Toll樣受體介導(dǎo)的抗病毒天然免疫

Toll樣受體介導(dǎo)的抗病毒天然免疫

【關(guān)鍵詞】Toll樣受體天然免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

病毒能否在細(xì)胞內(nèi)生存和復(fù)制取決于宿主的抗病毒機(jī)制。天然免疫作為機(jī)體抗感染免疫的第一道防線,主要在獲得性免疫(Adaptiveimmunity)活化前,發(fā)揮抗感染作用。天然免疫系統(tǒng)的細(xì)胞可表達(dá)模式識別受體,以

識別病原體的結(jié)構(gòu)成分。Toll樣受體就是一類PRR。目前,已發(fā)現(xiàn)的人類TLR家族成員有11種,其中識別病毒的有:TLR2、TLR3、TLR4、TLR7、TLR8和TLR9,

它們?nèi)缤烊幻庖叩摹把劬Α?監(jiān)視與識別PAMP,啟動細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,誘導(dǎo)特異性基因表達(dá),分泌細(xì)胞因子/趨化因子,發(fā)揮抗病毒作用。以TLR為靶位,抑制或激活TLR表達(dá)或調(diào)控TLR信號通路,不僅是炎性疾病新的治療策略,而且還可作為藥物設(shè)計和疫苗研制的新靶點。現(xiàn)就

TLR對病毒的識別及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑作一簡要綜述。

1TLR的分子特征

迄今,在人類已發(fā)現(xiàn)的TLR家族成員有11種,它們在細(xì)胞內(nèi)均有一定的分布。TLR1、2、4、5、6表達(dá)于細(xì)胞表面,TLR3、7、8、9存在于細(xì)胞的胞內(nèi)體。在首次遇到抗原的細(xì)胞,如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞均可高水平表達(dá)多種TLR。然而,TLR的表達(dá)并不局限于這些細(xì)胞。在大多數(shù)細(xì)胞和組織中,雖然TLR的表達(dá)種類和水平有限,但體內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞似乎至少能表達(dá)一種TLR。TLR家族的每個成員都有類似的結(jié)構(gòu)特征,它們均屬I型跨膜蛋白,由胞外區(qū)、跨膜段和胞內(nèi)區(qū)3部分組成。胞外區(qū)富含亮氨酸重復(fù)序列,能識別病原體成分;胞內(nèi)區(qū)有一個Toll/IL1R區(qū)域,是高度保守的蛋白質(zhì)相互作用區(qū),通過與轉(zhuǎn)接分子的相互作用轉(zhuǎn)導(dǎo)信號。TIR是Toll樣蛋白和IL1R向下游進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心元件,這一區(qū)域關(guān)鍵位點突變或序列缺失將阻斷信號向下傳遞。通過對果蠅、爬行動物、鳥類和哺乳動物DNA序列比較分析,發(fā)現(xiàn)TIR基因具有很高的保守性,而胞外LRR結(jié)構(gòu)域的同源性卻較低。

2TLR對病毒的識別

TLR對病原體成分的識別有明確的“分工”:①TLR1/TLR2異二聚體識別三?；?②TLR2/TLR6異二聚體識別二酰基脂肽;③TLR4識別細(xì)菌脂多糖(LPS)和病毒包膜糖蛋白;④TLR3感受雙鏈RNA分子;⑤TLR5識別來自鞭毛蟲的鞭毛蛋白;⑥TLR7/8是單鏈RNA的識別受體;⑦TLR9的配體是含未甲基化CpG基序的DNA;⑧TLR11感受引起膀胱和腎臟感染的細(xì)菌。對病毒而言,識別PAMP的TLR有:TLR2、TLR3、TLR4、TLR7、TLR8和TLR9。

TLR9對含CpGDNA基序病毒的識別

未甲基化的CpG二核苷酸的免疫刺激特性首先在細(xì)菌DNA中發(fā)現(xiàn)。細(xì)菌DNA在體外能誘導(dǎo)B細(xì)胞增殖,而脊椎動物DNA不能。合成的含CpG基序的寡脫氧核糖核酸(OND),可以模擬細(xì)菌CpGDNA產(chǎn)生刺激效應(yīng),如細(xì)胞因子的產(chǎn)生、B細(xì)胞增殖和DC成熟等,但TLR9缺陷型小鼠這些反應(yīng)均消失,表明TLR9是識別CpGDNA的受體[1]。單純皰疹病毒1、HSV2、小鼠巨細(xì)胞病毒、人巨細(xì)胞病毒和腺病毒,因其基因組富含CpGDNA基序,可通過TLR9活化炎癥細(xì)胞因子和IFNα的分泌,并發(fā)現(xiàn)TLR9介導(dǎo)的對HSV1、HSV2和MCMV應(yīng)答的IFNα分泌是MyD88依賴的方式。類漿細(xì)胞DC病毒的識別。然而,ssRNA的哪些區(qū)域是TLR7/8結(jié)合與活化所必需的？仍處于爭論之中。尤其是,TLR7和TLR8是否識別特異性基序還未達(dá)成共識。游離的鳥苷和尿苷的混合物似乎能通過TLR7或TLR8充分活化人PBMC,而富集的GU或合成的多聚URNA寡核苷能充分活化小鼠TLR7[4,6]。Diebold等進(jìn)一步描述了需要U殘基的特征,并發(fā)現(xiàn)在ssRNA內(nèi)U殘基的頻率和間隔可影響RNA序列的刺激能力。因此,TLR7和TLR8可能識別不同來源的RNA,在介導(dǎo)區(qū)分病毒RNA和自身RNA中起重要作用。

TLR7和TLR8均被類似的ssRNA配體活化,它們對病毒識別的相對作用很難區(qū)分。TLR7缺陷型小鼠的研究證實,該受體對幾個單鏈RNA病毒的識別是必需的,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還未證實,但TLR7缺陷型小鼠的表型證明,TLR7和TLR8在病毒識別中起非重復(fù)的作用。TLR8是否為識別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等觀察到,與人TLR8相比,小鼠TLR8對合成的R848配體沒有應(yīng)答。這一發(fā)現(xiàn)提示小鼠TLR8與人TLR8沒有相同的特異性。其原因可能是由于它們遇到的病毒類型不同,這種特異性發(fā)生了進(jìn)化。

TLR3對雙鏈RNA病毒的識別

TLR3是識別雙鏈RNA(dsRNA)的受體。dsRNA類似物poly(I∶C)因其具有免疫刺激能力而引起人們的極大關(guān)注。

TLR3缺陷型小鼠的分析證實,該受體在對poly(I∶C)的應(yīng)答中具有重要作用。不同于其他TLR,TLR3活化誘導(dǎo)低水平炎癥細(xì)胞因子分泌,但能誘導(dǎo)很強(qiáng)的IFNβ分泌和共刺激分子的表達(dá)。因此,TLR3的活化及其隨后IFNα/β的分泌有助于建立局部的抗病毒狀態(tài),限制病毒在感染部位的復(fù)制。Schulz等證實TLR3能識別腦炎心肌炎病毒和塞姆利基森林病毒感染期間產(chǎn)生的dsRNA。這2種病毒均屬單股正鏈RNA病毒,僅在病毒復(fù)制期間產(chǎn)生dsRNA。該發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大了TLR3對病毒識別的范圍,但在病毒感染期間dsRNA被識別的精確特性仍不清楚。

TLR4/TLR2對包膜病毒的識別

病毒包膜糖蛋白是另一類被TLR識別的對象。病毒糖蛋白在病毒與其受體結(jié)合或進(jìn)入細(xì)胞中起重要作用。因

此,病毒在感染的早期階段通過糖蛋白與細(xì)胞表面的TLR接觸而被探測,不需要病毒基因的表達(dá)和復(fù)制。呼吸道合胞病毒以TLR4和CD14依賴的方式誘導(dǎo)NFκB活化和炎癥細(xì)胞因子的分泌。RSV的融合蛋白被認(rèn)為是活化TLR4的病

毒成分。研究表明,TLR4缺陷型小鼠與野生型相比,表現(xiàn)出低水平自然殺傷細(xì)胞和CD14+細(xì)胞以及低水平的血清IL12[10],其生理結(jié)果是病毒清除率下降。小鼠乳腺瘤病毒也能活化TLR4。Rassa等[11]發(fā)現(xiàn)MMTV包膜蛋白(Env)與TLR4免疫共沉

淀,該研究提供了TLR和病毒蛋白之間相互作用的證據(jù)。Burzyn等[12]研究顯示,MMTV活化樹突狀細(xì)胞表面的TLR4可提高它的入胞受體CD71的表達(dá),提示MMTV活化TLR4有利于病毒進(jìn)入。該研究也表明MMTV還可活化TLR2。

麻疹病毒通過它的血凝蛋白活化TLR2,誘導(dǎo)NFκB和炎癥細(xì)胞因子分泌。與野生型病毒相比,組織培養(yǎng)的疫苗株不能刺激TLR2。提示疫苗株比野生型株更能觸發(fā)先天性免疫應(yīng)答。出現(xiàn)這一矛盾的原因可能是人單核細(xì)胞當(dāng)TLR2活化時,野生型MV的受體CD150被上調(diào),而疫苗MV株則利用CD46作為入胞受體[13]。Compton等[14]證實,人巨細(xì)胞病毒能以TLR2依賴的方式活化NFκB,誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子的分泌。與副黏病毒和逆轉(zhuǎn)錄病毒相比,HCMV結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,它至少有12種包膜糖蛋白,其中可溶性的包膜糖蛋白B能活化NFκB和IRF3,誘導(dǎo)IFNβ分泌,使細(xì)胞處于抗病毒狀態(tài)[15,16]。同時還發(fā)現(xiàn),可溶性gB以TLR2依賴的方式也可誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子的分泌。但抗HCMV應(yīng)答的誘導(dǎo)是否是TLR2介導(dǎo)的過程尚不清楚,迄今也沒有發(fā)現(xiàn)TLR2與IFN途徑活化之間的聯(lián)系

。

3TLR介導(dǎo)的抗病毒免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

每種TLR皆可通過獨特而又重疊的信號傳導(dǎo)途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)它的信號[17,18]。目前,關(guān)于TLRs信號通路和所涉及的信號分子很多,具體作用機(jī)制尚不完全清楚。由TLR介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路誘導(dǎo)很多快速反應(yīng)基因的活化,產(chǎn)生許多效應(yīng)分子,如一氧化氮合成酶、抗菌肽、炎癥細(xì)胞因子

、MHC、共刺激分子和趨化因子,參與機(jī)體防御反應(yīng)。所有TLR和IL1R受體家族成員均依賴于TIR結(jié)構(gòu)域向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)其識別的信號,最終活化NFκB和IFN調(diào)節(jié)因子3,誘導(dǎo)靶基因表達(dá)。其共有的信號通路有4種必需成分:(1)髓樣分化因子88;(2)TRIF或TICAM1;(3)IL1受體相關(guān)蛋白激酶(IL1Rassiocatedkinase,IRAK);(4)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6tumornecrosisfactorreceptorassociatedfactor6,TRAF6)。TLR被PAMP活化后,導(dǎo)致特異性轉(zhuǎn)接蛋白MyD88募集至TLR的胞內(nèi)區(qū),與IRAK結(jié)合。然后,TRAF6被募集并與IRAK相互作用,導(dǎo)致下游NFκB誘導(dǎo)激酶和IκB激酶活化。IKK介導(dǎo)NFκB抑制劑的磷酸化,導(dǎo)致IκB降解,使NFκB發(fā)生細(xì)胞核移位和絲裂原活化蛋白激酶活化。被NFκB上調(diào)的基因主要包括促炎癥細(xì)胞因子和各種黏附分子。大多數(shù)TLR通過這條途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)信號

。然而,TLR3或TLR4與PAMP相互作用,招募另一轉(zhuǎn)接蛋白TRIF,使IRF3和NFκB活化。TRIF途徑除了增強(qiáng)促炎癥細(xì)胞因子的分泌外,還可介導(dǎo)IFNα/β的分泌、共刺激分子的表達(dá)以及樹突狀細(xì)胞的成熟。其中,TLR4還招募TRAM和TIRAP[TIR相關(guān)蛋白,也稱MyD88轉(zhuǎn)接蛋白樣分子],這2種分子能分別與TRIF和MyD88相互作用,轉(zhuǎn)導(dǎo)信號?？梢?TLR識別配體后,能募集多種轉(zhuǎn)接分子,通過MyD88途徑和TRIF途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)信號。

4結(jié)語

近年TLR在病毒感染和宿主免疫中的作用已受到人們的廣泛關(guān)注。TLR分子和功能特征的鑒定,不僅使我們對天然免疫系統(tǒng)的認(rèn)識達(dá)到一個新的水平,而且也為感染性疾病、炎癥性或自身免疫病的治療提供了新的思路。病原體成分通過相應(yīng)的TLR識別,啟動細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,誘導(dǎo)特異基因的表達(dá),如IFNαβ、RANTES、TNFα、IL6、IL12,這是TLR活化最重要的效應(yīng)。然而,許多問題尚有待進(jìn)一步闡明。迄今,僅發(fā)現(xiàn)部分包膜病毒受TLR介導(dǎo)的天然免疫的監(jiān)視,其他包膜病毒和非包膜病毒是否被TLR識別尚不清楚。病毒展示PAMP的分子分析是理解TLR識別病毒的分子基礎(chǔ)。一些病毒只有進(jìn)入細(xì)胞后,才能被PRR識別,因此在TLR活化與病毒入胞同步的情況下,需進(jìn)一步了解病毒入胞如何與PRR天然感知協(xié)調(diào)？病毒入胞受體及其與包膜糖蛋白的相互作用是否有助于或增強(qiáng)TLR活化？TLR活化如何調(diào)節(jié)和促進(jìn)宿主免疫？病毒的致病性、毒力和TLR對病毒應(yīng)答的關(guān)系是什么？TLR應(yīng)答如何影響病毒持續(xù)和潛伏過程？對上述問題的深入研究將闡明病原體與宿主之間的平衡并可能為機(jī)體抗感染免疫的分子機(jī)制及疾病的發(fā)病機(jī)制研究提供新的思路,也將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)。

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