【www.zhangdahai.com--开题报告】
【摘要】Toll样受体(Toll like receptors, TLRs)是近年发现的一种细胞跨膜蛋白受体，可特异性识别多种病原成份。TLRs通过细胞信号转导途径激活机体的免疫细胞，一方面参与早期的宿主防御，在固有免疫应答中发挥重要作用；另一方面通过分泌细胞因子、趋化因子等参与炎症反应，最终激活适应性免疫反应。慢性阻塞性肺疾病(COPD)为慢性气道炎症性疾病，感染及环境暴露因素对病情的发生、发展有重要影响。本文就TLRs结构、配体、介导的信号传导、功能及与COPD发病关系作一综述。
【关键词】慢性阻塞性肺疾病(COPD)；Toll样受体（TLRs）
【中图分类号】R563.9【文献标识码】A【文章编号】1044-5511（2011）11-0147-01
COPD是一种不完全可逆的以气流受限为特征的慢性气道炎症性疾病，呼吸道感染及环境暴露因素对COPD的发生、发展有重要影响。Toll样受体(TLRs)是近年发现的一种细胞跨膜蛋白受体，可特异性识别多种病原成份，启动固有免疫反应，并进一步诱导适应性免疫应答。TLRs是连接环境暴露与适应性免疫的重要桥梁，其在COPD发病机制中发挥的作用开始受到广泛关注。
1、TLRs的起源及结构
1988年Hashimoto等在果蝇中发现一种属于I型跨膜蛋白的受体，称为Toll样受体(TLRs)［1］，实验证明TLRs参与成蝇的免疫反应，且TLRs功能缺失的果蝇对真菌感染高度敏感，表明TLRs具有介导抗真菌感染信号转导的功能［2］。1997年Medzhitov等在人类细胞表面发现TLRs，且发现人类TLRs的活化可以激活适应性免疫的信号通路，并诱导IL-1、IL-6、IL-8等细胞因子分泌。这些研究提示了TLRs在启动固有免疫，诱导适应性免疫中处于重要地位。
人类TLRs属于I型跨膜受体，主要由细胞外区、跨膜区和细胞内区三个功能区构成。细胞外区序列差异大，含有18～31个富含亮氨酸的重复基序(LRR)， LRR可以加强蛋白质之间的粘附，参与对病原微生物或其产物的识别，并形成TLRs二聚体激活胞内信号传导系统；胞内区由Toll同源结构域(THD) 和短尾肽组成。序列分析发现，TLRs 的THD结构域与IL-1R胞浆结构域有高度同源性，且分子构象相似，于是将THD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。
2、TLRs的配体
现今已发现的人类TLRs家族成员至少有10个，分别命名为TLR1-10,主要识别病原相关分子模式(PAMP）。TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6和TLR10表达在细胞表面。TLR1主要识别分枝杆菌脂蛋白，热休克蛋白（HSP）。TLR2主要识别肽聚糖(PGN)、脂蛋白等革兰氏阳性细菌组分，还可以识别分支杆菌、螺旋体、支原体、真菌等诸多病原的胞壁成分，TLR2还可以和TLR6或TLR10结合形成杂合二聚体，从而识别众多病原配基。TLR4识别革兰氏阴性细菌的脂多糖（LPS）及呼吸合胞病毒蛋白F和植物产物紫杉酚。TLR5识别细菌鞭毛蛋白。
TLR3、TLR7、TLR8、TLR9主要表达于细胞内，可特异性识别病毒产物或核酸。TLR3识别双链病毒RNA(dsRNA)，TLR7及TLR8识别单链病毒RNA(ssRNA)及咪唑喹啉。TLR9识别胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸(CpG基序)、病毒dsDNA及ISS(免疫刺激序列)。
一些内源性的配基也可以激活TLRs，来源于细胞的产物，如防御素、活性氧等抗微生物组分可以激活TLR2；组织破坏或死细胞的崩解产物，如热休克蛋白、纤维蛋白原、组织基质的崩解产物等主要激活TLR4。
3、TLRs介导的信号传导
3.1 MyD88依赖途径:大多数TLRs（TLR3除外）经MyD88依赖途径进行信号传导，此途径主要介导NF-κB活化和细胞因子产生。当病原体入侵机体后，TLRs胞外段与相应配基相结合，TIR区发生同源或异源二聚体化并与MyD88的TIR结构域形成复合体。MyD88活化并招募丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶4(IRAK4)，促使IRAK-4介导的IRAK-1发生磷酸化。IRAK-1磷酸化后继续招募肿瘤坏死因子受体相关因子-6(TRAF-6)。TRAF-6激活后诱导两种不同的信号通路。一方面可以激活转化生长因子（TGF）-活化激酶(TAK-l)及TAK-1结合蛋白(TAB)1/2/3复合物，继而激活IκB激酶络合物( IKK)，IκB酶磷酸化促使胞质区NF-κB广泛活化。活化后的NF-κB进入细胞核激活肿瘤坏死因子、IL-1和IL-6等促炎症反应因子；另一方面可以通过旁路信号途径激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)及磷酸肌醇磷脂3-激酶(P13K)。这两条通路均最终导致相关基因的转录，促进生成前炎症细胞因子。在此信号转导模式中，MyD88、IRAK-1 / IRAK-4和TRAF6任一因素缺失都可导致信号转导中断。其中，TLR1、TLR2和TLR4的经MyD88依赖途径信号转导需要另一种与MyD88同源的分子，称为人TIRAP ,又称MyD88样适配蛋白(Mal)的辅助。
3.2 MyD88非依赖途径:含Toll/ IL-1受体功能区接头诱导的IFN-β (TRIF)又称含TIR 的接头分子-1 (TICAM-1)，是参与MyD88非依赖途径的一个重要分子。TLR3主要通过非MyD88依赖途径进行信号传导，该途径主要负责诱导干扰素（IFN），干扰素诱导蛋白-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。TLR3的TIR区与TRIF的TIR区结合引起TRIF的活化，进而促使转录因子TRF3、7(IFN调控因子3和7)的活化，导致MyD88缺乏的活体中巨噬细胞分泌IFN-β及其产物，诱导性NO酶、化学增活素(RANTES) 、IFN诱导蛋白10等促炎症反应因子多种基因表达。TRIF也可以直接与TRAF-6或受体相互作用蛋白（RIP）发生相互作用，导致NF-κB及MAP激酶的活化。
4、TLRs的功能
TLRs作为一种模式识别受体，不仅在天然免疫中发挥抗菌作用，同时也被视为天然免疫与获得性免疫之间的桥梁，并影响获得性免疫。TLRs能诱导细胞因子的合成与释放，引起炎症反应，促进免疫细胞表面表达相关免疫分子，促进免疫细胞成熟。TLR3、TLR7、TLR8、TLR9可特异性识别病毒产物或核酸，产生抗病毒的细胞因子，TLR7和TLR8也可识别咪唑喹啉和洛索立宾，这两种合成化合物都有抗病毒作用。近年研究发现大量肿瘤细胞也表达TLRs，且TLRs表达的强度与肿瘤的分化程度有关，因此可以通过肿瘤TLRs信号通路介导肿瘤免疫治疗。研究发现脂多糖（LPS）可通过巨噬细胞表面TLR4激活诱发型一氧化氮合酶（iNOS）的转录活性，上调iNOSmRNA的表达，增加一氧化氮（NO）的合成，产生一氧化氮（NO）触发胞内杀菌机制。
5、TLRs与COPD
COPD与肺部对以烟雾为主的毒性颗粒物质的异常炎症反应有关，炎症逐渐进展并引起肺功能的损害。目前研究结果提示TLRs参与COPD的病理过程和免疫应答。
吸烟是下呼吸道细菌定植、急性下呼吸道感染的独立危险因素。TLR2和 TLR4是识别细菌的重要受体，吸烟者及COPD患者单核和中性粒细胞上TLR2、 TLR4表达受到抑制，TLRs表达的降低与炎症细胞因子分泌的减少显著相关，直接改变了细胞对病原的反应。此外，中性粒细胞生存时间短，TLR2和TLR4活化后可阻止中性粒细胞的自发凋亡，增强其抗病原能力，而TLRs表达的下降使这种功能受到明显影响。另外，Morris等的研究发现少量TLR2及TLR4激活的单核细胞可以使气道平滑肌细胞产生大量IL-6和IL-8，在炎症反应中出现协同作用。Zhu等发现单核细胞和气道平滑肌细胞间的相互作用引起基质破坏产物的释放，基质破坏产物激活TLR4，从而推动气道慢性炎症的发展。Shapiro等发现TLR4配基LPS激活单核及巨噬细胞后释放金属基质蛋白酶，而金属基质蛋白酶在COPD病情发展中起重要作用。肺泡壁、细支气管的破坏和气道重塑是COPD病理过程的重要特点，这些研究表明TLRs参与慢性气道炎症的产生和维持，并可能与组织结构的改变有关。
由于TLRs在固有免疫中的重要作用，通过治疗纠正TLRs表达下调从而改善固有免疫抑制状态已经开始受到关注。有学者提出可以通过应用人工合成的TLRs配体来治疗TLRs下调。单磷酯脂质A(MPL)是由沙门氏菌中提取的强力免疫佐剂，有研究证实MPL可激活TLR4 。根据MPL结构，现已合成出一系列TLR4配体，主要成分为氨基烷基-氨基葡萄糖苷磷酸盐(AGPs)。目前研究表明AGPs可以刺激外周血单个核细胞产生多种细胞因子，并且上调单核细胞、NK细胞和B细胞的表面标志。将AGPS应用于小鼠上呼吸道时，可以对病毒和细菌病原的侵害产生非特异性保护作用。是否可以应用AGPs改善COPD患者的气道防御状态，减少其呼吸道感染的频率已经成为关注的焦点。Macredmond等 的研究发现长效支气管扩张剂沙美特罗与激素合用时能上调肺上皮细胞TLR4的表达，并增强其对LPS的反应。这提示沙美特罗除了对支气管的扩张作用外，还可能对提高患者气道的防御功能有一定帮助。
6、结语
TLRs作为一种模式识别受体，不仅在天然免疫中起重要作用，同时也被视为天然免疫与获得性免疫的连接点，并且影响获得免疫。对TLRs家族的研究，可为阐明天然免疫及炎症机制，寻找新的治疗途径与靶点提供思路。关于TLRs配体的研究可能为COPD的治疗带来新的突破点，但目前TLRs的相关研究结果多数来源于实验室研究或动物模型，TLRs在患者体内的表达情况及其在人类慢性气道炎症性疾病中发挥的作用仍有待深入探讨。
参考文献
［1］Hashimoto C, Hudson KL, Anderson KV. The Toll gene of Drosophila , required for dorsal-ventral embryonic polarity , appears to encode a transmembrane protein［J］.Cell，1988；52(2):269-279.
［2］Johnston DS, Nusslein-Volhard C. The origin of pattern and polarity in the drosophila embryo ［J］.Cell, 1992；68(2):201-219.
