TLRs介導(dǎo)的RNA病毒識別及固有免疫應(yīng)答解析

1、TLRs介導(dǎo)的RNA病毒識別及固有免疫應(yīng)答摘要固有免疫(innateimmunity)又稱非特異性免疫(nonspecificimmunity)，是人體抵抗外來生物入侵的第一道防線。與適應(yīng)性免疫相比，固有免疫具有作用范圍廣、反應(yīng)出現(xiàn)快、參與反應(yīng)的免疫細(xì)胞多、相對穩(wěn)定性和遺傳性等特點(diǎn)。近年來，固有免疫在分子水平上的識別及調(diào)控機(jī)制越來越受到關(guān)注。哺乳動物的固有免疫識別及調(diào)控主要通過一系列的模式識別受體(patternrecognitionreceptor，PRR)識別病原微生物上表達(dá)的保守的病原體相關(guān)分子模式(pathogenassociatedmolecularpattern，PAMP)來實(shí)現(xiàn)，

2、這種形式讓機(jī)體不但可以發(fā)現(xiàn)入侵的病原體，而且能夠識別其類型，并通過一系列信號途徑活化效應(yīng)分子，識別自我與非我，激活與調(diào)控固有免疫應(yīng)答，并且相互協(xié)同或互相調(diào)節(jié)以形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而控制并清除病原體，在固有免疫中發(fā)揮獨(dú)特的功能。本文主要介紹TLRs介導(dǎo)的宿主細(xì)胞對RNA病毒感染的識別以及固有免疫應(yīng)答。關(guān)鍵字固有免疫；模式識別受體；RNA病毒；TLRsAbstractInnateimmunity,alsoknownasnonspecificimmunity,isthefirstdefenseagainstthepathogeninvasion.Comparedwithadaptiveimmunity,

3、therearelotsofcharacteristicsofinnateimmunitysuchasthewiderangeofeffects,rapidreaction,moreimmunecellsinvolvedinthereaction.Inrecentyears,themolecularmechanismoftherecognitionandregulationininnateimmunityhasreceivedmoreandmoreattention.Theinnateimmunerecognitionandregulationofmammalianspeciesisachie

4、vedbyaseriesofpatternrecognitionreceptors(PRRs)thatrecognizethepathogenassociatedmolecularpattern(PAMPs)expressedonpathogenicmicroorganisms,whichcannotonlyhelpthebodyfindtheinvasionofpathogens,butalsoidentifyitstype.Inthiswaythebodycanidentifyselfandnon-selfandactivatetheinnateimmuneresponse,removin

5、gpathogens.Inthispaper,wepaymainlyattentionontherecognitionofhostcellsforRNAvirusinfectionmediatedbyTLRsandtheinnateimmuneresponseinduced.Keywordsinnateimmune;PAMPs;PRRs;RNAvirus;TLRs;RLRs;NLRsPRRs對PAMP的識別可以明顯上調(diào)參與炎癥反應(yīng)的基因的轉(zhuǎn)錄。這些基因主要編碼炎性細(xì)胞因子(趨化因子)、I型干擾素(IFNI)、和抗菌蛋白等。I型干擾素(IFN-a和IFN-P)的產(chǎn)生在抗病毒應(yīng)答反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用

6、，它可以誘導(dǎo)影響蛋白質(zhì)合成，生長調(diào)節(jié)以及細(xì)胞凋亡的基因的表達(dá)，同時可以加快樹突狀細(xì)胞的成熟、增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性以及促進(jìn)病毒特異性的T淋巴細(xì)胞分化成熟，從而引發(fā)機(jī)體適應(yīng)性免疫應(yīng)答。1宿主PRRs可以識別的病毒PAMPs包括基因組DNA、單鏈RNA(ss-RNA)、雙鏈RNA(dsRNA)、5末端三磷酸化的RNA和病毒蛋白。與RNA病毒感染識別有關(guān)的PRRs有三類：Toll樣受體(Toll-likereceptors,TLRs)、維甲酸誘導(dǎo)基因I樣受體(Retinoicacid-induciblegeneI(RIG-I)-likereceptors,RLRs)和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體

7、(Pucleotide-bindingoligomerizationdomain(NOD)-likereceptors，NLRs)2-7。Toll-likeReceptorsToll樣受體是第一個被發(fā)現(xiàn)的具有模式識別功能的蛋白。20世紀(jì)90年代，德國科學(xué)家在描述果蠅胚胎中決定胚胎被腹軸線發(fā)育的一組基因時首先用到Toll一詞，該基因在果蠅胚胎發(fā)育過程中會造成軸線發(fā)育不良。后來，相繼有人發(fā)現(xiàn)Toll與抗菌肽的生成以及防止真菌感染有關(guān)，從此，揭開了Toll樣受體作為模式識別受體研究的序幕。在結(jié)構(gòu)上，TLRs屬于I型跨膜蛋白，分布于細(xì)胞表面和胞內(nèi)體膜上,其胞膜外區(qū)有含亮氨酸富集重復(fù)(Leucine-r

8、ichrepeats，LLR)(Fig.l),該區(qū)是TLRs識別PAMPs的部位，胞內(nèi)區(qū)有一與人白細(xì)胞介素1受體(IL-1R)胞內(nèi)區(qū)結(jié)構(gòu)相似的TIR(Toll/IL1receptorhomologousregion,TIR)功能區(qū)，該部位是TLRs活化后招募接頭分子并向下游傳遞信號的功能結(jié)構(gòu)域。8人類TLR多基因家族包括10個成員，其中與RNA病毒識別有關(guān)的主要是TLR2、TLR3、TLR4、TLR7和TLR8。在這幾種TLRs中，TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6主要分布于細(xì)胞膜的表面，識別微生物膜上的組成成分并招募下游分子，將信號傳遞至細(xì)胞內(nèi)；而TLR3、TLR7、TLR8、

9、TLR9主要分布于細(xì)胞內(nèi)部胞內(nèi)體的膜上，例如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核內(nèi)體、溶酶體等，識別病原體內(nèi)的核酸成分15當(dāng)病毒顆粒通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞并釋放基因組RNA后，就會被這幾種TLRs識別并引發(fā)下游免疫應(yīng)答。職毎也M茂字列UR謝黑臍肱酰臨船狀ips粧壬親11RlILR2ILR2ILR6ILR4TI商TlW.7CpGDXATI.R9*KNArtkJsKNA|recepLir參與固有免疫中RNA病毒識別的TLRsTLR2.Toll樣受體2(TLR2)與多數(shù)能夠識別病毒侵入的PRRs不同，因?yàn)槠洳荒茏R別核酸序列，而是識別病毒糖蛋白。TLR2特異性表達(dá)在大多免疫細(xì)胞的細(xì)胞表面。據(jù)報道，TLR2可以和共同受體TLR1或

10、TLR6形成異二聚體，并識別病毒體組分，例如病毒包膜糖蛋白多肽序列。因此，有證據(jù)表明TLR2能夠識別麻疹病毒的血凝素蛋白(HA)，并能夠啟動對淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒(LCMV)感染的免疫反應(yīng)16。通過對丙型肝炎病毒(HCV)核心蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白3(NS3)的檢測發(fā)現(xiàn)，TLR2還與HCV誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)相關(guān)17。TLR3Toll樣受體3(TLR3)能夠識別dsRNA。dsRNA可以構(gòu)成某些RNA病毒基因組，如輪狀病毒(呼腸孤病毒)，同時是ssRNA病毒的復(fù)制中間體。TLR3定位于巨噬細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞和cDC細(xì)胞的胞內(nèi)區(qū)室，并且在NK細(xì)胞、上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的細(xì)胞膜表面和細(xì)胞內(nèi)都有TLR3的表

11、達(dá)18。TLR4.Toll樣受體4（TLR4）可以通過識別呼吸道合胞病毒（RSV）的融合蛋白參與人類細(xì)胞中對RNA病毒的抗病毒防御，并且TLR4可以識別小鼠乳腺腫瘤病毒（MMTV）和鼠白血病病毒（MuLV）的包膜（Env）蛋白，隨后可以促進(jìn)DC細(xì)胞的成熟和促炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)19。TLR7/TRL8.TLR7和TLR8在結(jié)構(gòu)上極為相似并且都存在于細(xì)胞內(nèi)噬體的內(nèi)膜上。TLR7也主要分布于漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞，可以識別來自RNA病毒的富含鳥苷和尿苷的ssRNA寡核苷酸序列20-25。有研究表明，TLR7也可以識別小干擾RNA（shortinterferingRNAs,siRNA）。TLR8是在系統(tǒng)發(fā)

12、育和功能上與TLR7最為密切相關(guān)的，它同樣能夠識別ssRNA。表1TLRs識別的RNA病毒及其配體（摘自S0renJensen，2012）ReceptorVirusLigandTLR7InfluenzaAvirusssRNAVesicularstomatitisvirusssRNAHumanimmunodeficiencyvirusssRNADenguevirusssRNASendaivirusssRNALactatedehydrogenase-elevatingvirusssRNAMousemammarytumorvirusssRNAMurineleukemiavirusssRNATLR8H

13、umanimmunodeficiencyvirusssRNATLR3ReoviridaedsRNARespiratorysyncytialvirusdsRNAWestNilevirusdsRNACoxsackievirusB3dsRNAPoliovirusdsRNAInfluenzaAvirusdsRNAPuntaTorovirusdsRNATLR2MeaslesvirusHALymphocyticchoriomeningitisvirusUnkownHepatitisCvirusCoreprotein/NS3TLR4RespiratorysyncytialvirusFusionprotein

14、CoxsackievirusB4UnkownMousemammarytumorvirusEnvelopeproteinMurineleukemiavirusEnvelopeproteinTLRs介導(dǎo)的信號通路TLRs識別抗原刺激介導(dǎo)的信號通路主要可以激活三個信號通路：絲裂原激活蛋白酶(mitogen-activatedproteinkinases,MAPKs)、干擾素調(diào)節(jié)因子(interferonregulatoryfactors,IRFs)和核因子kB(nuclearfactorkappa-light-chain-enhancerofactivatedBcells,NF-kB)。其中，IFR

15、3/IFR7會繼續(xù)誘導(dǎo)I型干擾素的產(chǎn)生，MAPKs可以激活活化蛋白1(AP-1,個可以激活c-JUN的異源二聚體轉(zhuǎn)錄因子),AP-1和NF-kB一起誘導(dǎo)炎癥相關(guān)基因和適應(yīng)性免疫激活基因的表達(dá),包括IL-邛、IL-18、腫瘤壞死因子(Tumornecrosisfactor,TNF)。目前，大家主要將TLR信號通路分為2個途徑:一個是可以誘導(dǎo)炎癥和刺激細(xì)胞因子產(chǎn)生的MyD88依賴途徑，另一個則是產(chǎn)生IFN-I和調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞成熟的MyD88非依賴途徑。對大多數(shù)TLRs而言，MyD88依賴的信號通路最為重要，其參與了除TLR3之外所有TLRs介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。當(dāng)病原體入侵機(jī)體時，TLRs被激活,使TL

16、Rs中的TIR結(jié)構(gòu)域被髓樣分化因子88(myeloiddifferentiationfactor88，MyD88)識別，形成MyD88-TLR復(fù)合體，從而激活下游的IL1受體相關(guān)激酶(IL1receptor-associatedkinase，IRAK)，隨后IRAK1會離開MyD88-TLR復(fù)合體，去與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TNFreceptorassociationfactor6，TRAF6)結(jié)合，介導(dǎo)NF-kB和MAPKs的活性，從而釋放TNF-a、IL1、IL12等促炎因子。而IRAK1的活化則受到Tollip蛋白TLR1TLR2TLR2TLR6TLR5TLR4TRAMFYD88T

17、IRAPTIRTIRTIRAPIRF-7(anti-Tollinteractingprotein)和IRAK-M的抑制，來調(diào)節(jié)機(jī)體固有免疫應(yīng)答反應(yīng)(Fig.l)ll。對于MyD88非依賴的途徑來說，主要通過募集卩干擾素TIR結(jié)構(gòu)域接頭蛋白(TIR-domain-containingadaptorinducinginterferon-卩，TRIF)，導(dǎo)致NF-kB和干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferonregulatoryfactor3，IRF3)通路的活化，誘導(dǎo)IFN-I和炎癥因子的釋放。例如TLR4被內(nèi)吞后轉(zhuǎn)移到胞內(nèi)，與轉(zhuǎn)位鏈相關(guān)膜蛋白(translocatingchain-associat

18、edmembraneprotein，TRAM)和TRIF形成復(fù)合物，而后募集腫瘤壞死因子受體作用因子3(TNFreceptor-associtedfactorInflamniatorycytokinesTNFa.ILGJILJLdaChemokinesInflammatorycytokinesNllCleUSTNFa.lL-6fIL.IL-12Chemokines3，TRAF3)和蛋白激酶TBK1(tankbindingkinase1)，從而導(dǎo)致IFN-I的表達(dá)(Fig.2)12。TRAM-TRIF還可以募集TRAF6和TAK1(TGF-activatedkinasel)，來調(diào)節(jié)NF-kB和M

19、APK后期活性。對TLR9來說，其主要表達(dá)在漿細(xì)胞樣樹突細(xì)胞(plasmacytoidDCs，pDCs)內(nèi)，通過定位于不同的細(xì)胞器來激活兩條不同的信號通路13。Fig.2TLR信號通路：(摘自SasaiM,2010)通過各自的配體激活TLRs,隨后接頭分子MYD88,TIRAP,TRIF以及TRAM被募集然后進(jìn)一步激活激酶TAK1,MAOKs,TRAF3,TBK1,以及IKKs,導(dǎo)致了轉(zhuǎn)錄因子AP-1,NF-kB,IRF3或者IRF7轉(zhuǎn)錄因子的核定位，隨后激活干擾素和促炎癥因子的轉(zhuǎn)錄。結(jié)語自20世紀(jì)90年代以來,有關(guān)機(jī)體固有免疫的研究取得了巨大進(jìn)展,特別是固有免疫識別受體和病原相關(guān)分子模式的發(fā)

20、現(xiàn)、鑒定及其概念的提出意義重大。這使得人們對固有免疫的認(rèn)識發(fā)生了巨大改變。在這一過程中,病毒這一重要的病原微生物的模式識別受體也得到了深入廣泛的研究。雖然近些年來,我們對于病毒固有免疫識別受體已經(jīng)有了一個比較全面和深入的了解,但是我們依然應(yīng)該看到當(dāng)前這方面還存在的一些問題。如病毒的有些模式分子在正常細(xì)胞中也存在,那么這些受體是通過怎樣的精細(xì)方式對之加以區(qū)別?此外,有些病毒,如流感病毒,它感染細(xì)胞以后橫穿胞質(zhì)而過進(jìn)入細(xì)胞核,在那里完成其脫殼與復(fù)制等一系列生物學(xué)過程,但是細(xì)胞核中并不存在如前文所述的那些識別受體,那么機(jī)體是如何對這些病毒進(jìn)行識別是這一領(lǐng)域科學(xué)家一直在探索的問題。最后,我們對于很多當(dāng)

21、前威脅人類和動物健康的病毒的固有免疫識別受體還知之甚少。所以進(jìn)一步深入細(xì)致研究病毒固有免疫識別受體的作用機(jī)制對于我們?yōu)橹委煵《拘约膊≡O(shè)計相關(guān)的藥物和疫苗研制指明方向,也將增進(jìn)我們對于各種病毒致病機(jī)制的認(rèn)識。參考文獻(xiàn)：JensenS,ThomsenAR.SensingofRNAViruses:aReviewofInnateImmuneReceptorsInvolvedinRecognizingRNAVirusInvasion.JVirol.2012Mar;86(6):2900-10.MedzhitovRApproachingtheasymptote:20yearslaterImmunity.20

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