TLR3在抗病毒天然免疫中的研究进展

1、TLR3在抗天然病毒免疫中的研究进展摘要：Toll样受体3(TLR3)作为病毒双链RNA识别受体在机体抗病毒天然免疫中 发挥十分重要的作用。TLR3识别配体后通过含TIR结构域的转接蛋白(TRIF)途 径活化转录因子NF-k B和干扰素调节因子3( IRF3),诱导炎症细胞释放炎症因 子并介导炎症反应，同时诱导I型干扰素的释放，介导抗病毒天然免疫。在一些病 毒感染中TLR3通过诱导组织损伤介导病毒的扩散从而加重疾病的严重程度。本文对TLR3在RSV感染中的作用研究进展作一综述。关键词:Toll样受体3;信号转导；呼吸道合胞病毒；天然免疫Toll样受体是最新发现的一类受体家族。1985年及其同事

2、最早发现存在与果 蝇中，基因缺失果蝇不能正常发育，胚胎缺失完整的神经系统和中胚层。1996年等证实基因突变对真菌感染的易感性增加。1997年等发现人和其他哺乳动物中存在有与结构类似的蛋白，称为TLR。目前，在人和其他哺乳动物中至少发现12个TLR成员。TLR3定位与胞浆的内体中，能识别病毒和细菌核酸。天然免疫是抵御病毒感染的第一道防线。固有免疫是否健全，决定了是否能 够充分启动适应性免疫。病毒感染早期，病毒诱导固有免疫，由模式识别受体(pattern recog nition receptors, PRRs)识别病原相关分子模式(PAMP),并通过 不同的信号转导途径诱导促进体内功能最为强大的

3、专职抗原提呈细胞树突状细 胞(dendritic cells,DC)生成I型干扰素等细胞因子，遏制病毒复制。TLR3是最早发现能特异性地识别 dsRNA的一种病原体相关分子模式识别受体。大多数 病毒在其复制的同时就在启动dsRNA的合成，感染病毒的濒死细胞会释放dsRNA，这些dsRNA就会成为感染状况的预警指标，因此TLR3在抗病毒免疫反应中发挥着很重要的作用。1.TLR3基因定位及其蛋白结构TLR3基因定位于染色体4q35上,全长为3029bp,主要有两种转录产物：4.0kb 和6.0kb的mRNA。TLR3基因共编码904个氨基酸。通过比较人类 TLR110 氨基酸的相似性、进化关系和亲

4、缘性，发现 TLR3和TLR7、TLR8、TLR9较相 近同其他TLR 一样，人类TLR3属于I型跨膜蛋白，由胞外区、跨膜区、胞内 区三部分组成。胞外区有23个富含亮氨酸重复序列和 N、C末端侧翼区，能够 识别不同的疾病相关分子模式。胞内区结构与白介素1受体1(I nterleuk in-1Receptor 1,IL-1R1)的胞内区相似，称为 TIL 区(TLR/IL-1 homologous region),和 胞内信号传导有关。胞外结构域含 15个假定的碳水化合物结合基序。最近的人 TLR3结构分析显示LRRs形成一个大马蹄形、螺线形结构，一面富含碳水化合 物，而另一面未被糖基化1.2。

5、TLR3分子排列成水晶二聚体，C端高保守区残 基和TLR3特有的LRR20位点插入物外观似大马蹄形1。Bell等阐明，TLR3 不含多聚糖面第20亮氨酸重复序列上H539、H541位点是结合配体、传导信号 的重要氨基酸3。两面的正电荷残基和碳水复合物成分与 TLR3的功能无关。在 既往研究基础上，Bell提出一个dsRNA诱导的对称受体交联模型4。研究表明， 当LRR缺失时TLR3C末端LRR20-LRR22受体的聚合、信号传导控制着。受体 胞内TIR区的重构对于TICAM-1的结合与活化很必要。然而，细胞外的受体间 的结合是如何诱导胞内TIR区的重构，目前尚不清楚。2.TLR3的配体TLR3

6、能够识别机体合成的dsRNA、人工合成的dsRNA类似物Polyl:C,说明 双TLR3活化起主要作用的是双链 RNA，而不是5'三磷酸根。TLR3主要表达 在细胞内，所以配体需要借助阳离子脂质体如 Lipofectin、DOTAP转染进入胞内。 dsRNA脂质体复合物到达内涵体，活化 TLR3。这样细菌总RNA以及体内转录 的ssRNA (不是哺乳动物富含的总 RNA)，能够活化表达TLR3的HEK293细胞 。使用修饰的RNA证实，双链RNA的核苷酸的修饰如甲基化能抑制 TLR3对 体内转录的ssRNA的识别。TLR3能识别未经过修饰的dsRNA。TLR3能否识别 来自正链或者负链

7、ssRNA病毒的病毒RNA，尚不清楚。有必要用裸细胞进行试 验，来确定TLR3的配体。3. TLR3介导的胞内信号传导通路髓样细胞分化因子 88(myelold differentiation factor,MyD88)，能和所有已知 的TLRs的TH结构域相互作用。TLR3识别病毒的dsRNA或PolyI:C后，通过 依赖或不依赖MyD88的信号通路，激活细胞内信号传导通路，诱导NF-k B、Ap-1、Elkl等转录因子的产生，调节免疫细胞因子的表达，介导天然免疫应答， 进而抵御病毒的感染。病毒 dsRNA或PolyI:C激活TLR3后，还能经由独立于 MyD88的信号通路激发NF- K B

8、和MAPK的活性，诱导树突状细胞的成熟。而 且在TLR3细胞内信号传导中，不依赖 MyD88的信号通路可能具有更重要的地 位，因为在MyD88缺失的巨噬细胞中PolyI:C也可诱导NF-K B和MAPK的激 活，且其活化程度与野生型巨噬细胞基本相同。在MyD88缺失的细胞中，TLR3依然能够诱导IFN- B的产生，这势必有其它相关分子的存在。Oshiumi H等人分 离鉴定了一种选择性的调节蛋白，指定其为具有TIR区域的调节分子 1(Toll-i nterleuk in 1 receptor domai n (TIR)-c on tai ning adaptor molecule, TICAM

9、-1)， 也叫TRIF。在PolyI:C的刺激下，TRIF与TLR3的TIR结构域物理性的结合， 诱导IFN- a、IFN- B的分泌；分泌的IFN- a、IFN- B又可通过其受体诱导 TLR3 的表达。IRF3的激活当dsRNA与TLR3结合，TLR3招募TIR接头分子 TRIF,TBK1 TANK (肿瘤坏死因子受体相关因子家族膜相关NF-kB激活剂)结合激酶1再被招募到TRIF氨基末端诱导IFR3激活。这一途径对于I型IFN的 产生极为重要。另一个与IRF3活化有关的分子是磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3kinase, PI3K)，TLR3在激活时其胞内区

10、的两个酪氨酸残基被磷酸化，PI3K则被有序地招募到这些磷酸化残基上，IRF3完全活化需 要此过程参与。4. TLR3在抗病毒感染的固有免疫中作用TLR3是最早发现能特异性地识别dsRNA的一种病原体相关分子模式识别受体。大多数病毒在其复制的同时就在启动dsRNA的合成，感染病毒的濒死细胞会释放dsRNA，这些dsRNA就会成为感染状况的预警指标，因此TLR3在抗病毒免疫反应中发挥着很重要的作用。TLR3的特异性配体是 dsRNA(double-stranded RNA)，RSV在复制和转录过程中可产生大量 dsRNA。 Groskreutz D.J.7等用RSV感染A549细胞和人支气管上皮细

11、胞发现，RSV可 上调 TLR3 和双链 RNA 依赖的蛋白激酶(dsRNAdependent proteinkinase PKR)， 上调TLR3mRNA、蛋白的表达量，且其在细胞膜上的分布量也增加。TLR3和dsRNA结合后，可经由MyD88依赖和非依赖两条途径来诱导NF- k B的激活，促进其转位进入细胞核内和DNA片段结合，启动相应的炎性因子和细胞因子的转录和翻译，如IL-8、IL-12、TNF a、IFN a等，从而引起抗病毒免疫反应， 抵抗病毒的进一步感染。RSV预感染的A549细胞和人支气管上皮细胞对poly(l:C)(人工合成的双链 RNA，模拟病毒感染)的反应性要比未作RSV

12、预处理的细胞强，NF- k B和IL-8的表达量升高更显著。这说明RSV感染后通过上调TLR3和其在细胞膜上的分布量，能提高宿主细胞对随后的病毒感染的 反应敏感性。Spann K.M.8等的研究结果显示，RSV的NS1蛋白和NS2蛋白 可通过干扰IRF-3的活化而阻断 TLR3和TLR4的MyD88非依赖途径的干 扰素产生，从而逃避宿主细胞的免疫清除作用。 而Rudd B.D.等人用等量的RSV 感染 TLR3转染的人胚肾(humanembryonic kidney，HEK) 293细胞(稳定表 达TLR3 )和媒介对照细胞发现，TLR3在RSV复制中没有作用。稳定表达 TLR3的 HEK29

13、3细胞中，活的 RSV诱导趋化因子CXCL10(ChemokineX-X-C motif ligand 10)、CCL5( Chemokine C-C motifligand 5)、CXCL8(Chemokine X-X-C motif ligand 8)等的表达具有时间和量的依赖性，用针对 TLR3表达的小 干扰性 RNA (siRNA )可以显著降低 CXCL10和CCL5的表达水平，而对 CXCL8的表达影响不大。而且RSV诱导CXCL8的表达是通过TLR3介导的 MyD88依赖途径，而诱导 CCL5则是通过 MyD88非依赖途径.RSV感染和病毒复制时可以上调 TLR3基因和蛋白的表达

14、。有研究表明， 在RSV感染宿主细胞不仅 TLR3的表达上调，而且在细胞膜上的分布量也增 加，提高了宿主细胞对随后的刺激因素(如病毒、细菌等感染)的反应敏感性9。 RSV感染后，TLR3与病毒复制和转录过程中形成的dsRNA结合，上调TLR3的表达而且其在细胞膜上的分布增加，并进一步与dsRNA结合，形成一种正反馈调节。5. 小结和展望TLR家族是从果蝇到人类进化中保留下来的高度保守的分子家族，在启动 宿主细胞对病毒的天然免疫和调节获得性免疫中发挥重要作用。RSV感染宿主细胞后，可通过不同的 TLRs和RSV不同的PAMPs特异性结合，启动依赖 MyD88和非依赖MyD88的信号转导途径，诱导

15、NF- k B的激活和核转位，调 控多种细胞因子、趋化因子、炎性因子等的转录和翻译，引起炎症反应，抵抗病 毒的进一步感染。而 RSV也可通过抑制TLRs的信号级联转导途径，抑制宿 主细胞产生干扰素，从而逃避宿主细胞的免疫防御反应。因此，研究并阐明呼吸道合胞病毒激活和抑制TLRs的胞内信号转导途径及机制，对RSV诱发的婴幼 儿毛细支气管炎、肺炎、哮喘等疾病的防治有着十分重要意义。多年来对RSV疫 苗研究进展缓慢，这一机制的研究提示我们在进行重组疫苗病毒时应考虑消除或 降低宿主免疫反应的破坏能力，随着研究的深入可能会给疫苗的研制提供新的思 路和策略。【参考文献】1 J. Choe,M.S. Kel

16、ker,I.A. Wilson,et al.Crystal structure of human Toll-like receptor 3(TLR3)ectodoma in ,Scie nee. 2005,309:581585.2 J.K. Bell,I. Botos,P.R. Hall,et al,The molecular structure of the Toll-like receptor 3 liga nd-b indin gdoma in .Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 2005,102:1097610980.3 J.K. Bell, J. Aski n

17、s,P.R. Hall,et al.The dsRNA bin di ng site of human Toll-like receptor 3.Proc.Natl.Acad.Sci.USA .2006,103 :8792七7974 N.J. Gay,M. Gangloff,A.N.R. Weber,et al .Toll-like receptors as molecular switches.Nat. Rev.Immu nol.2006,6:693698. Groskreutz DJ, Monick MM, Powers LS, Yarovi nsky TO, Look DC, Hu nn

18、in ghake GW. Respiratory syn cytial virus in duces TLR3 protein and protein kin ase R, leadi ng to in creased double-stra nded RNA resp on sive ness in airway epithelial cells. J Immu nol, 2006; 176(3):1733-1740.6 Spa nn KM, Tran KC, Chi B, et al. Suppressio n of the in ductio n of alpha, beta, and lambda in terfero ns by the NS1 and