Toll样受体的结构及免疫功能探究

【摘要】Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs)是天然免疫系统异的Ⅰ型跨膜受体及病原体模式识别受体，它通过识别病原体，能立即启动先天性免疫，并能通过信号传导启动获得性免疫，在急性炎症反应、细胞信号转导和细胞凋亡中起重要作用。目前已发现TLR家族共有13个受体，分布于各个器官脏器，针对不同的病原体发挥其识别作用。该文对TLRs的结构和分布、相应配体及免疫功能等方面作简要综述。

【关键词】Toll样受体（TLRs）；配体；天然免疫应答；免疫功能

【中图分类号】R441 【文献标识码】A 【文章编号】1005-0515(2011)07-0002-02

TLR是一类从线虫到哺乳动物序列高度保守的模式识别受体。最早的Toll基因是在研究果蝇背腹极性时发现的，因与果蝇的Toll分子高度同源而得名。后来的研究发现Toll在果蝇的天然免疫应答中扮演了重要角色。TLR通过识别外源性微生物，启动先天性免疫反应，清除侵入的病原微生物。同时活化的TLR也能激活T细胞，启动获得性免疫反应。

TLR在天然免疫方面的特殊意义及在沟通天然免疫和获得性免疫方面的桥梁作用，使生物学界和医学界对其投入了极大的热情。随后，人类和小鼠中先后克隆出多个Toll的同源蛋白，共同构成Toll受体家族。目前为止，已经鉴定了至少13种TLRs，其中TLR1~TLR9是人类与老鼠共有，TLR似乎只在人类中有功能，而TLR11~TLR13为小鼠所特有。

1 TLRs的生物特点

1.1 TLR的结构:TLRs属于Ⅰ型跨膜糖蛋白，是具有类似结构的跨膜型式识别受体（pattern recongnitionreceptors,PRR)，由胞外区、跨膜区和胞质区组成。胞外区是由18~31个串联的富含亮氨酸的重复基序（leucine-rich repeat，LRR)形成的亮氨酸结构域，空间结构如马蹄形且高度保守，其中亮氨酸在三维空间的一侧排列形成疏水界面，该区为序列多变的Ig样结构域，与宿主对感染反应的特异性有关，其空间结构的细微变化就会影响TLR对病原相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP)的识别；跨膜区是富含半胱氨酸结构域，一般认为跨膜结构域决定了TLRs分子的亚细胞定位；胞质区和白介素受体-1受体（interleukin-1 receptor，IL-1R）家族的胞质区有高度的同源性，称为TIR（Toll/IL-1R)结构域，约200个氨基酸组成。

TLRs识别存在于各种病原体细胞表面分子，如酵母细胞壁的甘露糖以及细菌细胞壁的脂多糖、多肽糖及胞壁酸等各种成分，统称病原体相关的分子模式(PAMP).

1.2 TLR的分布:

1.2.1 细胞分布和亚细胞定位:TLRs是固有免疫细胞膜上的识别系统中重要组成部分，他们分布于各种组织的细胞膜上，分布十分广泛。如TLR1广泛表达于单核细胞、T和B淋巴细胞、树突状细胞（dendritic cell，DC)、多形核白细胞、NK细胞；TLR2/4/5主要分布于除T、B、NK细胞以外的免疫细胞；TLR3主要表达于未成熟的DC等。但TLR因其识别的PAMP性质不同人在细胞中有不同的分布区。TLR1/2/4/6分布于细胞表面，并能聚集到接触微生物的吞噬体上；TLR3/7/8/9则定位在细胞内，尤其是内质网上，并用于识别核酸。

1.2.2 组织分布:不同的TLR在各种组织中有不同程度的表达，其中在淋巴组织尤其是脾和外周血的白细胞中表达最强。TLR1广泛分布且表达明显，如卵巢、脾脏；TLR2在肺、心脏、脑和肌肉组织可测到TLR2mRNA的表达；TLR3主要表达于胎盘和胰腺；TLR4表达于胎盘组织等;TLR5表达与前列腺和外周血单核细胞；TLR6、TLR9广泛表达于多种细胞；TLR10主要表达于淋巴样组织和脾脏细胞。

2 TLR的配体

虽然TLR家族具有相似的结构，但TLR通过识别相应的配体来激活免疫反应。不仅外来病原体的产物，而且宿主自身的某些物质也可以是不同的TLR的配体。配体包括脂多糖（LPS)、病毒蛋白F、透明质酸酶、硫酸肝素、纤维蛋白原、酵母多糖、白色念珠菌以及宿主来源的热休克蛋白60（HSP-60)、纤维连接蛋白等。TLR1能识别细菌的三酰脂肽；TLR2识别的配体包括G+细菌、分支杆菌、疏密螺旋体、酵母菌和支原体的某些成分，如脂蛋白、脂肽、脂磷壁酸、肽聚糖和酵母多糖等；TLR3构成同源二聚体或与TLR4形成异源二聚体，识别鞭毛蛋白，还可识别多聚肌苷胞苷（poly riboinosinic polyribocytidylic acid， poly I:C)；TLR4形成同源二聚体，识别LPS及牛型结核杆菌胞壁的骨架、链球菌来源的脂质酸；TLR5特异识别细菌的鞭毛蛋白，有选择的识别渗透过肠上皮的细菌，并引起反应；TLR6主要识别细菌的肽聚糖和脂肽；TLR7、TLR8均能识别单链RNA病毒；TLR9主要识别细菌中非甲基化的胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸（CpG DNA)；TLR11能识别来源于尿路细菌的配体。

除了同型二聚体表现出来的功能外，TLR的一些功能也来自于异型二聚体。

3 TLR的免疫功能

美国免疫学家Janeway（2000年）首次提出固有免疫细胞识别模式理论，被科学家观察杂志列为2001年十大生物科学重要进展之一。固有免疫细胞膜上不表达特异性抗原受体，但他们具有模式识别受体（PRR),能直接识别并结合各种病原微生物表达的固有保守基序的分子，即PAMPS,其中TLRs是固有免疫细胞膜上最重要的模式识别受体。

天然免疫细胞借助PRR中TLR,识别各种病原微生物的相关分子模式（PAMPs）。因此，天然免疫细胞可以区分自身和非自身成分，识别PAMPs后的天然免疫细胞，迅速被活化，无需这些细胞再克隆分化增殖，此时巨噬细胞通过胞内氧依赖性杀菌系统和氧非依赖行杀菌系统，杀伤病原体。同时把一些具有免疫原性的小分子抗原肽，借助主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)提供各相应T细胞，启动获得性免疫应答，分泌多种细胞因子，参与免疫调节或杀伤肿瘤细胞等生物学功能。因此，把天然免疫和获得性免疫紧密联系起来。

尽管目前所发现的TLR家族成员种类有限，但同一细胞或不同细胞间TLRs各成员间的相互组合及不同协助蛋白共同作用，组织有效的天然免疫应答，对相对广泛的病原微生物进行特异性识别，引起一系列特异的天然免疫和获得性免疫反应，以对抗微生物感染乃至慢性炎症（如哮喘）及自身免疫性疾病（如类风湿性关节炎等）。

4 展望

近年来随着对TLR研究的展开和深入，人们对TLR在免疫中的作用有了更多的认识和了解。TLR在识别侵入的病原、早期启动机体的先天性免疫反应、诱导多种炎症介质和细胞因子的产生有着重要的作用；同时通过抗原呈递和对T细胞的致敏，接到获得性免疫反应的发生。因此，TLR可为人类的抗感染免疫、免疫耐受、自身免疫、超敏反应及疫苗佐剂提供新的切入点和生长点并通过对TLR多态性的研究，对于TLT与感染性疾病、败血症性休克、病毒性感染和自身免疫性疾病等多种疾病的发生有了进一步的认识，并为疾病的治疗提供了新的思路。

目前TLR热方兴未艾，今后的研究内容主要可能有以下几个方面:模式生物和经济生物TLR家族成员的探明；新的TLR配基的不断挖掘；TLR与各种疾病的关系及相关药物与疫苗的研制与开发；新TLR信号通道的发现；TLR的起源与进化及在物种起源和进化研究中的价值等。

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作者单位：519041 遵义医学院珠海校区免疫学与病原生物学教研室