的关系等方面的研究进展。 1 TLRs概况 TLRs的发现 Toll 样受体的认识最早来自对果蝇的研究。果蝇的跨膜受体有4种，分别为Toll，18wheeler(18W)，Mst和STSDm2245，其中Toll是最主要的跨膜受体。最早发现的 Toll 是果蝇胚胎发育早期与背腹侧轴形成有关信号转导中的重要成分，在果蝇对抗病原微生物的感染中发挥重要作用。1997年，Medzhitov 等1发现哺乳动物体内有与果蝇相似的Toll蛋白，并命名为Toll 样受体。接着多种TLRs相继被发现，至今在哺乳动物已发现13种TLRs，而人类只表达11种TLRs(即TLR1-TLR11)2。不同的哺
3、乳动物种族之间TLRs的表达仍存在细微的差异，其中 TLR19 在人类与小鼠之间存在高度保守2；TLR10 在人类存在活性，而小鼠 TLR10 基因的C末端由无关的序列替代，成为一无功能的假基因；与此相反，小鼠的 TLR11，12 和 13基因有功能，而人类的TLR11 基因上由于存在一终止密码子而失活。 TLRs的结构与分布 人类TLRs属于I型跨膜蛋白(type I transmembrance protein)，它由胞外区、胞浆区和跨膜区三个部分组成。其胞外区有1925个富含亮氨酸的重复序列(leucinerich repeat， LRR)，每个LRR又由2429个氨基酸组成，此结构能促
4、进蛋白质间的相互黏附，有利于识别病原体及其产物，不同的TLRs胞外区同源性较低，可能与其识别不同结构的配体有关3。TLRs的跨膜区富含半胱氨酸。TLRs的胞内区与白介素1 受体(interleukin1 receptor， IL1R)的胞内区结构相似，称为 TIR同源区4，它是Toll蛋白和IL1R向下游转导信号的核心元件。 TLRs广泛分布于多种细胞表面，但主要表达于和宿主防御功能有关的细胞，如单核巨噬细胞、粒细胞、树突状细胞、淋巴细胞、内皮细胞和上皮细胞等。根据TLRs在亚细胞的不同部位可分为两类：一类定位于胞内细胞器，属于此类的有TLR3,TLR7,TLR8,TLR9；另一类则是位于胞内
5、质膜上，如TLR1,TLR2,TLR4,TLR5,TLR6,TLR10。 TLRs的配体 根据来源可将TLRs的配体分为外源性配体和内源性配体。所谓外源性配体是指来自宿主外的病原微生物成分，如细菌的脂多糖、胞壁酸、肽聚糖及病毒的核酸等；而内源性配体主要指来自宿主细胞的一些物质，如宿主细胞在应激状态或损伤时释放的热休克蛋白等。不同的TLRs亚家族识别不同的配体：TLR1与TLR2联合识别细菌的脂蛋白； TLR3识别病毒的双链 RNA和人工合成的双链 RNA聚肌胞苷酸(PolyI:C)；TLR5识别细菌的鞭毛蛋白；TLR7识别某些免疫调节剂和抗病毒制剂；TLR8的结构和功能与TLR7相似；TLR9
6、识别细菌和病毒DNA的CpG序列(CpG DNA)5；TLR10的配体目前不甚清楚，基因组的研究显示，TLR10与TLR1,TLR6位于相同的基因座，可直接结合髓样分化蛋白88(myeloid differentiation protein 88，MyD88)，活化某些炎症因子6。 除此以外，TLR2可与TLR1,TLR6,TLR10或其他非TLRs分子形成二聚体识别多类PAMPs，包括G+细菌的肽聚糖、脂肽和脂蛋白，支原体的脂肽和真菌的酵母聚糖。TLR4可以识别多种配体，其中最主要的是来自细菌的脂多糖(lipolpolysaccharide，LPS)，另外还包括热休克蛋白60(heat sh
7、ock protein 60，HSP60)7、热休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)8、热休克蛋白90(heat shock protein 90，HSP90)、纤维结合蛋白、肝素、透明质酸的寡糖、纤维蛋白原、紫杉醇(paclitaxel)等。 TLRs的激活及信号转导机制 TLRs的激活及其介导的信号转导机制一直是人们关注和探讨的重点，它对于人们认识和理解相关生理病理机制意义重大。目前认为，有两条途径参与TLRs的激活及后续信号转导，主要区别在于其接头蛋白的不同，由此分为MyD88依赖性途径和MyD88非依赖性途径9。 MyD88依赖性信号转导途径 含TIR
8、结构域的接头蛋白分子家族中第一个被鉴定的是髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)，需MyD88介导的信号途径称为MyD88依赖性途径。TLRs经MyD88介导的信号转导过程目前已研究得较为清楚，过程TLR/IL1R识别配体后，发生二聚化，进而结构发生改变并募集下游的信号蛋白MyD8810。 MyD88通过其羧基(C)端与TIR区发生同源性相互作用，其氨基(N)端又招募下一个信号蛋白IL1R受体相关激酶(IL1Rassociated kinase，IRAKs)，IRAKs结合到受体复合物上随即发生自身磷酸化，与受体复合物解离后与肿瘤坏死
9、因子受体相关因子(tumor necrosis factor receptorassociated factor，TRAF)结合，由TRAF激活NFB诱导的激酶，NIK进一步激活NFB激酶抑制物(inhibitor of NFB kinases，IKKs)，后者又使得NFB的抑制成分IB磷酸化，接着与NFB分离。此后，NFB进入细胞核，诱导相关基因的表达，分泌炎症因子(如 TNF,IL6,IL8)，化学趋化因子，脂质介质等，发挥转录调控作用11。此外，TLR还能激活丝裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPKs)途径，包括p38，ERK和JN
10、K，促使转录因子AP1等的生成12。MAPK信号通路主要参与细胞增殖、分化、转化及凋亡的调节，并与炎症、肿瘤及其他多种疾病密切相关。MyD88非依赖性信号转导途径 含有TIR结构域的接头蛋白除了MyD88外，还有MyD88样接头蛋白/含有TIR结构域的接头蛋白，TLR样受体相关的干扰素活化子/含TIR结构域的接头分子1(TIRcontaining adaptor molecule1，TICAM1)及TRIF相关的接头分子13-14，由这些蛋白介导了MyD88非依赖性信号转导途径。MyD88非依赖性信号转导途径主要介导了TLR3的信号转导。一方面，TRIF可以激活TBK1，继而使IRF3激活，诱
11、导IFN基因的表达；另一方面，TRIF也可以与RIP1相互作用，激活IKK1IKK2NEMO复合体，最终导致NFB的激活。值得我们关注的是，TLR2和TLR4信号转导除了MyD88外，还需接头分子Mal辅助MyD88的募集。TLRs信号转导的负调控机制 TLRs介导的免疫反应有助于机体抵抗病原体的侵袭，使其免受伤害。但是，如果免疫应答过强则会造成机体损伤，产生疾病，如自身免疫性疾病、LPS引起的内毒素休克(endotoxic shock)等。因而，就需要相应的负向调控机制以使机体处于一个相对稳定的状态。几乎在TLRs每一个信号接头蛋白处都有相应的负向调节信号蛋白存在。比如TLR4信号通路中存在
12、一种MyD88的剪切突变体MyD88s15，它缺乏死亡结构域，不能招募下游的信号分子IRAK，NFB也就不能被激活；IRAKM抑制蛋白激酶IRAKl/IRAK4与衔接蛋白MyD88解离，阻止TLR信号转导中IRAKlTRAF复合物的形成；RP105能竞争TLR4的配体而发挥负向调节作用；ST2和SIGIRR为带有TIR结构域的膜结合分子，抑制TIR信号转导中衔接蛋白TIRAP和MyD88的活性；Tollip抑制TLR2，TLR4信号通路中IRAK的自我磷酸化；抑制蛋白抑制TRAF泛素化等。这些调节蛋白在TLR介导的信号转导中形成了一个复杂的负反馈调控网络，参与机体的免疫调节。 2 TLRs与自
13、身免疫性疾病 TLRs作为一类模式识别受体长期被认为只在天然免疫过程中发挥作用，保护机体免受侵害。然而，近年来的研究对TLRs有了许多新认识，实际上TLRs与许多疾病的病理机制密切相关。TLRs不仅识别“异己”，在特定情况下，TLRs可在细胞表面过度表达和激活，甚至识别自身组织成分，最终导致自身免疫性疾病。 TLRs与系统性红斑狼疮 系统性红斑狼疮是一种多因素、全身性自身免疫性疾病，主要侵犯心血管、皮肤、浆膜、肾脏和其他器官等，死亡率高。SLE发病机制复杂，近年的研究发现TLRs在其中也担任重要角色，主要是TLR3，TLR7和TLR9这3个亚型。 Patole 等16首先通过狼疮性肾炎动物模型
14、发现TLR3 分子在肾小球系膜细胞和炎症部位的抗原提呈细胞中有表达，体内注射人工合成的干扰素诱导剂聚肌胞苷酸(PolyI:C)后，血清中的促炎因子如IL12，IL6等细胞因子明显增加。此后，他们又以PolyI:C刺激体外培养的TLR3阳性的肾小球系膜细胞，结果产生IL6及CCL2等炎症因子。这些结果都充分表明TLR3与狼疮肾炎的形成有关。 另有研究发现TLR7与SLE关系密切，TLR7可通过识别单链RNA,激活自身免疫系统。如Kiyoshi等17以狼疮鼠模型为研究对象，发现TLR7缺陷的lpr/lpr小鼠不产生针对自身RNA的抗体，临床表现也较正常的小鼠轻；SLE患者体内通常会有凋亡或坏死的细
15、胞释放出核酸，而机体免疫系统又缺乏对此核酸抗原清除的能力，TLR7正是通过识别释放出的单链RNA，激活处于静止状态的自身免疫细胞而导致SLE。 此外，TLR9可特异识别双链DNA，在SLE发病机制中发挥重要作用。因而认为可以利用这一特性对天然免疫阶段的TLR9进行阻断，从上游抑制SLE的发生。 TLRs与抗磷脂综合征 抗磷脂综合征(antiphospholipid syndrome，APS)是一种非器官特异性自身免疫性疾病18，其特征为血清抗磷脂抗体阳性，临床主要表现为复发性动脉、静脉血栓形成，多发性流产和血小板减少症等，其中血栓形成是抗磷脂综合征主要的病理基础和突出的临床表现。之前的研究认为
16、，抗磷脂抗体与细胞膜表面带负电的磷脂结合在APS形成中起主要作用。但近年研究表明，抗磷脂抗体并不与磷脂直接结合，而是与血浆中的某些磷脂结合蛋白结合，且多数APS患者血清中抗2糖蛋白I抗体与抗磷脂抗体呈正相关，故目前认为抗2GPI抗体和抗磷脂抗体在APS中具有特异性。体内外研究显示，2GPI/抗2GPI抗体复合物可刺激血管内皮细胞、血液单核细胞及血小板等，使其释放细胞黏附分子、炎性因子、组织因子等19-20，从而产生炎症及高凝状态。APS患者血液单核细胞的组织因子抗原含量、活性及mRNA水平比正常人高21。最新研究表明，2GPI/抗2GPI抗体复合物对细胞的作用是通过细胞表面受体介导一系列信号转导完成的，其中涉及TLRs。Raschi等22研究认为抗磷
