TLRs介導(dǎo)的RNA病毒識(shí)別及固有免疫應(yīng)答解析

1、TLRs介導(dǎo)的RNA病毒識(shí)別及固有免疫應(yīng)答摘要固有免疫(innateimmunity)又稱(chēng)非特異性免疫(nonspecificimmunity)，是人體抵抗外來(lái)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(duì)穩(wěn)定性和遺傳性等特點(diǎn)。近年來(lái)，固有免疫在分子水平上的識(shí)別及調(diào)控機(jī)制越來(lái)越受到關(guān)注。哺乳動(dòng)物的固有免疫識(shí)別及調(diào)控主要通過(guò)一系列的模式識(shí)別受體(patternrecognitionreceptor，PRR)識(shí)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(lái)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(shí)別其類(lèi)型，并通過(guò)一系列信號(hào)途徑活化效應(yīng)分子，識(shí)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(duì)RNA病毒感染的識(shí)別以及固有免疫應(yīng)答。關(guān)鍵字固有免疫；模式識(shí)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(duì)PAMP的識(shí)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(zhǎng)調(diào)節(jié)以及細(xì)胞凋亡的基因的表達(dá)，同時(shí)可以加快樹(shù)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(shí)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(shí)別有關(guān)的PRRs有三類(lèi)：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(gè)被發(fā)現(xiàn)的具有模式識(shí)別功能的蛋白。20世紀(jì)90年代，德國(guó)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(shí)首先用到Toll一詞，該基因在果蠅胚胎發(fā)育過(guò)程中會(huì)造成軸線發(fā)育不良。后來(lái)，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(kāi)了Toll樣受體作為模式識(shí)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(shí)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(hào)的功能結(jié)構(gòu)域。8人類(lèi)TLR多基因家族包括10個(gè)成員，其中與RNA病毒識(shí)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(shí)別微生物膜上的組成成分并招募下游分子，將信號(hào)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(shí)別病原體內(nèi)的核酸成分15當(dāng)病毒顆粒通過(guò)胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞并釋放基因組RNA后，就會(huì)被這幾種TLRs識(shí)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(shí)別的TLRsTLR2.Toll樣受體2(TLR2)與多數(shù)能夠識(shí)別病毒侵入的PRRs不同，因?yàn)槠洳荒茏R(shí)別核酸序列，而是識(shí)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(bào)道，TLR2可以和共同受體TLR1或

10、TLR6形成異二聚體，并識(shí)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(shí)別麻疹病毒的血凝素蛋白(HA)，并能夠啟動(dòng)對(duì)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(guò)對(duì)丙型肝炎病毒(HCV)核心蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白3(NS3)的檢測(cè)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(shí)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(shí)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(guò)識(shí)別呼吸道合胞病毒（RSV）的融合蛋白參與人類(lèi)細(xì)胞中對(duì)RNA病毒的抗病毒防御，并且TLR4可以識(shí)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(shù)突狀細(xì)胞，可以識(shí)別來(lái)自RNA病毒的富含鳥(niǎo)苷和尿苷的ssRNA寡核苷酸序列20-25。有研究表明，TLR7也可以識(shí)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(shí)別ssRNA。表1TLRs識(shí)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(hào)通路TLRs識(shí)別抗原刺激介導(dǎo)的信號(hào)通路主要可以激活三個(gè)信號(hào)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(huì)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(gè)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(hào)通路分為2個(gè)途徑:一個(gè)是可以誘導(dǎo)炎癥和刺激細(xì)胞因子產(chǎn)生的MyD88依賴(lài)途徑，另一個(gè)則是產(chǎn)生IFN-I和調(diào)節(jié)樹(shù)突狀細(xì)胞成熟的MyD88非依賴(lài)途徑。對(duì)大多數(shù)TLRs而言，MyD88依賴(lài)的信號(hào)通路最為重要，其參與了除TLR3之外所有TLRs介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。當(dāng)病原體入侵機(jī)體時(shí)，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(shí)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(huì)離開(kāi)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(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體固有免疫應(yīng)答反應(yīng)(Fig.l)ll。對(duì)于MyD88非依賴(lài)的途徑來(lái)說(shuō)，主要通過(guò)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(lái)調(diào)節(jié)NF-kB和M

19、APK后期活性。對(duì)TLR9來(lái)說(shuō)，其主要表達(dá)在漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞(plasmacytoidDCs，pDCs)內(nèi)，通過(guò)定位于不同的細(xì)胞器來(lái)激活兩條不同的信號(hào)通路13。Fig.2TLR信號(hào)通路：(摘自SasaiM,2010)通過(guò)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(yǔ)自20世紀(jì)90年代以來(lái),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(shí)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(duì)固有免疫的認(rèn)識(shí)發(fā)生了巨大改變。在這一過(guò)程中,病毒這一重要的病原微生物的模式識(shí)別受體也得到了深入廣泛的研究。雖然近些年來(lái),我們對(duì)于病毒固有免疫識(shí)別受體已經(jīng)有了一個(gè)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(wèn)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(guò)怎樣的精細(xì)方式對(duì)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(guò)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(guò)程,但是細(xì)胞核中并不存在如前文所述的那些識(shí)別受體,那么機(jī)體是如何對(duì)這些病毒進(jìn)行識(shí)別是這一領(lǐng)域科學(xué)家一直在探索的問(wèn)題。最后,我們對(duì)于很多當(dāng)

21、前威脅人類(lèi)和動(dòng)物健康的病毒的固有免疫識(shí)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(shí)別受體的作用機(jī)制對(duì)于我們?yōu)橹委煵《拘约膊≡O(shè)計(jì)相關(guān)的藥物和疫苗研制指明方向,也將增進(jìn)我們對(duì)于各種病毒致病機(jī)制的認(rèn)識(shí)。參考文獻(xiàn)：JensenS,ThomsenAR.SensingofRNAViruses:aReviewofInnateImmuneReceptorsInvolvedinRecognizingRNAVirusInvasion.JVirol.2012Mar;86(6):2900-10.MedzhitovRApproachingtheasymptote:20yearslaterImmunity.20

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