Toll样受体信号通路的研究进展
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Toll样受体及其激动剂的研究进展王嘉雯 李永祥 江青艳 王丽娜△(广东省动物营养调控重点实验室,华南农业大学动物科学学院,广州510000)摘要 Toll样受体(Toll likereceptors,TLRs)是在各种生物的各器官都广泛表达的一系列模式识别受体。
微生物、病毒及一些原虫等病原体相关分子模式都能作为TLRs的激动剂介导机体产生先天性免疫反应,TLRs也能活化细胞因子介导适应性免疫反应。
TLRs在细胞增殖,存活,凋亡和血管生成过程中起到重要作用。
小鼠上现已发现13种TLRs,其中有11种以上存在于人类机体中。
随着对TLRs研究的深入,人们发现激活TLRs能够产生一系列具有抗肿瘤,抗病毒作用的细胞因子,为疾病的治疗开拓了新的道路。
本文对TLRs家族及其激动剂的最新研究进展做一综述。
关键词 TLRs;信号通路;激动剂;功能中图分类号 S858 一、TLRs及其信号通路TLRs(Toll likereceptors,TLRs)作为机体内广泛存在的模式识别受体,能够感知一系列病原体如微生物、病毒、原虫等,以此介导机体的免疫应答。
TLRs在上皮细胞、树突状细胞及巨噬细胞都有表达,广泛分布于机体各个部位,为机体对病原体的防御起到重要作用。
1996年Lemaitre等[1]发现,果蝇的Toll样信号通路突变会显著降低真菌感染后的果蝇生存率,证明Toll受体与真菌的检测与防御有关。
随后在1997年Medzhitov等[2]发现并克隆了果蝇Toll蛋白的人类同源物,且这种同源物能在成年果蝇诱发先天免疫反应,这种在哺乳动物中果蝇Toll蛋白的同源物被定义为Toll样受体。
TLRs是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白,由胞外区,跨膜区和胞内信号转导区组成。
TLRs胞外区富含亮氨酸重复,在每个亮氨酸重复中,保守的氨基酸残基形成了基本结构,而可变残基与病原相关分子结合。
TLRs胞内区含有Toll和白介素受体同源的结构域(Toll/interleukin 1receptordomian,TIR)信号区,当配体引起TLRs生成二聚体为TIR区信号传导募集接头蛋白,如髓样分化因子88(myeloiddifferentiationprimaryresponsegene88,MyD88);TIR结构域衔接蛋白(TIRdo main containingadaptorinducing,TRIF);桥联适配分子(bridgingadaptor,MAL);TRIF相关接头分子(Trif relatedadaptormolecule,TRAM);SARM(ster ileα andarmadillo motif containingprotein)[3],最后激活核因子κB(nuclearfactor kappaB,NF κB);C Jun氨基末端激酶(C Junamino terminalkinase,JNK);胞外信号调节激酶和干扰素调节因子进入细胞核调控促炎因子基因表达。
Toll样受体简介及TLR2在类风湿关节炎中的研究进展Toll样受体(Toll like receptors,TLRs)作为天然免疫分子的成员已经成为目前免疫学研究的热点,迄今为止人类TLR家族至少包括有11个成员[1],主要表达在单核细胞和树突状细胞,它们参与多种免疫反应,对类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)的发病也有突出影响。
TLR2是Toll样受体家族的重要成员,本文就TLRs做一简介,并对TLR2在RA中的研究进展做一综述。
1 Toll样受体简介Toll样受体最早是在研究果蝇的胚胎发育中发现的,称为Toll受体,它们不仅是果蝇胚胎发育过程中的必须成份蛋白,同时也能介导天然免疫,抵抗微生物的感染[2]。
1997年Janeway[3]等首次发现与果蝇同源的人的Toll蛋白,并命名为TLRs。
1.1 TLRs的结构和分布哺乳动物的TLRs均为Ⅰ型跨膜蛋白受体,主要由三个功能区构成:胞外区、跨膜区和胞内区。
胞外区含有18-31个富含亮氨酸的重复序列(leucine rich repeats,LRR),研究发现TLR家族成员胞外区的同源性差,提示不同的TLR成员与不同的配体结合[4],亦即表示LRR具有决定TLRs与配体结合部位的特异性。
TLR的胞内区与人白介素-Ⅰ受体(IL-IR)胞内区结构相似,故称为TIR结构域(Toll/IL-IR domain,TIR)[5],TIR结构负责向下游进行信号转导,它是TLR和IL-IR向下游转导信号的核心元件,其关键位点的突变或序列缺失会阻断信号下传。
TLRs分布广泛,大部分组织至少表达一种TLR,有些甚至表达全部,其中所有淋巴组织都有TLRs的表达,在外周血白细胞中表达水平最高,单核/巨噬细胞、B细胞、T细胞及DC都表达TLR mRNA。
1.2 TLRs的配体TLRs是一类Ⅰ型跨膜形式识别受体(pattern recognition receptors,PRR),它主要识别广泛存在于病原体细胞表面的分子标志,即病原相关分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs),从而迅速激活免疫反应的。
Toll样受体信号传导通路的研究进展马思慧;杨欢;吴天成;崔焕忠;张辉;李雨萌;洪盼;郑鑫【摘要】Toll样受体(tolllike receptors,TLRs)能识别病原微生物相关分子模式,募集含有Toll/白介素-1受体(TIR)结构域的接头蛋白分子,通过髓样分化蛋白88(MyD88)依赖性信号传导通路或由β-干扰素TIR结构域衔接蛋白(TRIF)依赖性信号传导通路启动信号传导,继而引发特异性的免疫应答.作者就TLRs的结构特征、分布、配体识别、参与信号传导的接头蛋白分子及介导的信号传导通路的最新研究进展进行综述.【期刊名称】《中国畜牧兽医》【年(卷),期】2014(041)008【总页数】5页(P160-164)【关键词】Toll样受体;TIR结构域;信号传导通路【作者】马思慧;杨欢;吴天成;崔焕忠;张辉;李雨萌;洪盼;郑鑫【作者单位】吉林农业大学生命科学学院,吉林长春 130118;吉林农业大学动物科学技术学院,吉林长春 130118;吉林农业大学动物科学技术学院,吉林长春 130118;吉林农业大学动物科学技术学院,吉林长春 130118;吉林农业大学动物科学技术学院,吉林长春 130118;吉林农业大学动物科学技术学院,吉林长春 130118;吉林农业大学动物科学技术学院,吉林长春 130118;吉林农业大学动物科学技术学院,吉林长春 130118【正文语种】中文【中图分类】Q952先天免疫系统是保护宿主的第一道防线,通过触发炎症反应,诱导T细胞和B细胞杀伤病原体微生物。
Toll样受体(toll like receptors,TLRs)是最早发现的模式识别受体(PRRs),它们在特异性的识别病原体相关分子模式(PAMPs)后,随即募集含有Toll/白介素-1受体(TIR)结构域的接头蛋白分子,启动下游的信号传导通路,引起炎性细胞因子、Ⅰ型干扰素(IFN-Ⅰ)、趋化因子和抗菌肽的分泌,激活噬中性粒细胞和巨噬细胞直接杀伤病原体(Akira等,2004)。
Toll样受体4研究进展关键词:Toll样受体4;免疫;脂多糖;炎症摘要Toll(Toll-like receptors,TLR)样受体是一类参与天然免疫的重要蛋白质分子,其同样也起到连接非特异性免疫和特异性免疫的作用,其中做为对LPS表达有重要作用的TLR 亚型TLR4,一经发现就受到广泛研究。
本文对TLR4的研究进展进行综述,以期为TLR4未来的研究提供参考。
天然免疫又称固有免疫,是人与生具有的防御机制,但是天然免疫所依赖的胚系基因编码的识别分子数量却有限,想要在数目众多的病原体中识别其相关的分子结构,就要依靠病原体进化过程中形成的一种特有的病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP),PAMP具有3个特征:1)PAMP仅由微生物产生,宿主本身不产生,因而天然免疫系统可以通过PAMP借以识别区分自身与外来微生物。
2)PAMP在同一类别的微生物中是不变的,故虽然微生物有很多,但其PAMP模式却相对有限。
3)PAMP是微生物赖以生存的凭证,因此微生物不能通过PAMP突变来逃离天然免疫的识别。
在漫长的进化过程中,顺应PAMP而生的就是天然免疫识别因子,又称模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs),而实验表明,TLR既是天然免疫识别微生物的主要机制。
其中,TLR4是发现最早的Toll样受体亚型之一,其在对内毒素的识别以及炎症反应信号转导的介导中具有重要作用,且TLR4的组织在人体中分布广泛,于单核细胞、血管内皮细胞、树突状细胞、中性粒细胞、小肠上皮细胞、子宫颈平滑肌细胞、呼吸上皮细胞、心肌细胞、齿龈纤维母细胞等均有表达,进一步研究还发现,TLR4除了是LPS的主要受体,还能识别热休克蛋白60、类脂A等多种病原相关分子模式,产生不同的效应。
故与TLR4相关的疾病种类繁多,具有很高的研究价值。
1 TLR与TLR4的发现早在19世纪,人们在研究时发现,革兰氏阴性菌都会表达脂多糖(Lipopolysaccharides LPS),其中,LPS结合蛋白LBP和CD14在LPS的反应中起重要作用,又因CD14分子可通过羧基端借助糖脂酰肌醇结构锚定在细胞膜上,而CD14却缺乏跨膜区和胞内区,故其不可能靠自身将信号转导入细胞内,进而猜想多细胞生物体内应该具有一种可以识别微生物特有分子,并且可以借此识别入侵微生物的分子[1]。
野生动物学报Chinese Journal of Wildlife2021,42(2):575-584Chinese Journal of Wildlife驚暑暑暑暑書書書書書蕭殲§詈蠹飜®®炉滁谶野生动物学扌艮鑿i濛i濛i濛i濛i濛i镰http://ysdw.paperopen,comToll样受体信号通路在两栖类中的研究进展许晴#吴晨薇#李义军张晶饪柴龙会肖向红郝丽*(东北林业大学,哈尔滨,150040)稿件运行过程摘要:收稿日期:2020-09-30修回日期:2020-11-18发表日期:2021-05-10关键词:两栖类;先天性免疫;Toll样受体;信号通路Key words:Amphibians;Innate immune system;TLRs;Signaling pathway中图分类号:Q953文献标识码:A文章编号:2310-1490(2021)02-575-10两栖类处于脊椎动物由水生向陆生进化的过渡阶段,进化地位重要。
近年来因疾病的爆发、生境破碎化、环境污染、紫外辐射增加、人为过度捕捉和生物入侵等诸多因素引起的全球范围内两栖类种群数量锐减已引起人们的广泛关注。
Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)家族是一类从线虫到哺乳动物普遍存在的高度保守的模式识别受体(PRRs),可以识别侵入机体病原体的病原相关分子模式(PAMPs),是两栖类先天性免疫防御系统的重要组成部分。
本文结合近些年国内外对两栖类TLRs的研究对两栖类TLRs结构特征、进化特点、在两栖类发育早期的差异表达特征和两栖类TLRs信号通路中相关分子的表达研究进行概述。
目前对于两栖类TLRs的研究发现两栖类TLRs兼具鱼类和哺乳类TLRs的特征,并在从鱼类到两栖类到哺乳类的进化过程中,TLRs家族部分成员如TLR2的配体识别功能可能发生了一定程度的特化;在两栖类早期发育阶段,获得性免疫不够完善,以TLRs为主的先天免疫防御系统在抵御病原体的侵袭方面发挥了重要作用;在特定病原菌和病毒的胁迫下,可能激活了TLRs下游不同的途径参与两栖类对病原体的免疫应答反应。
2021年第02期Toll 样受体9(TLR9)在鱼类中的研究进展王冠杰1,2,胡国斌1,2★(1.中国海洋大学海洋生物科学学院,山东青岛266003;2.中国海洋大学进化与海洋生物多样性研究所,山东青岛266003)1免疫背景先天免疫系统是宿主保护机体对抗微生物病原体入侵时主要的防御机制。
与高等脊椎动物如,鸟类和哺乳类等具有适应性免疫系统不同,低等脊椎动物如鱼类主要依赖于先天免疫系统,在抵抗病原微生物中赋予更快但特异性较低的免疫应答。
黏膜免疫系统是机体先天免疫的最重要组成部分之一,是机体抵御感染的第一道防线。
由于生活在病原体丰富的水环境中,鱼类的体粘膜表面直接暴露在外部病原微生物中,由多种病原体不断开垦。
因此,为了防止病原体的附着和侵袭,首先要对粘膜表面的病原体进行检测、筛选和识别。
胚系基因编码的抗原识别受体(PRRs ),分布在细胞表面、细胞内或血液和组织中,能识别由细菌、病毒、真菌和原生动物表达而触发的保守的病原相关分子模式(PAMPs ),包括脂蛋白、dsRNA 、鞭毛蛋白和微生物的CpG ODN 。
因此在粘膜免疫中被视为一个识别病原体和激活免疫信号通路的重要组成部分。
根据特征不同,迄今为止报道了PRRs 的三大主要集合,包括TLRs ,NLRs 和RLRs 。
2TLRs 基本特征TLRs 基因在宿主防御系统第一防线中起到防止原体附着和进入的角色,具有物种特定性。
TLRs 具有LRRs 结构域的胞外区,能促进PAMPs 的识别,跨膜区,便于与膜体附着,作者简介:王冠杰(1993~),女,天津人,硕士研究生,研究方向:海水养殖动物病害与免疫。
★通信作者:胡国斌(1971~),湖北武汉人,博士,教授,研究方向:海水养殖动物疾病与免疫。
摘要:Toll 样受体(TLRs )是一类细胞外N-端具有富含亮氨酸重复(LRRs )结构域和细胞内C-端具有Toll/白介素(IL )-1受体(TIR )结构域的跨膜蛋白,是连接天然免疫和获得性免疫的桥梁。
Toll样受体信号通路的研究进展摘要Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)是近年来发现的一类模式识别受体,通过识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)激活天然免疫。
而髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)是TLR信号通路中的一个关键接头分子,在传递上游信息和疾病发生发展中具有重要的作用。
本文对Toll样受体、髓样分化因子88的分子结构和基本功能,及Toll样受体的信号传导通路进行了综述。
关键词Toll样受体;髓样分化因子88;信号通路;负调控机制免疫系统识别“非我”和“自我”的过程是依赖于不同的受体来完成的,作为先天性免疫系统的重要组成部分及连接获得性免疫与先天性免疫的“桥梁”, TLRs 是生物的一种模式识别受体(pattern recognition receptor, PRR),它主要通过识别病原相关分子模式PAMPs来启动免疫反应。
而MyD88是Toll受体信号通路中的一个关键接头分子,是第一个被鉴定的含TIR结构域的接头蛋白分子,在传递上游信息和疾病发生发展中具有重要的作用。
1TLR的结构与基本功能Toll样受体一词来自对果蝇的研究,是决定果蝇背腹分化的基因所编码的一种跨膜受体蛋白,同时还参与果蝇的免疫反应,具有介导抗真菌感染信号转导的功能[1]。
后来在哺乳动物也发现有与Toll受体同源的受体分子,统称为称为Toll 样受体TLRs。
TLRs是广泛分布在免疫细胞尤其非特异免疫细胞以及某些体细胞表面的一类模式识别受体,它们可以直接识别结合某些病原体或其产物所共有的高度保守的特定分子结构,即病原相关分子模式。
迄今为止,已经发现哺乳动物至少有13种toll样受体,其中人的toll样受体鉴定出11种(TLR1-TLR11) [2]。
TLRs识别的配基各不相同,其中TLR1-TLR5的结构已被确定,但只有TLR2与TLR4的功能被部分揭示。
TLR4主要介导G-菌感染后LPS的信号转导,而TLR2主要介导G+感染后脂蛋白、脂多肽等的信号转导。
它们都最终导致该转录因子的转位与相应免疫基因的活化而转录,释放前炎症因子及辅助刺激分子起到调节炎症反应的作用,从而提示TLRs可能在先天性免疫系统中起重要作用[3-4]。
TLRs家族成员具有相似的结构特征。
它们均为Ⅰ型跨膜受体,由胞外区、跨膜区和胞内区3个功能区组成。
胞外区序列差异大,是与配体结合的特异部位,主要包括十几至二十几个串联的富亮氨酸重复基序(leucine-rich repeats, LRRs),LRR基序一般由24个氨基酸组成,利于蛋白质间的相互黏附,因而认为可用来识别病原体或其产物[5]。
而胞内区域属于TIR结构域,具有显著同源性,由Toll同源结构域(Toll homology domain,THD)和分子羧基端长短不同的短尾肽组成。
THD至少包括128个氨基酸,分为10个区段,形成螺线相间的二级结构。
序列分析发现,TLRs的TH结构域与IL-1R胞浆结构域有高度同源性,由此推导它们分子构象也很类似,于是又将TH结构区称为Toll/IL-1R(TIR)同源区,该区域是向下游进行信号传导的核心元件,这一区域关键位点的突变或序列缺失将阻断信号向下传递。
TLRs具有多种内外源性配体,其对TLRs的调节起关键性作用。
调节不足会引起机体防御功能低下,导致肿瘤的发生,而调节过度则会导致自身免疫性疾病。
因此,TLRs及其信号通路有望成为肿瘤疾病新的治疗靶位[6-7]。
2TLR通路中关键转接分子MyD88的结构与基本功能MyD88属于Toll/IL-lR家族和死亡结构域家族成员,相对分子质量为3.5×10 4,本质是一种胞质可溶性蛋白,结构上有3个功能区域,N端的死亡区(death domain,DD),中间区域及C端的Toll区。
DD约有9O个氨基酸,可以介导有DD序列的蛋白质与蛋白质之间的相互作用,Toll区类似于IL-1受体的胞质区,约有130个氨基酸,通过募集连接蛋白来传递信号。
DD是与启动细胞凋亡信号途径中的接头分子相互间进行信号转导的特征结构,但现在还没有发现其介导细胞凋亡。
对MyD88进行缺失突变的研究明:只有DD和中间区共同被表达才能激活NF-κB,其他的组合皆不能激活NF-κB[8-9]。
此外,文献报道在MyD88基因敲除鼠中,LPS的所有诱导活性几乎完全消失,同时腹腔内注射高剂量的LPS,该鼠颗存活96小时以上,且血清中IL-6、TNF-α、IL-β不增加,而所有野生型鼠在96h内全部死亡,提示MyD88基因敲除鼠可抗LPS诱导致死,证明MyD88在LPS活化通路中起关键作用[10]。
静息状态下,MyD88调节蛋白-Toll相关蛋白(Toll- interracting protein,Tollip)与MyD88下游激酶-IL-1R相关激酶(IL-1R-associated kinase,IRAK)结合在一起,一旦Toll受体与配体结合,招募接头分子,再招募IRAK时,Tollip就从二聚体上脱落下来,使IRAK完成自动磷酸化,完成信号向下游的传递[11]。
3TLR信号传导通路TLRs家族分子结构中与信号传导密切相关的是其胞浆段与Toll及IL-IR同源的TIR结构域。
TLRs结合配基后,其TIR结构域发生构象改变,招募存在于胞浆内的也含有TIR结构域的接头蛋白分子,此举对TLRs信号传递至关重要。
目前,含TIR结构域的接头蛋白分子家族已发现有五个成员:MyD88;Mal(MyD88-adaptor-like);TRIF(TIRdomain-containing adaptor inducing IFNβ);TRAM(trif-related adaptor molecule);SARM(sterile α and HEAT-Armadillo motifs) [12]。
不同TLR的接头蛋白分子不尽相同,其信号传导机制也就不完全一致,导致了其生物学效应也存在差异。
信号途径包括MyD88的依赖性和非依赖性两种。
MyD88依赖性途径主要介导NF-κB活化和细胞因子产生,而非依赖性途径主要负责LPS诱导IFN,可诱导基因IP-10、糖皮质激素衰减反应基因16、干扰素调节基因1表达和DC成熟[13]。
现将依赖性途径简单介绍如下:当TLR与相应配体PAMPs结合后,受体发生二聚化,此时胞质中Toll的TIR结构域与MyD88的羧基末端相互作用,活化的MyD88用它的DD区募集下游同样含死亡作用域的丝/苏氨酸蛋白激酶(Serine/threonine-kinase)IRAK1和IRAK2,导致IRAK自身磷酸化;磷酸化的IRAK 脱离MyD88与TRAF6(TNFR-associated factor,TRAF家族中的一员)结合,TRAF6活化引起两条不同途径的信号转导,一条包括P38MAPK家族和c-junNH2一tetminal激酶(Jnk);另一条是活化MPKKK(mitogen-activated protein nase,或称MAP3K)家族成员NIK(NF-KB -inducing kjnase),后者的磷酸化激活IκB激酶(IKB kinases,IKKs),导致IκB的泛素化而从IκB/NF-κB复合物释放,NF-KB由此活化转位进核,导致一系列特定基因的表达,从而产生原发行致炎因子如TNF-α ,IL-1等,完成炎症的信号转导过程[13-14]。
4TLRs信号传导的负调控机制研究发现,MyD88存在一种剪切突变体-MyD88s(short form of MyD88)。
MyD88s缺乏MyD88分子中隔离DD和TIR结构域的中间结构域,导致MyD88s 不能招募IRAK4,因此不能使IRAKI磷酸化,转录因子NF-κB也就不能激活[15]。
研究还发现,IRAKI也存在一种剪切突变体-IRAK1c,此突变体缺乏IRAK 基因外显子11所编码的区域,IRAKlc不能被IRAK4磷酸化,缺乏激酶活性,对TLRs信号传导起负调控作用[16]。
IRAK家族成员之一IRAK-M对TLRs信号传导也起负调控作用[17]。
另有研究发现,TRAF4可通过与TRAF6和TRIF相互作用,抑制TLR,的信号传导[18]。
Tollip(Toll-interacting protein)可以抑制TLRs激活后的IRAK活性,对TLRs 介导的细胞活化发挥负调控作用[19]。
最近的一项研究显示:干扰素调节因子(IRF)家族成员IRF-4可与IRF-5竞争结合MyD88,起到负调控TLRs信号传导的作用。
体外研究证实,IRF-4缺陷小鼠来源的巨噬细胞,对TLRs依赖的致炎细胞因子的产生明显增强;体内研究证实,IRF-4缺陷小鼠对非甲基化cpGDNA诱导的休克显示高敏感性,同时体内致炎细胞因子产生增多[20]。
5展望TLRs是存在于细胞上介导炎性介质产生的重要受体,由于其在宿主防御反应中的重要性和关键性,特别是作为先天性免疫系统的重要组成部分及连接获得性免疫与先天性免疫的“桥梁”,使TLRs的相关研究成为生命科学领域的热点[21]。
具有多种内外源性配体,而MyD88是其信号通路中的一个关键接头分子,对TLRs的调节起关键性作用。
调节不足会引起机体防御功能低下,导致肿瘤的发生,而调节过度则会导致自身免疫性疾病[2]。
因此,TLRs及其信号通路有望成为肿瘤疾病新的治疗靶位。
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