Toll样受体介导的抗病毒天然免疫.docx

Toll样受体介导的抗病毒天然免疫

　　【关键词】 Toll样受体 天然免疫 信号转导
病毒能否在细胞内生存和复制取决于宿主的抗病毒机制。天然免疫作为机体抗感染免疫的第一道防线,主要在获得性免疫(Adaptive immunity)活化前, 发挥抗感染作用。天然免疫系统的细胞可表达模式识别受体, 以
识别病原体的结构成分。Toll样受体就是一类PRR。目前, 已发现的人类TLR家族成员有11种, 其中识别病毒的有: TLR2、 TLR3、 TLR4、 TLR7、 TLR8和TLR9,
它们如同天然免疫的“眼睛”, 监视与识别PAMP, 启动细胞内信号转导通路, 诱导特异性基因表达, 分泌细胞因子/趋化因子, 发挥抗病毒作用。以TLR为靶位, 抑制或激活TLR表达或调控TLR信号通路, 不仅是炎性疾病新的治疗策略, 而且还可作为药物设计和疫苗研制的新靶点。现就
TLR对病毒的识别及信号转导途径作一简要综述。
　　1 TLR的分子特征
迄今, 在人类已发现的TLR家族成员有11种, 它们在细胞内均有一定的分布。TLR1、 2、 4、 5、 6表达于细胞表面, TLR3、 7、 8、 9存在于细胞的胞内体。在首次遇到抗原的细胞, 如巨噬细胞、 中性粒细胞、 树突状细胞均可高水平表达多种TLR。然而, TLR的表达并不局限于这些细胞。在大多数细胞和组织中, 虽然TLR的表达种类和水平有限, 但体内的大多数细胞似乎至少能表达一种TLR。TLR家族的每个成员都有类似的结构特征, 它们均属I型跨膜蛋白, 由胞外区、 跨膜段和胞内区3部分组成。胞外区富含亮氨酸重复序列, 能识别病原体成分; 胞内区有一个Toll/IL1R区域,是高度保守的蛋白质相互作用区, 通过与转接分子的相互作用转导信号。TIR是Toll样蛋白和IL1R向下游进行信号转导的核心元件, 这一区域关键位点突变或序列缺失将阻断信号向下传递。通过对果蝇、 爬行动物、 鸟类和哺乳动物DNA序列比较分析, 发现TIR基因具有很高的保守性,而胞外LRR结构域的同源性却较低。
　　2 TLR对病毒的识别
TLR对病原体成分的识别有明确的“分工”: ①TLR1/TLR2异二聚体识别三酰基脂肽; ②TLR2/TLR6异二聚体识别二酰基脂肽; ③TLR4识别细菌脂多糖(LPS)和病毒包膜糖蛋白; ④TLR3感受双链RNA分子; ⑤TLR5识别来自鞭毛虫的鞭毛蛋白; ⑥TLR7/8是单链RNA的识别受体; ⑦TLR9的配体是含未甲基化CpG基序的DNA; ⑧TLR11感受引起膀胱和肾脏感染的细菌。对病毒而言, 识别PAMP的TLR有: TLR2、 TLR3、 TLR4、 TLR7、 TLR8和TLR9。
　　TLR9对含CpG DNA基序病毒的识别
　　未甲基化的CpG二核苷酸的免疫刺激特性首先在细菌DNA中发现。细菌DNA在体外能诱导B细胞增殖, 而脊椎动物DNA不能。合成的含CpG基序的寡脱氧核糖核酸(OND), 可以模拟细菌CpG DNA产生刺激效应, 如细胞因子的产生、 B细胞增殖和DC成熟等, 但TLR9缺陷型小鼠这些反应均消失, 表明TLR9是识别CpG DNA的受体[1]。单纯疱疹病毒1、 HSV2、 小鼠巨细胞病毒、 人巨细胞病毒和腺病毒, 因其基因组富含CpG DNA基序, 可通过TLR9活化炎症细胞因子和IFNα的分泌, 并发现TLR9介导的对HSV1、HSV2和MCMV应答的IFNα分泌是MyD88依赖的方式。类浆细胞DC病毒的识别。然而, ssRNA的哪些区域是TLR7/8结合与活化所必需的？ 仍处于争论之中。尤其是, TLR7和TLR8是否识别特异性基序还未达成共识。游离的鸟苷和尿苷的混合物似乎能通过TLR7或TLR8充分活化人PBMC, 而富集的GU或合成的多聚U RNA寡核苷能充分活化小鼠TLR7[4, 6]。Diebold等进一步描述了需要U残基的特征, 并发现在ssRNA内U残基的频率和间隔可影响RNA序列的刺激能力。因此, TLR7和TLR8可能识别不同来源的RNA, 在介导区分病毒RNA和自身RNA中起重要作用。
　　TLR7和TLR8均被类似的ssRNA配体活化, 它们对病毒识别的相对作用很难区分。TLR7缺陷型小鼠的研究证实, 该受体对几个单链RNA病毒的识别是必需的, 如甲型流感病毒、 水泡性口膜炎病毒。TLR8在小鼠中的特殊作用还未证实, 但TLR7缺陷型小鼠的表型证明, TLR7和TLR8在病毒识别中起非重复的作用。TLR8是否为识别一群特殊的病毒所必需？ 尚不清楚。
　　TLR7和TLR8的作用在小鼠和人似乎不同。Jurk等观察到, 与人TLR8相比, 小鼠TLR8对合成的R848配体没有应答。这一发现提示小鼠TLR8与人TLR8没有相同的特异性。其原因可能是由于它们遇到的病毒类型不同, 这种特异性发生了进化。
　　TLR3对双链RNA病毒的识别
　　TLR3是识别双链RNA(dsRNA)的受体。dsRNA类似物poly(I∶C)因其具有免疫刺激能力而引起人们的极大关注。
　　TLR3缺陷型小鼠的分析证实, 该受体在对poly(I∶C)的应答中具有重要作用。不同于其他TLR, TLR3活化诱导低水平炎症细胞因子分泌, 但能诱导很强的IFNβ分泌和共刺激分子的表达。因此, TLR3的活化及其随后IFNα/β的分泌有助于建立局部的抗病毒状态, 限制病毒在感染部位的复制。Schulz等证实TLR3能识别脑炎心肌炎病毒和塞姆利基森林病毒感染期间产生的dsRNA。这2种病毒均属单股正链RNA病毒, 仅在病毒复制期间产生dsRNA。该发现扩大了TLR3对病毒识别的范围, 但在病毒感染期间dsRNA被识别的精确特性仍不清楚。
　　TLR4/TLR2对包膜病毒的识别
　　病毒包膜糖蛋白是另一类被TLR识别的对象。病毒糖蛋白在病毒与其受体结合或进入细胞中起重要作用。因
此, 病毒在感染的早期阶段通过糖蛋白与细胞表面的TLR接触而被探测, 不需要病毒基因的表达和复制。呼吸道合胞病毒以TLR4和CD14依赖的方式诱导NFκB活化和炎症细胞因子的分泌。RSV的融合蛋白被认为是活化TLR4的病
毒成分。研究表明, TLR4缺陷型小鼠与野生型相比, 表现出低水平自然杀伤细胞和CD14+细胞以及低水平的血清IL12[10], 其生理结果是病毒清除率下降。小鼠乳腺瘤病毒也能活化TLR4。Rassa等[11]发现MMTV包膜蛋白(Env)与TLR4免疫共沉
淀, 该研究提供了TLR和病毒蛋白之间相互作用的证据。Burzyn等[12]研究显示, MMTV活化树突状细胞表面的TLR4可提高它的入胞受体CD71的表达, 提示MMTV活化TLR4有利于病毒进入。该研究也表明MMTV还可活化TLR2。
　　麻疹病毒通过它的血凝蛋白活化TLR2, 诱导NFκB和炎症细胞因子分泌。与野生型病毒相比, 组织培养的疫苗株不能刺激TLR2。提示疫苗株比野生型株更能触发先天性免疫应答。出现这一矛盾的原因可能是人单核细胞当TLR2活化时, 野生型MV的受体CD150被上调, 而疫苗MV株则利用CD46作为入胞受体[13]。Compton等[14]证实, 人巨细胞病毒能以TLR2依赖的方式活化NFκB, 诱导炎症细胞因子的分泌。与副黏病毒和逆转录病毒相比, HCMV结构非常复杂, 它至少有12种包膜糖蛋白, 其中可溶性的包膜糖蛋白B能活化NFκB和IRF3, 诱导IFNβ分泌, 使细胞处于抗病毒状态[15, 16]。同时还发现, 可溶性gB以TLR2依赖的方式也可诱导炎症细胞因子的分泌。但抗HCMV应答的诱导是否是TLR2介导的过程尚不清楚, 迄今也没有发现TLR2与IFN途径活化之间的联系
。
　　3 TLR介导的抗病毒免疫信号转导
每种TLR皆可通过独特而又重叠的信号传导途径转导它的信号[17, 18]。目前, 关于TLRs信号通路和所涉及的信号分子很多, 具体作用机制尚不完全清楚。由TLR介导的信号转导通路诱导很多快速反应基因的活化, 产生许多效应分子, 如一氧化氮合成酶、 抗菌肽、炎症细胞因子
、 MHC、 共刺激分子和趋化因子, 参与机体防御反应。所有TLR和IL1R受体家族成员均依赖于TIR结构域向细胞内转导其识别的信号, 最终活化NFκB和IFN调节因子3, 诱导靶基因表达。其共有的信号通路有4种必需成分: (1)髓样分化因子88; (2)TRIF或TICAM1; (3)IL1受体相关蛋白激酶(IL1Rassiocated kinase, IRAK); (4)肿瘤坏死因子受体相关因子6tumor necrosis factor receptorassociated factor6, TRAF6)。TLR被PAMP活化后, 导致特异性转接蛋白MyD88募集至TLR的胞内区, 与IRAK结合。然后, TRAF6被募集并与IRAK相互作用, 导致下游NFκB诱导激酶和IκB激酶活化。IKK介导NFκB抑制剂的磷酸化, 导致IκB降解, 使NFκB发生细胞核移位和丝裂原活化蛋白激酶活化。被NFκB上调的基因主要包括促炎症细胞因子和各种黏附分子。大多数TLR通过这条途径转导信号
。然而, TLR3或TLR4与PAMP相互作用, 招募另一转接蛋白TRIF, 使IRF3和NFκB活化。TRIF途径除了增强促炎症细胞因子的分泌外, 还可介导IFNα/β的分泌、共刺激分子的表达以及树突状细胞的成熟。其中, TLR4还招募TRAM和TIRAP[TIR相关蛋白, 也称MyD88转接蛋白样分子], 这2种分子能分别与TRIF和MyD88相互作用, 转导信号。可见, TLR识别配体后, 能募集多种转接分子, 通过MyD88途径和TRIF途径转导信号。
　　4 结语
近年TLR在病毒感染和宿主免疫中的作用已受到人们的广泛关注。TLR分子和功能特征的鉴定, 不仅使我们对天然免疫系统的认识达到一个新的水平, 而且也为感染性疾病、 炎症性或自身免疫病的治疗提供了新的思路。病原体成分通过相应的TLR识别, 启动细胞内信号转导通路, 诱导特异基因的表达, 如IFNαβ、 RANTES、 TNFα、 IL6、 IL12, 这是TLR活化最重要的效应。然而, 许多问题尚有待进一步阐明。迄今, 仅发现部分包膜病毒受TLR介导的天然免疫的监视, 其他包膜病毒和非包膜病毒是否被TLR识别尚不清楚。病毒展示PAMP的分子分析是理解TLR识别病毒的分子基础。一些病毒只有进入细胞后, 才能被PRR识别, 因此在TLR活化与病毒入胞同步的情况下, 需进一步了解病毒入胞如何与PRR天然感知协调 病毒入胞受体及其与包膜糖蛋白的相互作用是否有助于或增强TLR活化？ TLR活化如何调节和促进宿主免疫？ 病毒的致病性、 毒力和TLR对病毒应答的关系是什么？ TLR应答如何影响病毒持续和潜伏过程？ 对上述问题的深入研究将阐明病原体与宿主之间的平衡并可能为机体抗感染免疫的分子机制及疾病的发病机制研究提供新的思路, 也将为新型疫苗和免疫调节剂的研发提供新的理论依据。
【参考文献】
　　[1] Hemmi H, Takeuchi O, Kawai K, et al. Toll like receptor recognizes bacterial DNA[J]. Nature, 2000, 408(6813): 740-745.
　　Krug A, Luker GD, Barchet W, et al. Herpes simplex virus type 1 activates murine natural interferon producing cells through tolllike receptor 9[J]. Blood, 2004, 103(4): 1433-1437.
　　Lund J, Sato A, Akira S, et al. Tolllike receptor 9mediated recognition of herpes simplex virus2 by plasmacytoid dendritic cells[J]. J Exp Med, 2003, 198(3): 513-520.
　　Diebold SS, Kaisho T, Hemmi H, et al. Innate antiviral responses by means of TLR7mediated recognition of single　stranded RNA[J]. Science, 2004, 303(5663): 1529-1531.
　　Heil F, Hemmi H, Hochrein H, et al. Speciesspecific recognition of singlestranded RNA via tolllike receptor 7 and 8[J]. Science, 2004, 303(5663): 1526-1529.
　　Diebold SS, Massacrier C, Akira S, et al. Nucleic acid agonists for tolllike receptor 7 are defined by the presence of uridine ribonucleotides[J]. Eur J Immunol, 2006, 36(12): 3256-3267.
　　Jurk M, Heil F, Vollmer J, et al. Human TLR7 or TLR8 independently confer responsiveness to the antiviral compound R848[J]. Nat Immunol, 2002, 3(2): 196-200.
　　Schulz O, Diebold SS, Chen M, et al. Tolllike receptor 3 promotes crosspriming to virusinfected cells[J]. Nature, 2005, 433(7082) 887-892.
　　KurtJones EA, Popova L, Kwinn L, et al. Pattern recognition receptors TLR4 and CD14 mediate response to respiratory syncytial virus[J]. Nat Immunol, 2000, 1(5): 398-401.
　　[10] Haynes LM, Moore DD, KurtJones EA, et al. Involvement of Tolllike receptor 4 in innate immunity to respiratory syncytial virus[J]. J Virol, 2001, 75(22): 10730-10737.
　　[11] Rassa J C, Meyers JL, Zhang Y, et al. Murine retroviruses activate B cells via interaction with Tolllike receptor 4[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2002, 99(4): 2281-2286.
　　[12] Burzyn D, Rassa JC, Kim D, et al. Tolllike receptor 4dependent activation of dendritic cells by a retrovirus[J]. J Virol, 2004, 78(2): 576-584.
　　[13] Bieback K, Lien E, Klagge IM, et al. Hemagglutinin protein of wildtype measles virus activates Tolllike receptor 2 signaling[J]. J Virol, 2002, 76(17): 8729-8736.
　　[14] Compton T, KurtJones EA, Boehme KW, et al. Human cytomegalovirus activates inflammatory cytokine responses via CD14 and Tolllike receptor 2[J]. J Virol, 2003, 77(8): 4588-4596.
　　[15] Boehme KW, Singh J, Perry ST, et al. Human cytomegalovirus elicits a coordinated cellular antiviral response via envelope glycoprotein B[J] J Virol, 2004, 78(3): 1202-1211.
　　[16] KurtJones EA, Chan M, Zhou S, et al. Herpes simplex virus 1 interaction with Tolllike receptor 2 contributes to lethal encephalitis[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101(5): 1315-1320.
　　[17] Akira S, Takeda K. Tolllike receptor signaling[J]. Nat Rev Immunol, 2004, 4(7): 499-511.
　　[18] Perry AK, Chen G, Zheng DH, et al. The host type I interferon response to viral and bacterial infections[J]. Cell Research, 2005, 15(6): 407-422.