综述：Toll 样受体作为对抗传染病的信号级联的作用

《Cellular and Molecular Life Sciences》：Role of TLRs as signaling cascades to combat infectious diseases: a review

本文综述了 Toll 样受体（TLRs）在免疫信号传导中的作用及机制，为相关疾病治疗提供新思路。

　　

引言

在生命的演化进程中，生物体无时无刻不暴露于微生物的包围之中，如何抵御微生物的入侵成为生存的关键。脊椎动物的免疫系统为此构建了两道防线，先天免疫作为首道防线，率先对感染发起抵抗；而适应性免疫则作为后续的强大力量，进一步发挥作用。然而，相较于被深入研究的适应性免疫，先天免疫的探索之路还很长。

Toll 样受体（TLRs）在先天免疫中占据着关键地位，它能够精准识别微生物的特定分子模式，进而启动免疫应答。近年来，随着研究的不断深入，人们越发认识到先天免疫激活对适应性免疫的重要性，尤其是在触发辅助性 T 细胞 1（TH1）细胞反应方面。这一认知的转变，为病毒、免疫、过敏疾病以及癌症的研究与治疗开辟了新的方向。尽管在 TLR 信号传导的研究上已取得一定进展，但仍存在诸多未知，例如 MyD88 依赖和非依赖反应的区分，而这可能成为免疫调节治疗的新突破口。

TLR/IL-1R 超家族

故事要从 Toll 受体的发现说起，它最初在昆虫体内被发现，不仅在胚胎发育时决定背腹极性，还在昆虫抵御真菌感染的先天免疫中发挥着重要作用。如今，哺乳动物中已发现 11 种 TLR 家族成员，它们属于 I 型跨膜糖蛋白，与白细胞介素 - 1 受体（IL-1Rs）同属一个超家族，虽然胞外区域差异较大，但胞质区域却有着显著的相似性。

TLRs 的胞外区域富含亮氨酸重复序列（LRRs），就像一个个精密的 “探测器”，负责识别病原体。不同的 TLR 可识别多种结构各异的配体，且配体的分子模式与 TLR 的亚细胞定位之间存在着微妙的联系。例如，TLR1、TLR2 和 TLR4 位于细胞表面，能与吞噬体结合；而 TLR3、TLR7 和 TLR9 则主要在细胞内识别核酸样结构，如 TLR9 在未激活时位于内质网，激活后会转移到内体 / 溶酶体中发挥作用。

Toll/IL-1R 域

Toll/IL-1R（TIR）域是 TLRs 和 IL-1Rs 胞质尾巴上保守的约 200 个氨基酸区域，其中的三个保守框对于信号传导至关重要。通过对人 TLR1 和 TLR2 的 TIR 域晶体结构分析发现，它由一个核心的五链平行片层和两侧的五个 α- 螺旋组成，这些结构之间通过环相连。例如，BB 环连接着 β -B 螺旋和 α -B 链，保守框 1、2 以及 BB 环的大多数侧链与衔接分子相互作用。研究发现，Tlr4 基因的错义突变会导致 C3H/HeJ 小鼠对脂多糖（LPS）反应减弱，这表明该突变干扰了与其他分子的直接接触，进而影响了 LPS 信号传导。

TLR/IL-1R 超家族信号级联

当 TLRs/IL-1Rs 与配体结合后，就像启动了一场精密的 “信号接力赛”，它们会发生二聚化并改变构象，吸引下游信号分子，其中髓样分化初级反应蛋白 88（MyD88）、IL-1R 相关激酶（IRAKs）、转化生长因子 -β 激活激酶 1（TAK1）结合蛋白 1（TAB1）、TAB2、TAK1 和肿瘤坏死因子受体相关因子 6（TRAF6）等都是这场 “接力赛” 中的重要参与者。

MyD88 在大多数 TLR 介导的信号通路中起着核心作用，它的羧基（C）末端 TIR 域通过一个短的连接序列与氨基（N）末端死亡域（DD）相连。MyD88 能够通过 DD-DD 和 TIR-TIR 域相互作用形成同源二聚体，并作为衔接分子将含有 DD 的下游信号分子连接到 TLRs/IL-1Rs 上。

IRAK 家族在哺乳动物中有四个成员，IRAK1 和 IRAK4 具有内在激酶活性，在 TLR/IL-1R 激活后，IRAK1 激酶活性显著增加，对核因子 -κB（NF-κB）信号传导至关重要；而 IRAK4 更是在 IL-1R/TLR 信号传导中不可或缺，IRAK4 缺陷的小鼠对 IL-1、LPS 等细菌成分几乎没有反应。

TRAF6 作为信号传导的重要介质，与 TNF 受体超家族和 TLR/IL-1R 超家族都有着密切的联系，它能与多种受体和信号蛋白相互作用，其结合域具有特定的序列模式。

TAK1 在 TRAF6 的激活下，与 TAB1、TAB2 等一起激活 NF-κB 和激活蛋白 1（AP1）。其中，TAB1 可激活 TAK1，TAB2 则作为衔接分子促进 TAK1 的激活，尽管 TAB2 和 TAB3 在功能上存在冗余，但它们对 TAK1 的激活都起着重要作用。

NF-κB 家族由五个转录因子组成，可形成同源或异源二聚体。在未激活状态下，NF-κB 二聚体被 IκB 家族分子束缚在细胞质中。当上游信号激活时，IκB 蛋白发生磷酸化和蛋白酶解，NF-κB 得以释放并转移到细胞核中，启动相关基因的转录。此外，还有其他激酶参与 NF-κB 的激活和调控过程，使这一信号通路更加复杂和精细。

MyD88 依赖和非依赖途径

MyD88 缺陷的动物在面对 IL-1 或某些微生物成分时，无法释放肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）和 IL-6，这表明 MyD88 在抵御微生物感染中起着重要作用。然而，研究发现 MyD88 缺陷的细胞中存在 MyD88 依赖和非依赖的信号通路。

以 LPS 刺激为例，在 MyD88 缺陷的巨噬细胞中，虽然对某些 TLR2 配体的 NF-κB 激活被消除，但对 LPS（TLR4 配体）仍能激活 NF-κB，只是动力学延迟，同时 MAPK 激活也延迟。进一步研究发现，LPS 刺激 MyD88 缺陷的巨噬细胞会诱导干扰素（IFN）诱导基因的表达，如糖皮质激素衰减反应基因 16（GARG16）、免疫反应基因 1（IRG1）和 CXC 趋化因子配体 10（CXCL10），而这些基因的表达在 TLR4 缺陷的巨噬细胞中则被消除，这表明存在 TLR4 依赖但 MyD88 非依赖的途径。

此外，MyD88 非依赖途径还参与树突状细胞（DC）的成熟和共刺激分子的表达调控。虽然 MyD88 依赖途径主要刺激炎症细胞因子的产生，对快速抵御微生物感染至关重要；但 MyD88 非依赖途径，尤其是在 TLR4 介导的反应中，调节着较慢的反应，如 IFN 诱导基因的表达和 DC 的成熟。

衔接蛋白家族

随着研究的深入，发现了多种 TIR 域衔接蛋白，它们在 TLR 信号传导中起着关键作用，不同的 TLR 使用不同的衔接蛋白，从而导致不同的基因表达模式。

TIR 域衔接蛋白（TIRAP）最初被认为介导 TLR4 非依赖 MyD88 的信号通路，但后来发现它对 TLR4 介导的、MyD88 依赖的信号通路至关重要，而对非依赖途径则不是必需的。TIRAP 缺陷的小鼠对 TLR3、TLR7 和 TLR9 配体反应正常，但对 TLR2 配体的细胞因子产生减少。

TIR 域衔接蛋白诱导 IFN-β（TRIF）是另一种重要的衔接蛋白，它能激活 IFN-β 启动子，且不依赖于 MyD88。TRIF 缺陷的小鼠在对 TLR3 和 TLR4 配体的反应中，IFN 诱导基因表达减少，IFN 调节因子 3（IRF3）激活受损。

TRIF 相关衔接分子（TRAM）则特异性地参与 TLR4 介导的、MyD88 非依赖 / TRIF 依赖的信号通路。TRAM 缺陷的小鼠在对 TLR4 配体的反应中，IFN 诱导基因表达减少，IRF3 激活受损，但对 TLR3 刺激反应正常。

这些衔接蛋白的发现，让我们对 TLR 信号传导的复杂性有了更深入的认识，也为进一步研究免疫调节机制提供了重要线索。

其他参与 TLR 信号传导的分子

除了上述关键分子外，TLRs 还会激活多种细胞内信号分子。磷脂酰肌醇 3 - 激酶（PI3K）在 TLR/IL-1R 信号传导中被激活，它通过与受体的直接连接激活下游的蛋白激酶 B（AKT）。有趣的是，只有部分 TLR（如 TLR1、TLR2 和 TLR6）具有 PI3K 结合基序，而 MyD88 的 C 末端也含有潜在的 PI3K 结合位点，LPS 刺激可使 MyD88 发生酪氨酸磷酸化并形成 PI3K-MyD88 复合物。PI3K 在不同细胞中对 TLR 信号传导的作用可能不同，在某些情况下它是 NF-κB 激活信号通路的有益介质，但在树突状细胞中可能起到抑制作用。

Toll 相互作用蛋白（TOLLIP）与 IL-1R 辅助蛋白相互作用，能直接结合 IL-1Rs、TLR2 和 TLR4 的胞质 TIR 域，抑制 IRAK1 的磷酸化和激酶活性，从而阻碍 TLR 介导的细胞反应。在细胞静止时，TOLLIP 与 IRAK 家族成员结合，防止 NF-κB 激活，在炎症和感染过程中，它有助于结束 TLR/IL-1R 诱导的细胞信号传导。

Pellino 蛋白家族在果蝇中被发现，哺乳动物中有三个同源物。Pellino-1 和 Pellino-2 与 IRAK1 相互作用，在 TLR/IL-1R 信号通路中对 NF-κB 激活至关重要。它们可能作为支架蛋白，帮助磷酸化的 IRAK 从受体上释放下来。

进化保守的 Toll 途径信号中间体（ECSIT）通过酵母双杂交筛选被克隆，它与 TRAF6 的保守 TRAF 域相互作用，还能与细胞外信号调节激酶 1（MAPK/ERK）激酶激酶 1（MEKK1）相互作用，激活 IKK 复合物。ECSIT 缺陷的小鼠在胚胎期死亡，表明它在 TLR 和骨形态发生蛋白（BMP）信号通路中都起着关键作用。

SRC 家族酪氨酸激酶中的布鲁顿酪氨酸激酶（BTK）对 B 细胞发育和 B 细胞受体（BCR）介导的信号传导至关重要，它也参与 TLR 介导的信号传导，与 TLR4、TLR6、TLR8 和 TLR9 的 TIR 域相互作用，在 LPS 刺激下发生酪氨酸磷酸化并与 MyD88、TIRAP 和 IRAK1 相互作用。然而，SRC 家族激酶在 LPS 信号传导中的作用还需要进一步研究。

TLR 信号传导的负调控

为了防止 TLR 信号过度激活引发严重疾病，如 LPS 导致的内毒素休克，生物体进化出了多种负调控机制。

IRAK-M 在单核细胞和巨噬细胞中特异性表达，且在 TLR 配体刺激下表达增加。它没有激酶活性，却能阻止 IRAK1-IRAK4 复合物从 MyD88 上解离，从而抑制 IRAK1-TRAF6 复合物的形成，对 TLR 信号通路起到负调控作用。

细胞因子信号抑制因子 1（SOCS1）属于 SOCS 家族，在细胞因子激活后表达，能抑制细胞因子信号通路。LPS 和含 CpG 的 DNA 可诱导巨噬细胞表达 SOCS1，SOCS1 缺陷的动物对内毒素休克更敏感，且不能产生 LPS 耐受性，表明 SOCS1 直接下调 TLR 信号通路，但其具体作用机制仍有待进一步研究。

MyD88 短（MyD88s）是 MyD88 的可变剪接形式，缺少中间结构域。过表达 MyD88s 会抑制 LPS 诱导的 NF-κB 激活，因为它不能结合 IRAK4 并增加 IRAK1 的磷酸化。

单免疫球蛋白 IL-1R 相关分子（SIGIRR）和 ST2 等膜结合蛋白也参与 TLR 信号的负调控。SIGIRR 缺陷的小鼠对内毒素休克极其敏感，它能与 TLR4、IRAK1 和 TRAF6 短暂相互作用，抑制 TLR 信号通路；ST2 缺陷的动物不能诱导 LPS 耐受性，且产生更多的炎症细胞因子，过表达 ST2 可抑制 NF-κB 激活，可能是因为它与 MyD88 和 TIPR 结合并隔离了它们。

展望

通过对缺乏特定 TLRs 或其他参与 TLR 信号传导分子的小鼠研究，我们对 TLRs 触发先天免疫的分子机制有了更深入的了解。TIR 域衔接蛋白在 TLR 信号通路中起着关键作用，但仍有许多问题有待解决。例如，TLR7 和 TLR9 通过 MyD88 依赖的方式诱导 I 型 IFN，而 TLR2 则不能，这一差异背后的机制尚不清楚，可能涉及含有 TIR 域的额外衔接蛋白 SARM。此外，一些 TLR 信号通路可能受到不含 TIR 域的分子调节。

研究缺乏 MyD88 和 TRIF 的动物，有助于我们全面了解 TLR 信号在宿主防御中的作用。MyD88 缺陷的小鼠对革兰氏阳性和阴性细菌感染都敏感，但仍能对细胞内微生物（如单核细胞增生李斯特菌和分枝杆菌）和病毒产生免疫防御。未来，深入研究这些现象背后的机制，将为开发针对传染病、自身免疫性疾病和癌症的新型治疗策略提供重要依据。

结论

TLRs 在先天免疫中起着不可或缺的作用，它通过复杂的信号传导通路识别病原体，激活免疫应答。MyD88 依赖和非依赖途径在不同的免疫反应中发挥着独特的作用，而 TIR 域衔接蛋白则为这些信号通路提供了特异性和精细的调控。

研究 TLR 信号通路缺陷的突变小鼠，为我们在体内研究免疫反应、宿主对病毒感染的防御以及抗癌反应提供了有价值的模型。随着研究的不断深入，相信我们将揭开更多关于 TLRs 的奥秘，为生命科学和健康医学领域带来新的突破。