何 维
（中国医学科学院基础医学研究所）
天然免疫应答是机体防御感染性疾病的一防线，在过去的几十年中曾一度被认为只是免疫系统应答外界刺激的一种低等形式，但随着对免疫系统的深入了解，非特异免疫系统的重要性逐惭为越来越多的人所接受，同时触发了免疫学家对整个免疫系统的功能进行重新审视。在天然免疫中，对于宿主而言最大的挑战就是通过有限的受体迅速识别大量不同的病原体并作出应答。美国免疫学家Janeway提出了模式识别理论，将天然免疫针对主要靶分子信号称作病原相关的分子模式（Pathogen-associated molecular pattern,PAMP）；相对应的识别受体称为模式识别受体（pattern recognition receptor,PRR）[1]。
人们曾经设想，由于病原体不断地进化，突变会使识别的有效性逐步减弱，但对Toll蛋白样受体（TLR）及PAMP的发现则彻底改变了这一看法。PAMP主要是指广泛存在于病原体细胞表面的分子标志，如酵母细胞壁上的甘露糖，以及脂多糖、多肽糖、胞壁酸等各种细菌的细胞壁成分等，它们在进化中趋于保守。TLRs是一类PRR，一组与天然免疫密切相关的受体家族，该家族与果蝇的Toll蛋白家族在结构上有高度同源性。TLR通过识别不同病原体的PAMP在抗感染天然免疫中发挥重要作用。TLR可对PAMP 进行识别，引发的信号传导能导致炎症介质的释放，在天然免疫防御中起重要作用[2]，并最终激活获得性免疫系统。因此有人认为TLR控制着由天然免疫向获得性免疫的转变[3]。
PAMP的一个重要特点是，它是对病原体生存极为根本的结构，因而极为保守，能满足这一条件的PAMP可能并不多，通过胚系编码的有限个基因就能完成有效识别。PAMP是很多微生物共有的一种保守分子模式，它可以被天然免疫中TLR家族成员所识别。TLR家族到目前为止共发现有10类受体，其中对由Janeway等人在1997年发现的TLR4分子的研究最为深入和全面。TLR4蛋白的研究被《科学观察》（Science Watch）杂志列为2001年十大生物科学重要进展之一。TLR在结构上包括胞外区富含亮氨酸的重复序列和胞内区的与Toll及白细胞介素（IL）-1同源的TIR结构域（Toll/IL-1 receptor homologous region,TIR）和相似的信号传导分子，即MyD98、IL-1相关蛋白激酶（IRAK）和肿瘤坏死因子受体活化因子6（TRAF6）。近来又发现的一种TLR4胞桨区接头分子TIRAP可有助于解释MyD88非依赖的信号传导途径。由于每个TLR相关的信号通路可能不是完全相同的，这导致了各自不同生物学功能的发挥。不同TLR可以在一定程度上识别并区分不同类型的病原体。研究表明，TLR4可识别细茵的脂多糖（LPS），TLR2识别肽聚糖等成分，TLR9识别细菌CpG DNA,TLR5识别鞭毛蛋白，TLR3识别双链RNA（dsRNA）。
TLR4多分布在巨噬细胞、B/T淋巴细胞及脾脏、肝脏、肺脏及胎盘等组织中，主要识别革兰氏阴性细菌表面的LPS。随着对TLR4的分子结构、识别受体、信号传导途径及基因缺陷型动物模型等研究深入，TLR4在机体免疫系统中的重要性也日益得以认识。LPS是革兰氏阴性茵外膜成分。LPS首先与血清的LPS结合蛋白（LPS-binding protein,LBP）结合，然后再结合于细胞表面的CD14分子。CD14通过GPI锚定于细胞膜。LPS以LPS－LBP-CD14三体复合物形式活化TLR4信号传导。同时结合于TLR4胞外区的MD-2对LPS信号传导也有重要作用。TLR4是在人类发现的第一个Toll相关蛋白，其信号转导可以通过核因子кB(NF-кB)激活细胞因子基因转录，如IL-1、IL-6和IL-8，介导B7家族成员表达活化，进而通过APC而活化Ｔ细胞[4]。
研究表明不同LPS成分的结构会影响与TLR4分子的相互作用，而且这种影响存在物种上的差别，提示LPS是与TLR4直接作用的，同时也表明TLR4基因在进化中产生突变而使相对高等的生物获得了更为精确的识别能力，这与某些研究者观察到的TLR4基因存在多态性的结果相印证，也为我们研究生物进化对免疫系统的影响提供了新的理论依据。
TLR4分子由胞外区、穿膜区及胞内区三部分组成。胞外区富含亮氨酸，可与CD14分子中的亮氨酸重复序列结合而介导蛋白质之间的相互作用。胞内区存在一段序列保守区，该序列与IL-1受体的胞内区的保守序列有高度同源性，被称之为TIR。因此，TLR4分子也属于IL-1受体超家族的成员。TIR区域是TLR4与其下游蛋白激酶相互作用的关键部位。Irina Smirnova[5]等通过对不同种属生物TLR4基因的序列分忻，揭示了TLR4分子存在多态性且胞外区变化明显高于胞内区；大约有10％的人类TLR4分子中含有共12种稀有氨基酸，提示TLR4分子在进化过程发生了选择，而进化选择的结果对物种的疾病易感性的影响也是我们将要深入探讨的一个问题。
越来越多的研究表明，TLR4除了可以识别LPS，还识别其他配体。Shmuel Shohum[6]研究小组揭示了一种真菌表面的多聚糖（GXM）可以经TLR4和CD14识别来激活NF-кB的转录，但却不导致TNF-α的释放。另有研究[7]表明，血管外的纤维素原可以经TLR4途径，促使巨噬细胞释放趋化因子来富集T细胞、中性粒细胞和巨噬细胞；此外，热休克蛋白、呼吸道合胞病毒等均可被TLR4识别。由此可见，TLR4在非特异性免疫中可广泛识别配体，既可针对入侵的病原体，也可识别改变的自身成分，充分显示了TLR4在识别危险信号并诱发机体免疫反应中的重要性。
众多研究结果表明，TLR4对配体的识别需要其他蛋白的协同作用，目前认识较多的是CD14和MD-2分子。CD14以GPI锚定在巨噬细胞表面或以分泌性蛋白的形式存在，是LPS的高亲和力受体，但缺乏信号传导功能。与之相反，作为LPS的低亲和力受体的TLR4却可以传导刺激信号。二者结合即可形成具备高亲和力结合和信号传导功能的受体复合体。MD-2是晚近发现的一个可溶性蛋白分子，通过与TLR4结合来提高TLR4对LPS的敏感性，并可增加TLR4受体的稳定性。
如图所示，LPS与TLR4复合物结合后引发的下游事件主要包括以下几个方面：①MyD88通过TIR区与TLR4胞内区的TIR区结合，作为接头蛋白招募IRAK(IL-1受体相关激酶); ②IRAK结合TRAF6（TNF受体相关因子从而活化TAK1;③后者引发NIK(NF-кB)诱导激酶）活化并与IKK α / β (1-кB激酶)形成复合物，作用于I-Кb,使之降解而激活NF-КB;此外，TRAF6还可以结合ECSIT，激活MAP途径，活化NF-кB和AP-1。
TLR信号传导通路
TLR4广泛表达在各种淋巴细胞表面，其中既包括非特异性免疫细胞，如巨噬细胞、中性粒细胞和肥大细胞，又包括介导特异性免疫反应的Ｔ淋巴细胞和Ｂ淋巴细胞。它识别的配体既有细菌表面成分，又有病毒和真菌的胞壁结构。深入研究TLR4相关的配体识别、信号传导、免疫因子活化等各个环节为进一步认识免疫系统的结构与功能提供了新视角，并为研究疾病发生机制、宿主对疾病的易感性等问题提出了新的启迪；如Ozlem Equils[8]等人晚近报道了有关细菌LPS通过TLR4途径活化HIV的研究，为探讨AIDS的病变机制提供了新的理论依据。
7年前，著名的理论免疫学家Matzinger提出了免疫识别的危险模式理论，认为诱发机体免疫应答的关键因素是机体细胞受损后产生危险信号。因而不论是自体因素发生改变，还是外界因素产生影响，只要出现供机体识别危险信号就可以诱发效应细胞的活化。机体在进化过程中产生了诸多机制以识别危险信号，如巨噬细胞经TLR受体介导识别PAMPs及某些改变的自身成分；T细胞经MHC方式识别抗原；Ｂ细胞释放抗体中和抗原等。综上所述，TLR作为连接天然免疫与特异性免疫的关键环节发挥着极为重要的作用。因此，重新把目光投向TLR及天然免疫，必然会对免疫学的认识与发展产生深远的影响，甚至为新型疫苗和免疫调节剂的研发均可提供新的重要理论依据。
参 考 文 献
1 Ruslan Medzhitov,Charles Janeway Jr.Innate immune recognition:mechanisms and pathways.Immunological Reviews,2000,173:89-97
2 Alan Aderdm et al.Toll-like receptors in the induction of the innate immune response.Nature,2000,406:782-787
3 Terry K.et al.The biology of Toll-like receptors Cytokine Growth Factor Reviews,2000,11:219-232
4 Shizuo Akira,Kiyoshi Takeda and Tsuneyasu Kaisho.Toll-like receptors:critical proteins linking innate and acquired immunity.Nature Immunology,2001,2:675-680
5 Irina Smirnova et al.Excess of rare amino acid polymorphisms in the Toll-like receptor 4.Humans Genetics,2001,158:1657-1664
6 Stephen T.Smiley et al.Fibrinogen stimulates macrophage4 chemokine secretion through Toll-like receptor 4.J Immunol,2001,167:2887-2894
7 Shmuel Shoham et al.Toll-like receptor 4 mediates intracellular signaling without TNF -α release in response to cryptococcus neoformans polysaccharide capsule.J Immunol,2001,166:4620-4626
8 Ozlem Equils et al.Bacterial lipopolysaccharide activates HIV long terminal repeat through Toll-like receptor 4.J Immunol,166:2342-2347
---------------
