天然免疫系統(tǒng)的受體——馬靜

1、匯匯 報報 人：馬人：馬 靜靜指導(dǎo)教師：宋銘忻指導(dǎo)教師：宋銘忻 教授教授引引 言言TLRs的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu) TLR的研究意義及展望的研究意義及展望 幾種重要的幾種重要的Toll樣受體及其功能樣受體及其功能目目 錄錄前言前言Toll樣受體樣受體 Toll樣受體的分類與分布樣受體的分類與分布引引 言言NOD1、NOD2 與與 Toll 樣受體的相關(guān)性樣受體的相關(guān)性NOD受體和人類疾病受體和人類疾病NLRs的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)NOD受體的研究進(jìn)展受體的研究進(jìn)展NOD1和和NOD2 的識別作用的識別作用NOD樣受體樣受體前 言l天然免疫系統(tǒng)存在于所有多細(xì)胞動物中天然免疫系統(tǒng)存在于所有多細(xì)胞動物中,是機(jī)

2、體最古老的抗感是機(jī)體最古老的抗感染機(jī)制之一。染機(jī)制之一。先天免疫在病原體入侵后能迅速被激活先天免疫在病原體入侵后能迅速被激活,形成了形成了防御病原體入侵的第一道防線。先天免疫系統(tǒng)是通過特殊的防御病原體入侵的第一道防線。先天免疫系統(tǒng)是通過特殊的模模式識別受體式識別受體(pattern-recognition receptors, PRRs)感知感知病原體關(guān)病原體關(guān)聯(lián)的分子模式聯(lián)的分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)來識別入侵的病原體，來識別入侵的病原體，從而區(qū)分病原微生物與機(jī)體自身。宿主從而區(qū)分病原微生物與機(jī)體自身。宿主的的PRRs

3、感知病原體的感知病原體的PAMPs后后,迅速激活一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路迅速激活一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,啟動宿主的防御反應(yīng)啟動宿主的防御反應(yīng),引起炎癥和對感染的抵抗。引起炎癥和對感染的抵抗。l哺乳動物主要具有兩類哺乳動物主要具有兩類PRR：一類是膜結(jié)合受體一類是膜結(jié)合受體,如如Toll樣受體樣受體(Toll like recep-tors,TLRs),另一類是細(xì)胞內(nèi)的模式識別受體另一類是細(xì)胞內(nèi)的模式識別受體,包包括具有括具有核苷酸結(jié)合寡聚域核苷酸結(jié)合寡聚域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)的的NOD樣受體樣受體(NLR)和具有螺旋酶結(jié)構(gòu)域的抗病

4、和具有螺旋酶結(jié)構(gòu)域的抗病毒毒蛋白蛋白RIG-1和和MDA5。lTLR和和NOD受體受體 ，是是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體，它們具有完整的傳遞從，它們具有完整的傳遞從識別病原體信號到引起特定的下游效應(yīng)信號的能力。識別病原體信號到引起特定的下游效應(yīng)信號的能力。Toll樣受體樣受體一、引言一、引言Toll樣受體（樣受體（Toll-like receptors, TLRs）是參與）是參與非特異性免疫（天然免疫）的一類重要蛋白質(zhì)非特異性免疫（天然免疫）的一類重要蛋白質(zhì)分子，也是連接非特異性免疫和特異性免疫的分子，也是連接非特異性免疫和特異性免疫的橋梁。橋梁。TLR是單個的跨膜非催化性蛋白質(zhì)，可是單個的跨膜

5、非催化性蛋白質(zhì)，可以識別來源于微生物的具有保守結(jié)構(gòu)的分子。以識別來源于微生物的具有保守結(jié)構(gòu)的分子。TLR是先天免疫模式識別的主要受體，通過識是先天免疫模式識別的主要受體，通過識別病原相關(guān)模式分子，激活固有免疫系統(tǒng)，同別病原相關(guān)模式分子，激活固有免疫系統(tǒng)，同時作為預(yù)警信號，向抗原遞呈細(xì)胞發(fā)出警報，時作為預(yù)警信號，向抗原遞呈細(xì)胞發(fā)出警報，啟動固有免疫。因此，對啟動固有免疫。因此，對TLR研究是深入認(rèn)識研究是深入認(rèn)識固有免疫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要基礎(chǔ)。固有免疫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要基礎(chǔ)。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l 所有所有TollToll同源分子都是型跨膜蛋白質(zhì)，可分為胞外區(qū)、同源分子都是型跨膜蛋白質(zhì)，可分為胞外區(qū)、跨膜區(qū)和

6、胞漿區(qū)三部分?？缒^(qū)和胞漿區(qū)三部分。l 人人TollToll樣受體胞膜外區(qū)由樣受體胞膜外區(qū)由550550980980個氨基酸殘基組成個氨基酸殘基組成, ,其中含有其中含有18183131個富含亮氨酸的重復(fù)序列個富含亮氨酸的重復(fù)序列(leucine-(leucine-rich repeat,LRR),rich repeat,LRR),并且都含有并且都含有3 3個胞外段輔助蛋白即個胞外段輔助蛋白即MD1MD1、MD2MD2和和RP105RP105，參與對疾病相關(guān)分子模式（，參與對疾病相關(guān)分子模式（PAMPPAMP）的識別，該區(qū)域變異性大。的識別，該區(qū)域變異性大。l 人人TLRsTLRs胞漿區(qū)由胞漿

7、區(qū)由200200個以上的氨基酸殘基組成，與個以上的氨基酸殘基組成，與IL-1RIL-1R家族成員胞漿區(qū)高度同源，該區(qū)稱為家族成員胞漿區(qū)高度同源，該區(qū)稱為Toll/IL-1RToll/IL-1R同源區(qū)同源區(qū)(TIR)(TIR)，因此，因此TLRTLR分子也屬于分子也屬于IL-1RIL-1R超家族的成員。超家族的成員。l 與胞漿區(qū)相比與胞漿區(qū)相比,TLR,TLR的膜外區(qū)的膜外區(qū)LRRLRR序列更為多變序列更為多變, ,與宿主對與宿主對感染反應(yīng)的特異性有關(guān)。感染反應(yīng)的特異性有關(guān)。TLR是重要的是重要的PPR識識 別別PAMPu 病原體病原體(細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲等細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲等)在漫

8、長進(jìn)化過程中一直保留著部在漫長進(jìn)化過程中一直保留著部分結(jié)構(gòu)成分分結(jié)構(gòu)成分,這種結(jié)構(gòu)被稱作病原相關(guān)的分子模式這種結(jié)構(gòu)被稱作病原相關(guān)的分子模式(pathogen-associated molecu-lar patterns,PAMPs)。TLRs識別的病原體編碼的識別的病原體編碼的PAMPs配體有配體有3類：類：脂類和脂肽（脂類和脂肽（TLR2/TLR1， TLR2/TLR6， TLR4）、核酸（）、核酸（TLR3， TLR7， TLR8， TLR9）、蛋白（）、蛋白（TLR5和小鼠的和小鼠的TLR11）。）。u 機(jī)體通過天然免疫識別分子即模式識別受體機(jī)體通過天然免疫識別分子即模式識別受體(pat

9、tern recognition receptor,PRR)識別識別PAMPs來發(fā)現(xiàn)病原體的存在。來發(fā)現(xiàn)病原體的存在。u TLR家族具有家族具有PRR的功能的功能,TLR通過識別通過識別PAMPs構(gòu)成了機(jī)體抗感染的第構(gòu)成了機(jī)體抗感染的第一道防線一道防線,并對獲得性免疫的發(fā)生和類型起重要的調(diào)節(jié)作用并對獲得性免疫的發(fā)生和類型起重要的調(diào)節(jié)作用,同時又與免疫同時又與免疫耐受以及一些疾病具有相關(guān)性耐受以及一些疾病具有相關(guān)性。u TLR的配體可分為外源性配體和內(nèi)源性配體。內(nèi)源性配體包括透明質(zhì)的配體可分為外源性配體和內(nèi)源性配體。內(nèi)源性配體包括透明質(zhì)酸酶、熱激蛋白酸酶、熱激蛋白HSP60、HSP70和和GP9

10、6、纖維蛋白原、細(xì)胞外基質(zhì)和纖維、纖維蛋白原、細(xì)胞外基質(zhì)和纖維連接蛋白等。外源性配體連接蛋白等。外源性配體(PAMPs)成分復(fù)雜成分復(fù)雜,不同的不同的TLR識別不同的外源性識別不同的外源性配體。配體。TLR2識別譜較廣，可識別大部分現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的識別譜較廣，可識別大部分現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的PAMP結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。髓樣分化因子髓樣分化因子88脂多糖脂多糖LPS受體受體脂多糖的遞呈分子脂多糖的遞呈分子核因子核因子干擾素調(diào)節(jié)因子干擾素調(diào)節(jié)因子腫瘤壞死因子相關(guān)腫瘤壞死因子相關(guān)因子因子6髓樣分化蛋白髓樣分化蛋白磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-3激酶激酶蛋白激酶蛋白激酶細(xì)菌的鞭毛蛋白是細(xì)菌的鞭毛蛋白是TLR5的天然配體的天然配體其他

11、其他Toll樣受體樣受體 TLR3TLR3可能參與了對雙鏈可能參與了對雙鏈RNARNA病毒的識別。病毒的識別。 TLR6TLR6主要識別細(xì)菌的肽聚糖和脂肽。主要識別細(xì)菌的肽聚糖和脂肽。 TLR7TLR7可能與咪唑喹啉的識別有關(guān)?？赡芘c咪唑喹啉的識別有關(guān)。 TLR9TLR9識別非甲基化識別非甲基化CpGCpG。Toll樣受體免疫學(xué)功能樣受體免疫學(xué)功能 促進(jìn)細(xì)胞因子合成與釋放，引發(fā)炎癥反應(yīng) 促進(jìn)免疫細(xì)胞的成熟和功能化 在抗病毒感染的作用 調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答作用 誘導(dǎo)一氧化氮（NO）依賴性殺菌活性 TLR間的協(xié)同作用 TLR與敗血癥的全身免疫病理學(xué)損傷有關(guān) 五、五、 TLR的研究意義及展望的研究意義及展望

12、 u TLR作為一種模式識別受體作為一種模式識別受體,不僅在天然免疫中起不僅在天然免疫中起重要作用，同時也被視為天然免疫與獲得性免疫的連重要作用，同時也被視為天然免疫與獲得性免疫的連接點(diǎn)，并影響獲得性免疫。接點(diǎn)，并影響獲得性免疫。u 對對TLRs家族的研究家族的研究,可為闡明天然免疫及炎癥機(jī)制，可為闡明天然免疫及炎癥機(jī)制，尋找由于免疫系統(tǒng)失調(diào)所致疾病的新的治療途徑與靶尋找由于免疫系統(tǒng)失調(diào)所致疾病的新的治療途徑與靶點(diǎn)提供思路及為新型疫苗和免疫調(diào)節(jié)劑的研發(fā)提供新點(diǎn)提供思路及為新型疫苗和免疫調(diào)節(jié)劑的研發(fā)提供新的理論依據(jù)。的理論依據(jù)。 意義意義 TLR家族新成員的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)與功能的闡明；家族新成員的

13、發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)與功能的闡明； 新的新的TLR配體的不斷挖掘；配體的不斷挖掘； TLR在物種、組織、細(xì)胞的新分布；在物種、組織、細(xì)胞的新分布； TLR與細(xì)胞吞噬和細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)；與細(xì)胞吞噬和細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)； 新新TLR信號通路的發(fā)現(xiàn)；信號通路的發(fā)現(xiàn)； TLR家族成員之間功能的互相聯(lián)系與作用；家族成員之間功能的互相聯(lián)系與作用； 有關(guān)有關(guān)TLR藥物與疫苗的研制與開發(fā)等。藥物與疫苗的研制與開發(fā)等。 TLR仍為免疫研究熱點(diǎn)，今后需要研究內(nèi)容眾多，仍為免疫研究熱點(diǎn)，今后需要研究內(nèi)容眾多，主要有以下幾個方面：主要有以下幾個方面：展望展望NOD樣受體樣受體引引 言言l NOD樣受體（樣受體（ NLRs ）是存在

14、于）是存在于細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)的模式識別的模式識別受體。受體。NOD樣受體樣受體是一類在遺傳上高度保守的蛋白是一類在遺傳上高度保守的蛋白質(zhì)家族質(zhì)家族,廣泛存在于植物、線蟲、脊椎動物和人類細(xì)廣泛存在于植物、線蟲、脊椎動物和人類細(xì)胞內(nèi)胞內(nèi)。NLRs 能在許多不同類型的細(xì)胞中表達(dá)，其能在許多不同類型的細(xì)胞中表達(dá)，其中包括免疫細(xì)胞、上皮細(xì)胞，但主要還是在吞噬細(xì)中包括免疫細(xì)胞、上皮細(xì)胞，但主要還是在吞噬細(xì)胞（巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞）中表達(dá)。胞（巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞）中表達(dá)。l NLRs主要主要具有兩個亞類具有兩個亞類:NOD家族和家族和NALP (NACHT-LRR-PYD-Containing protein

15、)家族。家族。NOD受體的結(jié)構(gòu)受體的結(jié)構(gòu)uNLR屬于胞內(nèi)模式識別受體屬于胞內(nèi)模式識別受體, NOD受體共同特點(diǎn)是具有受體共同特點(diǎn)是具有3個個特征性結(jié)構(gòu)域特征性結(jié)構(gòu)域: 1個個C-末端富含亮氨酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)域末端富含亮氨酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)域( leu-cine-rich repea,t LRR),涉及配體的識別涉及配體的識別; 1個中心的核苷酸結(jié)合的寡聚結(jié)構(gòu)域個中心的核苷酸結(jié)合的寡聚結(jié)構(gòu)域(nucleotide-binding ol-igomerization domain,NOD),也稱為也稱為NACHT結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域; 以及以及1個個N-末端蛋白末端蛋白-蛋白相互作用的結(jié)構(gòu)域蛋白相互作用的結(jié)構(gòu)域,如半

16、胱天冬酶如半胱天冬酶激活和聚集結(jié)構(gòu)域激活和聚集結(jié)構(gòu)域(caspase activationand recruitmentdomain, CARD)。u目前確定的哺乳動物的目前確定的哺乳動物的NLR有有23種種,根據(jù)效應(yīng)域的不同進(jìn)行分根據(jù)效應(yīng)域的不同進(jìn)行分類類：N端為胱冬酶募集域端為胱冬酶募集域(caspase recruitment domain, CARD)的屬于的屬于NOD蛋白蛋白; N端為端為Pyrin域的屬于域的屬于NALP (nachtodomain, leukin-rich repeat and pyrin domain-containing protein);效應(yīng)效應(yīng)域?yàn)闂U狀病毒

17、細(xì)胞凋亡抑制蛋白域?yàn)闂U狀病毒細(xì)胞凋亡抑制蛋白(baculovirus-inhibitor-of-apoptosis-repeats, BIR)的屬于的屬于NAIP。u其中其中,NOD1有有1個個CARD結(jié)構(gòu)域而結(jié)構(gòu)域而NOD2有有2個。個。NOD1和和NOD2 的識別作用的識別作用l到目前為止到目前為止, 確定的哺乳動物的確定的哺乳動物的NLR有有23種種,其中最具代表性其中最具代表性的是的是NOD1和和NOD2(又分別稱為又分別稱為CARD4和和CARD15)。lNOD1 和和 NOD2 是凋亡調(diào)節(jié)因子是凋亡調(diào)節(jié)因子 Ced4Apaf1 家族中最家族中最先被發(fā)現(xiàn)的成員，先被發(fā)現(xiàn)的成員， 是是

18、 2 個重要的蛋白受體，屬于胞漿蛋白個重要的蛋白受體，屬于胞漿蛋白質(zhì)質(zhì) NOD 樣受體（樣受體（NODlike receptors，NLR）家族，在）家族，在先天免疫中發(fā)揮重要作用。先天免疫中發(fā)揮重要作用。 NOD1 和和NOD2 的刺激能夠?qū)У拇碳つ軌驅(qū)е轮?NFB 的激活，的激活，能夠啟動先天免疫和獲得性免疫反應(yīng)能夠啟動先天免疫和獲得性免疫反應(yīng)中許多基因的復(fù)制與表達(dá)，釋放抗菌肽和相關(guān)的炎癥因子。中許多基因的復(fù)制與表達(dá)，釋放抗菌肽和相關(guān)的炎癥因子。lNOD1和和NOD2可識別細(xì)菌細(xì)胞壁中的脂多糖和肽聚糖可識別細(xì)菌細(xì)胞壁中的脂多糖和肽聚糖,并依并依靠其靠其CARD（胱冬酶募集域）募集受體相互作

19、用蛋白激酶（胱冬酶募集域）募集受體相互作用蛋白激酶(receptor interacting protein,RIP)家族成員中的受體相互作家族成員中的受體相互作用蛋白用蛋白2 (RIP2),從而使絲裂原活化蛋白激酶從而使絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)和核轉(zhuǎn)錄因子和核轉(zhuǎn)錄因子-B (nuclear factor-B,NF-B)活化。活化的活化?；罨腘F-B可結(jié)合許多可結(jié)合許多蛋白質(zhì)基因的啟動子和增強(qiáng)子部位的蛋白質(zhì)基因的啟動子和增強(qiáng)子部位的B序列序列,從而誘導(dǎo)細(xì)胞從而誘導(dǎo)細(xì)胞因子、生長因子、急性期蛋白、趨化因子、免疫受體和

20、轉(zhuǎn)因子、生長因子、急性期蛋白、趨化因子、免疫受體和轉(zhuǎn)錄因子等多種物質(zhì)的表達(dá)。錄因子等多種物質(zhì)的表達(dá)。NOD1和和NOD2 的識別作用的識別作用lNOD1蛋白的配體是蛋白的配體是-D-谷氨酸谷氨酸-meso-二氨基庚二酸二氨基庚二酸(-D-glu-meso-DAP)；NOD2的配體是胞壁酸二肽的配體是胞壁酸二肽(MurNAc-L-Ala-D-soGln,MDP)。l與配體結(jié)合后與配體結(jié)合后,蛋白與下游的受體作用蛋白蛋白與下游的受體作用蛋白2(receptor inter-acting protein 2, RIP2)相互作用磷酸化相互作用磷酸化IB,從而激活轉(zhuǎn)錄因子從而激活轉(zhuǎn)錄因子NF-B,介導(dǎo)

21、炎癥介質(zhì)的表達(dá)。介導(dǎo)炎癥介質(zhì)的表達(dá)。NOD蛋白還能夠作用于胱冬酶蛋白還能夠作用于胱冬酶,介導(dǎo)細(xì)胞凋亡或相應(yīng)細(xì)胞因子的表達(dá)。介導(dǎo)細(xì)胞凋亡或相應(yīng)細(xì)胞因子的表達(dá)。NOD2 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路lMDP-NOD2-RIP2-IKK-NF-B-靶基因lMDP-NOD2-RIP2-MAPK-JNK/Erk/p38-靶基因lMDP-NOD2-Caspase-1-靶基因NLR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及TLR和和NLR的交互作用的交互作用 NOD受體的受體的研究進(jìn)展研究進(jìn)展lNOD1NOD1真核表達(dá)質(zhì)粒的構(gòu)建及表達(dá)：構(gòu)真核表達(dá)質(zhì)粒的構(gòu)建及表達(dá)：構(gòu)建了重組質(zhì)粒建了重組質(zhì)粒pflag-NOD1,pflag

22、-NOD1,在細(xì)胞中表在細(xì)胞中表達(dá)達(dá)NOD1NOD1后能夠提高后能夠提高NF-BNF-B轉(zhuǎn)錄的生物轉(zhuǎn)錄的生物活性?；钚浴OD受體和人類疾病受體和人類疾病o對對NODNOD受體在先天免疫中的重要性的認(rèn)識通過發(fā)現(xiàn)受體在先天免疫中的重要性的認(rèn)識通過發(fā)現(xiàn)NODNOD受體突變與人類某些免疫性疾病的發(fā)生有關(guān)得受體突變與人類某些免疫性疾病的發(fā)生有關(guān)得到進(jìn)一步加深。到進(jìn)一步加深。NOD1NOD1和和NOD2NOD2的突變與炎癥性黏膜屏的突變與炎癥性黏膜屏障疾病有關(guān)。障疾病有關(guān)。NOD1NOD1的突變還與哮喘和炎癥性腸病的的突變還與哮喘和炎癥性腸病的易感性增加有關(guān)。易感性增加有關(guān)。oNOD2NOD2基因在編碼

23、基因在編碼NODNOD和和LRRLRR結(jié)構(gòu)域的突變與一系列炎結(jié)構(gòu)域的突變與一系列炎癥性疾病有關(guān)癥性疾病有關(guān), ,這些炎癥性疾病的特點(diǎn)是肉芽腫性這些炎癥性疾病的特點(diǎn)是肉芽腫性炎癥炎癥, ,如如CrohnsCrohns病病（又稱局限性腸炎、節(jié)段性腸炎（又稱局限性腸炎、節(jié)段性腸炎或肉芽腫性小腸結(jié)腸炎）或肉芽腫性小腸結(jié)腸炎）、BlauBlau綜合征綜合征（兒童肉芽（兒童肉芽腫性關(guān)節(jié)炎）腫性關(guān)節(jié)炎）和早發(fā)的伯克氏肉樣瘤病。和早發(fā)的伯克氏肉樣瘤病。NOD1、NOD2 與與 Toll 樣受體的相關(guān)性樣受體的相關(guān)性lNOD樣受體和樣受體和Toll樣受體它們不僅能各自通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生樣受體它們不僅能各自通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)來刺激不同的效應(yīng)分子的表達(dá)級聯(lián)反應(yīng)來刺激不同的效應(yīng)分子的表達(dá),其共同作用在炎癥過其共同作用在炎癥過程和多種疾病的發(fā)生發(fā)展中也至關(guān)重要。程和多種疾病的發(fā)生發(fā)展中也至關(guān)重要。l有研究證明，在宿主應(yīng)答細(xì)菌的過程中，有研究證明，在宿主應(yīng)答細(xì)菌的過程中，NOD1、NOD2連連同同Toll樣受體（樣受體（Tolllike receptors，TLR）共同發(fā)揮作用，產(chǎn)）共同發(fā)揮作用，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)細(xì)菌活素類和抗菌劑。在生炎癥反應(yīng)細(xì)菌活素類和抗菌劑。在TLR耐受的巨噬細(xì)胞中，耐受的巨噬細(xì)胞中，NOD1和和NOD2能立即啟動免疫應(yīng)答