Toll样受体与细胞自噬

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文章编号: 1000-1336(2010)06-0902-03

Toll样受体与细胞自噬

熊励晶 童 煜 毛 萌

四川大学华西第二医院儿科,成都 610041

摘要:Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)是存在于一线防御细胞上的一种识别病原体相关分子模式(pathogen-asso-

ciated molecular pattern, PAMP)的受体,在免疫反应中发挥重要作用。自噬是一种进化过程中保留的细胞反应机制,

不仅是细胞适应各种代谢压力的生存机制,还被认为参与了天然免疫和获得性免疫过程。本文将TLR与自噬在免

疫反应中的研究进展进行综述。

关键词:Toll样受体;自噬;天然免疫

中图分类号:R392.12

收稿日期:2010-06-25作者简介:熊励晶(1985-),女,硕士生,E-mail:ljxiong@hotmail.com;童煜(1978-),女,博士,助理研究员,E-mail:zisu_yu@163.com;毛萌(1956-),女,博士,教授,博士生导师,主任医师,通讯作者,E-mail:dffmmao@126.com病原微生物在和宿主相互作用的过程中保留了

一些相对保守的结构,即病原体相关分子模式

(pathogen-associated molecular pattern, PAMP),人体

内的模式识别受体(pattern recognition receptor, PRR)

通过对PAMP的识别发现病原体的存在,触发不同

的信号级联反应从而清除病原体、诱发获得性免疫。

Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)家族即是体内一种

重要的PRR。自噬是维持细胞内容物质和量平衡的

重要机制,是细胞面对生存压力的抵抗机制。近来

发现自噬反应能够清除入侵细胞的病原微生物,在

免疫反应中发挥作用。现将Toll样受体与细胞自噬

在免疫反应中相关性研究进展进行综述。

1. Toll样受体

1.1 TLR结构

 TLR是一种跨膜受体,由富含亮氨酸重复序列

(leucine-rich repeat, LRR)的胞外区、富含半胱氨酸的

跨膜区以及具有核心元件的胞内区组成。胞内区与

白介素-1型受体胞内结构域具有高度同源性,故称

Toll/白介素-1受体域(Toll/IL-1 receptor domain, TIR),

确定了TLR在细胞内的定位以及激活下游信号分

子。TIR结构域氨基酸序列和空间结构高度保守,使其保持稳定的空间结构,并直接与下游的信号分子

形成复合体参与信号转导[1]。

1.2 TLR的信号传递

TLR通过结构各异的胞外结合域识别不同的

PAMP后激活下游信号反应。根据募集配体分子的

不同,总体分为MyD88依赖性和MyD88非依赖性两

大途径依。

MyD88在TLR信号传导中起重要作用,不仅可

通过一系列信号转导激活核因子-κB(nuclear factor

kappa B, NF-κB)使其转位进入核内调节相关基因的

表达(图1),还可通过p38、JNK等丝裂原活化蛋白

图1 Toll样受体MyD88依赖途径[2]· 903 ·《生命的化学》2010年30卷6期CHEMISTRY OF LIFE 2010,30(6)● 小综述

激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途经活

化激活蛋白-1(activator protein, AP-1)。NF-κB和AP-1

可以相互协调诱导多种炎症细胞因子和粘附分子的

表达[2]。

2. TLR与自噬

2.1 自噬

自噬是一种进化保留的细胞机制,包括巨自噬

(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴

侣介导的自噬(chaperone mediated autophagy,CMA)

三种类型,参与细胞器的代谢、胞质内容物的循环

以及对细胞生物能量的补充。随着自噬研究的深入,

发现自噬在多种疾病的发生发展中扮演了一定角色[3]。

自噬的发生在形态学上:胞质中首先出现大量

游离的自噬前体(autophagosome precursor),这是一

种包绕靶内容物的半月形独立膜结构,其延展融合

形成特征性双层膜结构,即自噬体(autophagosome),

溶酶体与之融合后逐渐变为单层膜的自噬溶酶体

(autolysosme),同时利用溶酶体内多种消化酶降解

靶内容物(图2)。自噬发生的核心蛋白是自噬蛋白微

管相关蛋白1轻链3(autophagy protein-microtubule-

associated protein 1 light chain 3, LC3),LC3-I通过类泛

素化酶反应和磷脂乙醇胺(phosphatidylethanolamine,

PE)偶联形成LC-3II(LC3-PE),存在于自噬体膜内外,

LC3-I到LC3-II的转变过程被认为是检测自噬发生的

重要标志[4]。除此之外,多种蛋白质复合体的形成

也是关键[5]。

自噬过程主要受相对保守的自噬相关基因

(autophagy-related gene, ATG)调控。哺乳细胞雷帕霉

素靶(mammalian target of rapamycin, mTOR)已明确在自

噬的调控中扮演关键角色,负性调控自噬。AMP激

活蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK),

p53, Bcl-2蛋白家族等在自噬过程中通过不同机制发挥作用[5]。

自噬不仅是细胞在适应各种生存压力下的重要

反应,同时能够通过快速而相对简单的过程清除胞

内微生物而参与免疫反应[6]:作为一种免疫效应反

应,自噬是TLR对PAMP做出反应后对胞内病原体

抵抗以及感受Th1-Th2免疫极化的过程;同时自噬

在天然免疫和获得性免疫中参与MHCII的形成过程

和TLR对胞质中PAMP的过程识别,发挥免疫调节

功能。除此之外,在免疫耐受、免疫细胞平衡以及

炎症反应中均有作用。

2.2 TLR与细胞自噬

TLR和自噬是细胞应对病原体入侵的不同途

径,因此有学者提出它们之间能否相互协同,自噬

是否可以根除不被TLR识别的病原体等值得探讨的

问题。Heung等[7]发现浆细胞样树突状细胞(plas-

macytoid dendritic cell,pDC)在活病毒感染后对某些

单链RNA做出反应,病毒的胞质复制中间体作为

PAMP被TLR7识别,通过自噬过程将其运输到溶酶

体,说明TLR7介导的某些病毒的识别及清除过程是

一种自噬反应。因此认为TLR与配体识别后可以激

活自噬反应作为一种直接清除胞内病原体的防御机

制。

2007年,Yi等[8]运用脂多糖刺激小鼠单核巨噬

细胞RAW264.7和人巨噬细胞后发现大量自噬体形

成,在将TLR4抑制后自噬体形成明显减少,说明

TLR4在识别LPS后能够触发自噬反应。进一步的研

究发现TLR4诱导的自噬反应通过TRIF,其下游的信

号分子包括RIP1(receptor-interacting protein 1, RIP1)和

p38丝裂原活化蛋白激酶。观察到的自噬反应不影

响细胞活性,提示清除病原体的自噬途径不同于细

胞自噬性死亡途径。Delgado等[9]应用一系列TLR配

体刺激RAW264.7发现TLR3、TLR4、TLR7能够上调

自噬,其中TLR7上调自噬的作用最明显,并且推测

MyD88在触发自噬过程中发挥重要作用,人类免疫

缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)也可以

通过TLR8诱导细胞出现自噬反应。

因此,自噬可能是TLR信号通路的一种效应,

但是具体机制有待阐明,得到的看似矛盾的实验结

果也难以解释,如大多数TLR信号通路能够激活

NF-κB,但NF-κB被认为是一种自噬的负性调节因

子[10],所以仅分析TLR

募集的下游接头分子并不能图2 细胞巨自噬过程示意图[5]· 904 ·《生命的化学》2010年30卷6期CHEMISTRY OF LIFE 2010,30(6)● Mini Review

完美的解释TLR诱导自噬的机制。自噬最终发生取

决于其激活与抑制之间的平衡,研究TLR活化后信

号通路与自噬关键分子之间的相互作用,成为又一

研究重点。TLR信号通路可以加强MyD88或TRIF与

自噬相关蛋白Beclin-1的相互作用,抑制Beclin-1和

Bcl-2结合,Bcl-2通过干扰Beclin-1/Vps34复合体的形

成,抑制自噬[11]。TLR的活化导致mTOR的激活,能

够和MyD88和IRF5、IRF7相互作用,控制TNF-α、

IL-10、IL-12、I型干扰素的基因转录,从而影响自噬[12]。

TLR不仅能识别入侵的病原体,还能被一些自

身成分激活而诱导自噬。肾内死亡细胞释放的危险

相关分子出现在自噬溶酶体中递呈给TLR作为自身

抗原,因此提出自身蛋白质的自噬相关过程可作为

免疫刺激分子和自身抗原的来源,在自身免疫性肾

脏损伤中的发挥作用[13]。在系统性自身免疫性疾病

中,B细胞受体(B cell receptor, BCR)和TLR9的协同

参与对包含DNA抗原产生自身抗体的反应。抗原一

旦结合,BCR信号从胞膜启动,激活MAPK传递给

类自噬体。如此内化的BCR信号以磷脂酶D依赖通

路通过微管网络募集包含有TLR9的内涵体到自噬

体。这个过程对于MAPK的高反应性是必须的,并

且可以作为自身免疫性疾病治疗的新靶点[14]。

3. 结语

综上,TLR诱导自噬在免疫反应中可能具有重

要作用,这是一个复杂巧妙的机制,不仅跟募集的

不同配体分子相互作用有关,还跟这些配体分子与

自噬通路上重要蛋白质之间的作用相关,下游产生

的各种效应也有待解释和探讨。自噬作为一种能有

效杀灭胞内微生物的细胞防御机制,研究TLR和自

噬间的相互作用,可能为清除定植于细胞内的病原微生物、解决细菌耐药问题提供新的思路。

参 考 文 献

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