天然免疫系统的受体——马静分析解析

NOD样受体 引 言
NOD样受体（ NLRs ）是存在于细胞内的模式识别 受体。NOD样受体是一类在遗传上高度保守的蛋白 质家族,广泛存在于植物、线虫、脊椎动物和人类细 胞内。NLRs 能在许多不同类型的细胞中表达，其 中包括免疫细胞、上皮细胞，但主要还是在吞噬细 胞（巨噬细胞和中性粒细胞）中表达。 NLRs主要具有两个亚类:NOD家族和NALP (NACHT-LRR-PYD-Containing protein)家族。
天然免疫系统的受体概述
——TLRs、 NLRs
汇 报 人：马 静 指导教师：宋铭忻 教授
目 录


前言 Toll样受体
引 言
NOD样受体
引 言 NLRs的结构 NOD1和NOD2 的识别作用 NOD受体的研究进展 NOD受体和人类疾病
TLRs的发现与结构 Toll样受体的分类与分布
几种重要的Toll样受体及其功能 TLR的研究意义及展望
五、 TLR的研究意义及展望
意义
TLR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，并影响获得性免疫。 对TLRs家族的研究,可为阐明天然免疫及炎症机制，
寻找由于免疫系统失调所致疾病的新的治疗途径与靶
点提供思路及为新型疫苗和免疫调节剂的研发提供新
其他Toll样受体
• TLR3可能参与了对双链RNA病毒的识别。
• TLR6主要识别细菌的肽聚糖和脂肽。 • TLR7可能与咪唑喹啉的识别有关。 • TLR9识别非甲基化CpG。
各种TLR的特征
Toll样受体免疫学功能
• • • • • • • 促进细胞因子合成与释放，引发炎症反应 促进免疫细胞的成熟和功能化 在抗病毒感染的作用 调节免疫应答作用 诱导一氧化氮（NO）依赖性杀菌活性 TLR间的协同作用 TLR与败血症的全身免疫病理学损伤有关
Toll样受体
一、引言
• Toll样受体（Toll-like receptors, TLRs）是参与 非特异性免疫（天然免疫）的一类重要蛋白质 分子，也是连接非特异性免疫和特异性免疫的 桥梁。TLR是单个的跨膜非催化性蛋白质，可 以识别来源于微生物的具有保守结构的分子。 TLR是先天免疫模式识别的主要受体，通过识 别病原相关模式分子，激活固有免疫系统，同 时作为预警信号，向抗原递呈细胞发出警报， 启动固有免疫。因此，对TLR研究是深入认识 固有免疫的关键环节和重要基础。
三、Toll样受体的分类与分布
目前，在哺乳动物及人类中已经发现的人TIRs家族成员有11个。其中了 解比较清楚的有TIR2，TIR4，TIR5和TIR9。
物种分布 虽然TLR首次发现于果蝇，但其广泛分布于其他物种，从低等的植物如 烟草、低等动物小鼠、大鼠、仓鼠到高等动物人类都发现有TLR的存在， 由此人们推测TLR与物种生物进化密切相关。 组织分布 研究发现TLR1分布较其他TLR更为广泛，TLRs可分布于肠粘膜、脾、 淋巴结、骨髓和外周血白细胞心脏，脑、肌肉、胎盘和胰腺都有分布。 细胞分布 TLRs分布的细胞多达20余种，Muzio M 等对TLR1TLR5表达于人类白 细胞的研究中发现：TLR1能在所有细胞包括单核细胞、多形核细胞、 Ｔ、Ｂ淋巴细胞、ＮＫ细胞中表达；TLR2、TLR4、TLR5主要表达在 髓源性细胞，即表达于除T、B、NK细胞外的免疫细胞；TLR3只特异 性表达在树突状细胞(dendritic cells，DC)。
•
二、TLRs的发现与结构
发现
1988年Hashimoto等在研究果蝇胚胎发育过程中，发现有一 个基因(dToll)决定着果蝇的背腹侧分化，其编码的一种Ｉ 型跨膜受体蛋白称为Toll蛋白。 1996年，Lemaitre等发现，dToll不仅在胚胎发育中起重要 作用，还参与成蝇抗真菌感染的信号转导，说明Toll蛋白在 抗真菌、细菌等病原感染中的重要意义，同时也引起人们 对人类Toll受体研究的兴趣。 1997年Janewary和Medzzhitor等，在人体的某些细胞上有 一种蛋白，它的结构与果蝇TOLL蛋白同源，遂称为TOLL 样蛋白。研究证明，人体内发现的TOLL样蛋白是一种受体， 因此又称为TOLL样受体(TLR)。
TLR4
TLR4是第一个发现的哺乳动物Toll样受体，也是目前研究较多的一个分子。 TLR4在非特异性免疫中可广泛识别配体，既可针对入侵的病原体，也可识别 改变的自身成分，充分显示了TLR4在识别危险信号并诱发免疫反应中的重要 性。 TLR4主要识别革兰阴性细菌细胞壁成分脂多糖( lipopolysaccharide,LPS)。 LPS与TLR4结合后活化髓样分化因子88 (myeloid differentiation factor88, MyD88)依赖性和非依赖性两条信号途径;前者活化丝裂原激活的蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase,MAPK)和核因子-B(nuclear factor kappa B,NF-κB)信号通路,后者活化NF-κB和干扰素调节因子-3(IFN-regulated factor3, IRF3)信号通路。通过这些信号途径TLR4诱导炎症细胞释放炎症因子介导 炎症反应;同时TLR4通过活化树突状细胞促进抗原递呈,介导先天性免疫向获 得性免疫的转化。此外,TLR4 能诱导磷脂酰肌醇-3激酶-蛋白激酶B(PI3KAKT)的信号转导, LPS介导的细胞存活和增殖与TLR4活化PI3K-AKT途径有 关。 在TLR4信号转导中,存在TLR4→MyD88→PI3K→AKT→NF-κB信号通路。
的理论依据。
展望
TLR仍为免疫研究热点，今后需要研究内容众多， 主要有以下几个方面：
① TLR家族新成员的发现及其结构与功能的阐明； ② 新的TLR配体的不断挖掘； ③ TLR在物种、组织、细胞的新分布；
④ TLR与细胞吞噬和细胞凋亡的调节；
⑤ 新TLR信号通路的发现； ⑥ TLR家族成员之间功能的互相联系与作用； ⑦ 有关TLR药物与疫苗的研制与开发等。
NOD1、NOD2 与 Toll 样受体的相关性
前 言
天然免疫系统存在于所有多细胞动物中,是机体最古老的抗感 染机制之一。先天免疫在病原体入侵后能迅速被激活,形成了 防御病原体入侵的第一道防线。先天免疫系统是通过特殊的模 式识别受体(pattern-recognition receptors, PRRs)感知病原体关 联的分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs) 来识别入侵的病原体，从而区分病原微生物与机体自身。宿主 的PRRs感知病原体的PAMPs后,迅速激活一系列信号转导通路, 启动宿主的防御反应,引起炎症和对感染的抵抗。 哺乳动物主要具有两类PRR：一类是膜结合受体,如Toll样受体 (Toll like recep-tors,TLRs),另一类是细胞内的模式识别受体,包 括具有核苷酸结合寡聚域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)的NOD样受体(NLR)和具有螺旋酶结构域的抗病 毒蛋白RIG-1和MDA5。 TLR和NOD受体 ，是信号转导受体，它们具有完整的传递从 识别病原体信号到引起特定的下游效应信号的能力。
TLR2
TLR2识别谱较广，可识别大部分现已发现的PAMP结构。
TLR2可激活细胞内信号传导机制，从而在抗分 支杆菌、螺旋体、支原体和酵母菌感染中发挥重 要作用。 值得注意的是：TLR2只有与TLR6或TLR1形成 异物二聚体，才能对上述物质发生免疫应答，产 生细胞因子。 最近发现，TLR2参与了对物理、 化学及缺血等非感染因素所致细胞坏死的识别与 炎症反应，说明TLR2在非感染性组织损伤以及 组织修复的过程中发挥重要作用。此发现为阐明 天然免疫参与识别自身正常组织与非正常组织， 及非感染性组织损伤修复的分子基础提供了重要 依据。
NOD受体的结构
NLR属于胞内模式识别受体, NOD受体共同特点是具有3个
①1个C-末端富含亮氨酸的重复结构域( leu-cine-rich repea,t LRR),涉及配体的识别; ②1个中心的核苷酸结合的寡聚结构域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD),也称为NACHT结构域; ③以及1个N-末端蛋白-蛋白相互作用的结构域,如半胱天冬酶 激活和聚集结构域(caspase activationand recruitmentdomain, CARD)。 目前确定的哺乳动物的NLR有23种,根据效应域的不同进行分 类：N端为胱冬酶募集域(caspase recruitment domain, CARD) 的属于NOD蛋白; N端为Pyrin域的属于NALP (nachtodomain, leukin-rich repeat and pyrin domain-containing protein);效应 域为杆状病毒细胞凋亡抑制蛋白(baculovirus-inhibitor-ofapoptosis-repeats, BIR)的属于NAIP。 其中,NOD1有1个CARD结构域而NOD2有2个。
TLRs参与寄生虫免疫的机制
在长期的进化及与宿主的相互作用过程中，寄生虫演化出多种 逃逸机制以利于其在宿主体内的存活，宿主对这种多细胞生物 的免疫应答主要表现为辅助性T细胞2型（T helper2， Th2） 和调节性T细胞（regulatory T cell， Treg）应答，同时伴有损 伤修复的信号传导和介质产生。 Toll样受体作为一类非特异性免疫受体，广泛存在。越来越多 的研究发现， TLRs作为寄生虫抗原的受体，在诱导Th2型免 疫应答中发挥着重要作用。 研究组织侵入寄生虫和天然免疫系统的相互作用将会揭示 TLRs调节障碍的重要作用来自百度文库对寄生虫本身的治疗和疫苗研究 提供新的思路；而进一步了解TLRs调节获得性免疫的过程， 不但能够发展治疗感染性疾病的新途径，而且可为变态反应和 某些自身免疫疾病发病机制的深入研究及防治提供新方法。
LPS-TLR4信号转导通路
脂多糖的递呈分子 脂多糖 LPS受体 髓样分化蛋白 髓样分化因子88
磷脂酰肌醇-3激酶 肿瘤坏死因子相关 因子6
干扰素调节因子
蛋白激酶
核因子
TLR5
细菌的鞭毛蛋白是TLR5的天然配体
TLR5可在单核细胞、未成熟树突状细胞及 上皮细胞表达。鞭毛蛋白是细菌内唯一的 TLR5配体,TLR5可识别不同种类G+与G-菌 的鞭毛蛋白,可激活NF-κB的核酸置换及有 丝分裂原蛋白激酶,最终释放前炎性因子。
结构
所有Toll同源分子都是Ｉ型跨膜蛋白质，可分为胞外区、 跨膜区和胞浆区三部分。 人Toll样受体胞膜外区由550～980个氨基酸残基组成, 其中含有18～31个富含亮氨酸的重复序列(leucinerich repeat,LRR),并且都含有3个胞外段辅助蛋白即 MD­1、MD­2和RP105，参与对疾病相关分子模式（PAMP） 的识别，该区域变异性大。 人TLRs胞浆区由200个以上的氨基酸残基组成，与IL1R家族成员胞浆区高度同源，该区称为Toll/IL-1R同 源区(TIR)，因此TLR分子也属于IL-1R超家族的成员。 与胞浆区相比,TLR的膜外区LRR序列更为多变,与宿主 对感染反应的特异性有关。
四、几种重要的Toll样受体及其功能
TLR是重要的PPR
识 别
PAMP
病原体(细菌、病毒、真菌和寄生虫等)在漫长进化过程中一直保留着部 分结构成分,这种结构被称作病原相关的分子模式(pathogen-associated molecu-lar patterns,PAMPs)。TLRs识别的病原体编码的PAMPs配体有3类： 脂类和脂肽（TLR2/TLR1， TLR2/TLR6， TLR4）、核酸（TLR3， TLR7， TLR8， TLR9）、蛋白（TLR5和小鼠的TLR11）。 机体通过天然免疫识别分子即模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)识别PAMPs来发现病原体的存在。 TLR家族具有PRR的功能,TLR通过识别PAMPs构成了机体抗感染的第 一道防线,并对获得性免疫的发生和类型起重要的调节作用,同时又与免疫 耐受以及一些疾病具有相关性。 TLR的配体可分为外源性配体和内源性配体。内源性配体包括透明质 酸酶、热激蛋白HSP60、HSP70和GP96、纤维蛋白原、细胞外基质和纤维 连接蛋白等。外源性配体(PAMPs)成分复杂,不同的TLR识别不同的外源性 配体。