陈建忠
浙江大学医学院免疫学研究所
1 简介
免疫系统的基本功能是识别外源抗原并诱导机体产生一系列反应清除外源致病性物质，以保持机体的稳定。机体对病毒和细菌的初次免疫应答一般认为是非特异性的，然而,Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)的发现则彻底改变了这一看法。Janeway等[1]将天然免疫细胞所识别的主要靶分子称之为病原相关的分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs), PAMPs是众多微生物共有的一种保守的模式分子，广泛存在于病原体细胞表面, 如内毒素、肽聚糖、鞭毛蛋白、双链RNA以及酵母细胞壁上的甘露糖等。识别PAMPs的受体称为模式识别受体(pattern recognitionreceptor，PRRs)。TLRs分子即是一类重要的PRR, 迄今已在哺乳类动物中发现10种TLR，称为TLR受体家族[2-4]。TLR在结构上与果蝇Toll受体存在同源性，为Ⅰ型跨膜蛋白，胞外区有富含亮氨酸重复区(LRR), 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，被称为Toll/IL-1R(TIR)区域，与信号传导密切相关。不同的TLR识别相应的PAMP, 如TLR4能识别LPS, TLR5识别鞭毛蛋白，TLR3识别dsRNA，TLR9可识别非甲基化CpGDNA，TLR7能识别抗病毒化合物，TLR2主要识别脂蛋白和糖脂包括酵母细胞壁、肽聚糖等，另外TLR1和TLR6能与TLR2形成复合受体识别一些微生物成分，目前TLR8和TLR10的配体尚不清楚。TLR识别配体后，可通过MyD88依赖性和非依赖型信号传导途径，激活NF-kB和MAPK，可引起细胞因子如IL-6、IL-12和TNF-α的释放，上调APC细胞表面CD80、CD86等共刺激分子并最终激活特异性免疫系统。本文主要对近年来TLR3的研究进展作一综述。
2 TLR3识别dsRNA功能的发现
病毒感染时可在细胞内复制产生双链RNA（dsRNA）,dsRNA可与细胞内的双链RNA依赖的蛋白激酶（dsRNA-dependent protein kinase,PKR）结合诱导抗病毒反应[5]，但研究发现PKR基因敲除小鼠仍能对dsRNA的类似物polyI:C起反应[6]，提示细胞表面存在另外一种能识别dsRNA的受体。1997年Janeway[7]克隆到一系列TLR基因，但某些TLR的配体尚不清楚，为确定dsRNA受体，Alexopoulou[8]等将TLR1-6和TLR9以及NF-kB报告基因共转染293细胞，观察转染细胞对polyI:C的反应性，发现仅表达TLR3的293细胞对其起反应，而其他的TLR均不起作用，表明TLR3有结合polyI:C的功能。随后他们用同源重组技术建立了TLR3基因敲除小鼠，与野生型相比，来自TLR3敲除小鼠的巨噬细胞经polyI:C刺激后细胞因子如IL-6、IL-12和TNF-α的能力均下降，而用其他刺激剂如LPS、PGN以及CpG DNA刺激时这些细胞因子的产生没有变化。作者同时观察了TLR2和TLR3基因敲除及野生型小鼠的B细胞对polyI:C或LPS刺激时细胞表面的CD80和CD86的表达水平，TLR2基因敲除和野生型小鼠的B细胞经polyI:C刺激后这些分子表达上调，而TLR3基因敲除小鼠的B细胞对LPS有反应，而对polyI:C无反应，说明TLR3对polyI:C的识别具有特异性，若用Lang mammalian virus的基因组dsRNA刺激，也出现同样的结果，提示TLR3还能识别病毒的dsRNA，上述研究结果证实，TLR3就是识别dsRNA的特异性受体。
3 TLR3的分子学特征及其表达
人TLR3基因定位于4q35[9]，由2712核苷酸组成，编码由904个氨基酸组成蛋白质，其中前21个氨基酸组成信号肽，第21-904为成熟的TLR3分子，与其他TLR家族成员一样，TLR3属于Ⅰ型跨膜受体，细胞外含有22个LRR，跨膜区由21个氨基酸(705-725)组成，细胞内有TIR结构域（754-896）。小鼠TLR3比人TLR3多一个氨基酸，其中1-25为信号肽，26-705为细胞外区，含有22个LRR，跨膜区由21个氨基酸(706-726)组成，755-897为其TIR结构域。
与其他TLR相比较，TLR3独特的结构是其胞内结构域中不含有其他TLR中保守的脯氨酸，而是由丙氨酸替代，这种替代在人和小鼠中是保守的，在TLR4中，该氨基酸的改变将导致信号传导的中断，不能产生MyD88依赖和非依赖的信号传导。C3H/HeJ小鼠对LPS无反应性，正是由于该氨基酸突变为组氨酸，目前对该氨基酸替代在TLR3信号传导中的意义上不清楚。
人和小鼠TLR3的表达谱不一样，具有种属特异性[10]，Northern杂交分析[11]，人TLR3 mRNA只在骨髓来源的DC中检测到，且表达TLR3的DC一般位于淋巴结的T细胞定居区。而在其他血液细胞如单核细胞，粒细胞，NK细胞，T细胞和B细胞以及巨噬细胞中均不能检测到，皮肤中的朗汉氏细胞不表达TLR3，相反小鼠TLR3能在巨噬细胞中表达且能被LPS刺激后高水平表达，研究发现这种特异性表达与其启动子的基因序列密切相关，两种TLR3的近端启动子区以及编码5端外显子的序列完全不同[10]，表明其中一种在进化过程中发生了变异。研究还发现，TLR3的表达受IFN的调节，病毒感染后也可通过IFN的介导上调TLR3的表达[12]。
3 TLR3的信号转导途径及其介导的生物学活性
TLR3的信号传导包括两条途径，即MyD88依赖和非依赖途径。
3.1 MyD88依赖的信号传导途径[2-4]
MyD88依赖的信号传导途径是TLR信号传导的共同途径，TLR2,4,7,9的信号传导也均通过该途径。在MyD88依赖性途径中,当相应配体同TLR结合后可促使受体发生二聚化，其胞质区通过TIR结构域募集MyD88。结合后引发的下游事件主要包括以下几个方面:(1)MyD88通过TIR区与TLR胞内区的TIR区结合，作为接头蛋白募集IRAK(IL-1受体相关激酶); (2)IRAK结合TNF受体相关因子6(TRAF6)从而活化TAK1; (3)TRAF6的活化引起两条不同途径的信号转导:一条包括p38MAPK家族和c-Jun N-端激酶Jnk;另一条是包括Rel家族转录因子NF-κB的途径。Alexopoulou[8]等利用MyD88基因敲除小鼠研究发现MyD88与dsRNA刺激TLR3介导的信号传递有关，用polyI:C刺激野生型小鼠DC能诱导IL-12和IL-6的产生，且呈剂量依赖性关系，而MyD88-/-小鼠中只能检测痕量表达，同样结果也见于巨噬细胞，上述实验结果提示，dsRNA通过TLR3介导诱导细胞因子的产生依赖于MyD88信号传导途径。
3.2 MyD88非依赖的信号传导途径
早期研究表明，polyI:C能诱导NF-kB和MAPK的活化，Alexopoulou[8]比较了MyD88基因敲除小鼠级野生型小鼠对polyI:C诱导的NF-kB和MAPK的动力学，研究发现NF-kB和MAPK的活化的动力学相似，表明TLR3介导的信号途径中存在着MyD88非依赖途径。近来两个实验小组分别报道两个接头蛋白即TRIF[13]或TICAM-1[14]，他们能介导TLR3诱导的IFN-β的产生，表明该接头蛋白可能与MyD88非依赖的信号传导途径有关，过度表达TRIF不但能诱导IFN-β报告基因的高表达，而且还能与内源性的IRF3发生共沉淀，后者是诱导IFN-β产生的主要转录因子，TRIF基因敲除小鼠TLR3和TLR4介导的IRF3磷酸化以及IFN-β的表达均发生缺陷[15]，新近两个独立的实验室分别证明两个IKK相关激酶IKKε和TBK1与病毒感染时IRF3/IRF7活化的上游途径有关[16，17]，生物化学方法研究表明IKKε和TBK1均能磷酸化IRF3/IRF7，并与IRF3和IRF7发生共沉淀，研究还证实TRIF能通过IKKε和TBK1诱导IRF3磷酸化，该过程可被IKKε和TBK1的特异性干扰RNA阻断。
因此，TLR3可通过MyD88依赖途径诱导炎症性细胞因子如IL-1、TNF-α、IL-6和IL-12的表达，参与非特异性抗病毒反应，同时通过MyD88非依赖途径诱导共刺激分子CD80和CD86以及IFN-β、IP-10等抗病毒性细胞因子的表达，参与诱导DC的分化成熟以及抗病毒免疫反应[18]。此外TLR3可能还能诱导其他信号途径，有研究报道[19]dsRNA诱导的TLR3介导的561基因的表达依赖于TLR3胞内区酪氨酸残基的磷酸化，酪氨酸激酶抑制剂能抑制561基因的表达。TLR3的胞内区有5个酪氨酸，突变分析提示Tyr759的磷酸化对该基因的诱导起着关键的作用，推测这些酪氨酸位点可能是蛋白激酶或接头蛋白的锚定位点，诱导不同的信号途径激活靶基因。另外也有人报道，TLR3可直接与TRAF6结合启动下游途径，诱导NF-κB和MAPK的活化[20]。
结语
自从TLR发现以来，该领域的研究取得长足的进步，但是仍有许多问题尚未解决。如TLR与配体结合机制，某些TLR的天然配体尚未鉴定，在信号传导方面，不同的TLR如何诱导特异性的信号通路调节不同基因的表达以介导不同的生物学效应，就TLR3而言，TLR3能否识别病毒还存在争论，在人和小鼠中，产生IFN的PDC的细胞表面不表达TLR3, 而表达TLR7和TLR9, 提示TLR3可能不是主要的识别病毒的受体，另外在DC的不同分化阶段TLR3的表达不一样，提示TLR3参与DC功能的调节，这些问题的阐明，将有助于我们了解机体抗病毒反应的机制，为临床治疗奠定基础。
参考文献
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