天然免疫系统的受体——马静

1、汇汇 报报 人：马人：马 静静指导教师：宋铭忻指导教师：宋铭忻 教授教授引引 言言TLRs的发现与结构的发现与结构 TLR的研究意义及展望的研究意义及展望 几种重要的几种重要的Toll样受体及其功能样受体及其功能目目 录录前言前言Toll样受体样受体 Toll样受体的分类与分布样受体的分类与分布引引 言言NOD1、NOD2 与与 Toll 样受体的相关性样受体的相关性NOD受体和人类疾病受体和人类疾病NLRs的结构的结构NOD受体的研究进展受体的研究进展NOD1和和NOD2 的识别作用的识别作用NOD样受体样受体前 言l 天然免疫系统存在于所有多细胞动物中天然免疫系统存在于所有多细胞动物中,是

2、机体最古老的抗感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模式识别受体式识别受体(pattern-recognition receptors, PRRs)感知感知病原体关病原体关联的分子模式联的分子模式(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。宿主的的PRR

3、s感知病原体的感知病原体的PAMPs后后,迅速激活一系列信号转导通路迅速激活一系列信号转导通路,启动宿主的防御反应启动宿主的防御反应,引起炎症和对感染的抵抗。引起炎症和对感染的抵抗。l 哺乳动物主要具有两类哺乳动物主要具有两类PRR：一类是膜结合受体一类是膜结合受体,如如Toll样受体样受体(Toll like recep-tors,TLRs),另一类是细胞内的模式识别受体另一类是细胞内的模式识别受体,包包括具有括具有核苷酸结合寡聚域核苷酸结合寡聚域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)的的NOD样受体样受体(NLR)和具有螺旋酶结构域的

4、抗病和具有螺旋酶结构域的抗病毒蛋白毒蛋白RIG-1和和MDA5。l TLR和和NOD受体受体 ，是是信号转导受体信号转导受体，它们具有完整的传递从，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。识别病原体信号到引起特定的下游效应信号的能力。Toll样受体样受体一、引言一、引言Toll样受体（样受体（Toll-like receptors, TLRs）是参与）是参与非特异性免疫（天然免疫）的一类重要蛋白质非特异性免疫（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分子，也是连接非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。桥梁。TLR是单个的跨膜非催化性蛋白质，可是单个

5、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。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，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，对启动固有免疫。因此，对TLR研究是深入认识研究是深入认识固有免疫的关键环节和重要基础。固有免疫的关键环节和重要基础。 结构结构l 所有所有TollToll同源分子都是型跨膜蛋白质，可分为胞外区、同源分子都是型跨膜蛋白质，可分为胞外区、跨

6、膜区和胞浆区三部分。跨膜区和胞浆区三部分。l 人人TollToll样受体胞膜外区由样受体胞膜外区由550550980980个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成, ,其中含有其中含有18183131个富含亮氨酸的重复序列个富含亮氨酸的重复序列( (leucineleucine- -rich rich repeat,LRRrepeat,LRR),),并且都含有并且都含有3 3个胞外段辅助蛋白即个胞外段辅助蛋白即MD1MD1、MD2MD2和和RP105RP105，参与对疾病相关分子模式（，参与对疾病相关分子模式（PAMPPAMP）的识别，该区域变异性大。的识别，该区域变异性大。l 人人TLRsTLRs胞

7、浆区由胞浆区由200200个以上的氨基酸残基组成，与个以上的氨基酸残基组成，与IL-1RIL-1R家族成员胞浆区高度同源，该区称为家族成员胞浆区高度同源，该区称为Toll/IL-1RToll/IL-1R同源区同源区(TIR)(TIR)，因此，因此TLRTLR分子也属于分子也属于IL-1RIL-1R超家族的成员。超家族的成员。l 与胞浆区相比与胞浆区相比,TLR,TLR的膜外区的膜外区LRRLRR序列更为多变序列更为多变, ,与宿主对与宿主对感染反应的特异性有关。感染反应的特异性有关。TLR是重要的是重要的PPR识识 别别PAMPu 病原体病原体(细菌、病毒、真菌和寄生虫等细菌、病毒、真菌和寄生

8、虫等)在漫长进化过程中一直保留着部在漫长进化过程中一直保留着部分结构成分分结构成分,这种结构被称作病原相关的分子模式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识别的病原体编码的PAMPs配体有配体有3类：类：脂类和脂肽（脂类和脂肽（TLR2/TLR1， TLR2/TLR6， TLR4）、核酸（）、核酸（TLR3， TLR7， TLR8， TLR9）、蛋白（）、蛋白（TLR5和小鼠的和小鼠的TLR11）。）。u 机体通过天然免疫识别分子即模式识别受体机体通过天然免疫识别分子即模式识别受

9、体(pattern recognition receptor,PRR)识别识别PAMPs来发现病原体的存在。来发现病原体的存在。u TLR家族具有家族具有PRR的功能的功能,TLR通过识别通过识别PAMPs构成了机体抗感染的第构成了机体抗感染的第一道防线一道防线,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,同时又与免疫同时又与免疫耐受以及一些疾病具有相关性耐受以及一些疾病具有相关性。u 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、热激蛋白酸酶、热激蛋白HSP60、HSP70

10、和和GP96、纤维蛋白原、细胞外基质和纤维、纤维蛋白原、细胞外基质和纤维连接蛋白等。外源性配体连接蛋白等。外源性配体(PAMPs)成分复杂成分复杂,不同的不同的TLR识别不同的外源性识别不同的外源性配体。配体。TLR2识别谱较广，可识别大部分现已发现的识别谱较广，可识别大部分现已发现的PAMP结构。结构。髓样分化因子髓样分化因子88脂多糖脂多糖LPS受体受体脂多糖的递呈分子脂多糖的递呈分子核因子核因子干扰素调节因子干扰素调节因子肿瘤坏死因子相关肿瘤坏死因子相关因子因子6髓样分化蛋白髓样分化蛋白磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-3激酶激酶蛋白激酶蛋白激酶细菌的鞭毛蛋白是细菌的鞭毛蛋白是TLR5的天然配体的天

11、然配体其他其他Toll样受体样受体 TLR3TLR3可能参与了对双链可能参与了对双链RNARNA病毒的识别。病毒的识别。 TLR6TLR6主要识别细菌的肽聚糖和脂肽。主要识别细菌的肽聚糖和脂肽。 TLR7TLR7可能与咪唑喹啉的识别有关。可能与咪唑喹啉的识别有关。 TLR9TLR9识别非甲基化识别非甲基化CpGCpG。Toll样受体免疫学功能样受体免疫学功能 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 五、五、 TLR的研究意义及展望的研究

12、意义及展望 u TLR作为一种模式识别受体作为一种模式识别受体,不仅在天然免疫中起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。接点，并影响获得性免疫。u 对对TLRs家族的研究家族的研究,可为阐明天然免疫及炎症机制，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点提供思路及为新型疫苗和免疫调节剂的研发提供新的理论依据。的理论依据。 意义意义TLR家族新成员的发现及其结构与功能的阐明；家族

13、新成员的发现及其结构与功能的阐明；新的新的TLR配体的不断挖掘；配体的不断挖掘；TLR在物种、组织、细胞的新分布；在物种、组织、细胞的新分布；TLR与细胞吞噬和细胞凋亡的调节；与细胞吞噬和细胞凋亡的调节；新新TLR信号通路的发现；信号通路的发现；TLR家族成员之间功能的互相联系与作用；家族成员之间功能的互相联系与作用；有关有关TLR药物与疫苗的研制与开发等。药物与疫苗的研制与开发等。 TLR仍为免疫研究热点，今后需要研究内容众多，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：主要有以下几个方面：展望展望NOD样受体样受体引引 言言l NOD样受体（样受体（ NLRs ）是存在于）

14、是存在于细胞内细胞内的模式识别的模式识别受体。受体。NOD样受体是一类在遗传上高度保守的蛋白样受体是一类在遗传上高度保守的蛋白质家族质家族,广泛存在于植物、线虫、脊椎动物和人类细广泛存在于植物、线虫、脊椎动物和人类细胞内胞内。NLRs 能在许多不同类型的细胞中表达，其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。胞（巨噬细胞和中性粒细胞）中表达。l NLRs主要具有两个亚类主要具有两个亚类:NOD家族和家族和NALP (NACHT-LRR-PYD-Containing protein)家

15、族。家族。NOD受体的结构受体的结构uNLR属于胞内模式识别受体属于胞内模式识别受体, NOD受体共同特点是具有受体共同特点是具有3个个特征性结构域特征性结构域: 1个个C-末端富含亮氨酸的重复结构域末端富含亮氨酸的重复结构域( leu-cine-rich repea,t LRR),涉及配体的识别涉及配体的识别; 1个中心的核苷酸结合的寡聚结构域个中心的核苷酸结合的寡聚结构域(nucleotide-binding ol-igomerization domain,NOD),也称为也称为NACHT结构域结构域; 以及以及1个个N-末端蛋白末端蛋白-蛋白相互作用的结构域蛋白相互作用的结构域,如半胱天

16、冬酶如半胱天冬酶激活和聚集结构域激活和聚集结构域(caspase activationand recruitmentdomain, CARD)。u目前确定的哺乳动物的目前确定的哺乳动物的NLR有有23种种,根据效应域的不同进行分根据效应域的不同进行分类类：N端为胱冬酶募集域端为胱冬酶募集域(caspase recruitment domain, CARD)的属于的属于NOD蛋白蛋白; N端为端为Pyrin域的属于域的属于NALP (nachtodomain, leukin-rich repeat and pyrin domain-containing protein);效应效应域为杆状病毒细胞

17、凋亡抑制蛋白域为杆状病毒细胞凋亡抑制蛋白(baculovirus-inhibitor-of-apoptosis-repeats, BIR)的属于的属于NAIP。u其中其中,NOD1有有1个个CARD结构域而结构域而NOD2有有2个。个。NOD1和和NOD2 的识别作用的识别作用l 到目前为止到目前为止, 确定的哺乳动物的确定的哺乳动物的NLR有有23种种,其中最具代表性其中最具代表性的是的是NOD1和和NOD2(又分别称为又分别称为CARD4和和CARD15)。l NOD1 和和 NOD2 是凋亡调节因子是凋亡调节因子 Ced4Apaf1 家族中最家族中最先被发现的成员，先被发现的成员， 是是

18、 2 个重要的蛋白受体，属于胞浆蛋白个重要的蛋白受体，属于胞浆蛋白质质 NOD 样受体（样受体（NODlike receptors，NLR）家族，在）家族，在先天免疫中发挥重要作用。先天免疫中发挥重要作用。 NOD1 和和NOD2 的刺激能够导的刺激能够导致致 NFB 的激活，的激活，能够启动先天免疫和获得性免疫反应能够启动先天免疫和获得性免疫反应中许多基因的复制与表达，释放抗菌肽和相关的炎症因子。中许多基因的复制与表达，释放抗菌肽和相关的炎症因子。l NOD1和和NOD2可识别细菌细胞壁中的脂多糖和肽聚糖可识别细菌细胞壁中的脂多糖和肽聚糖,并依并依靠其靠其CARD（胱冬酶募集域）募集受体相互

19、作用蛋白激酶（胱冬酶募集域）募集受体相互作用蛋白激酶(receptor interacting protein,RIP)家族成员中的受体相互作家族成员中的受体相互作用蛋白用蛋白2 (RIP2),从而使丝裂原活化蛋白激酶从而使丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)和核转录因子和核转录因子-B (nuclear factor-B,NF-B)活化。活化的活化。活化的NF-B可结合许多可结合许多蛋白质基因的启动子和增强子部位的蛋白质基因的启动子和增强子部位的B序列序列,从而诱导细胞从而诱导细胞因子、生长因子、急性期蛋白、趋化因子、免疫受体

20、和转因子、生长因子、急性期蛋白、趋化因子、免疫受体和转录因子等多种物质的表达。录因子等多种物质的表达。NOD1和和NOD2 的识别作用的识别作用l NOD1蛋白的配体是蛋白的配体是-D-谷氨酸谷氨酸-meso-二氨基庚二酸二氨基庚二酸(-D-glu-meso-DAP)；NOD2的配体是胞壁酸二肽的配体是胞壁酸二肽(MurNAc-L-Ala-D-soGln,MDP)。l 与配体结合后与配体结合后,蛋白与下游的受体作用蛋白蛋白与下游的受体作用蛋白2(receptor inter-acting protein 2, RIP2)相互作用磷酸化相互作用磷酸化IB,从而激活转录因子从而激活转录因子NF-B

21、,介导炎症介质的表达。介导炎症介质的表达。NOD蛋白还能够作用于胱冬酶蛋白还能够作用于胱冬酶,介导细胞凋亡或相应细胞因子的表达。介导细胞凋亡或相应细胞因子的表达。NOD2 的信号转导通路的信号转导通路lMDP-NOD2-RIP2-IKK-NF-B-靶基因lMDP-NOD2-RIP2-MAPK-JNK/Erk/p38-靶基因lMDP-NOD2-Caspase-1-靶基因NLR信号转导通路及信号转导通路及TLR和和NLR的交互作用的交互作用 NOD受体的研究进展受体的研究进展lNOD1NOD1真核表达质粒的构建及表达：构真核表达质粒的构建及表达：构建了重组质粒建了重组质粒pflag-NOD1,pf

22、lag-NOD1,在细胞中表在细胞中表达达NOD1NOD1后能够提高后能够提高NF-NF-BB转录的生物转录的生物活性。活性。NOD受体和人类疾病受体和人类疾病o 对对NODNOD受体在先天免疫中的重要性的认识通过发现受体在先天免疫中的重要性的认识通过发现NODNOD受体突变与人类某些免疫性疾病的发生有关得受体突变与人类某些免疫性疾病的发生有关得到进一步加深。到进一步加深。NOD1NOD1和和NOD2NOD2的突变与炎症性黏膜屏的突变与炎症性黏膜屏障疾病有关。障疾病有关。NOD1NOD1的突变还与哮喘和炎症性肠病的的突变还与哮喘和炎症性肠病的易感性增加有关。易感性增加有关。o NOD2NOD2

23、基因在编码基因在编码NODNOD和和LRRLRR结构域的突变与一系列炎结构域的突变与一系列炎症性疾病有关症性疾病有关, ,这些炎症性疾病的特点是肉芽肿性这些炎症性疾病的特点是肉芽肿性炎症炎症, ,如如CrohnsCrohns病（又称局限性肠炎、节段性肠炎病（又称局限性肠炎、节段性肠炎或肉芽肿性小肠结肠炎）、或肉芽肿性小肠结肠炎）、BlauBlau综合征（儿童肉芽综合征（儿童肉芽肿性关节炎）和早发的伯克氏肉样瘤病。肿性关节炎）和早发的伯克氏肉样瘤病。NOD1、NOD2 与与 Toll 样受体的相关性样受体的相关性lNOD样受体和样受体和Toll样受体它们不仅能各自通过信号转导产生样受体它们不仅能各自通过信号转导产生级联反应来刺激不同的效应分子的表达级联反应来刺激不同的效应分子的表达,其共同作用在炎症过其共同作用在炎症过程和多种疾病的发生发展中也至关重要。程和多种疾病的发生发展中也至关重要。l有研究证明，在宿主应答细菌的过程中，有研究证明，在宿主应答细菌的过程中，NOD1、NOD2连连同同Toll样受体（样受体（Tolllike receptors，TLR）共同发挥作用，产）共同发挥作用，产生炎症反应细菌活素类和抗菌剂。在生炎症反应细菌活素类和抗菌剂。在TLR耐受的巨噬细胞中，耐受的巨噬细胞中，NOD1和和NOD2能立即启动免疫应答