课件：天然免疫系统的受体——马静.ppt

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,-,引 言,TLRs的发现与结构,TLR的研究意义及展望,几种重要的Toll样受体及其功能,目 录,前言 Toll样受体,Toll样受体的分类与分布,引 言,NOD1、NOD2 与 Toll 样受体的相关性,NOD受体和人类疾病,NLRs的结构,NOD受体的研究进展,NOD1和NOD2 的识别作用,NOD样受体,-,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。,-,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。,2019,-,4,二、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)。,-,结构,所有Toll同源分子都是型跨膜蛋白质，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550980个氨基酸残基组成,其中含有1831个富含亮氨酸的重复序列(leucine-rich 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IL-1R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。,2019,-,6,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、淋巴细胞、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)。,三、Toll样受体的分类与分布,-,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。,-,TLR2,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。,TLR2识别谱较广，可识别大部分现已发现的PAMP结构。,-,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-B)信号通路,后者活化NF-B和干扰素调节因子-3(IFN-regulated factor-3, 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(PI3K-AKT)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TLR4MyD88PI3KAKTNF-B信号通路。,-,LPS-TLR4信号转导通路,髓样分化因子88,脂多糖,LPS受体,脂多糖的递呈分子,核因子,干扰素调节因子,肿瘤坏死因子相关因子6,髓样分化蛋白,磷脂酰肌醇-3激酶,蛋白激酶,-,TLR5,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-B的核酸置换及有丝分裂原蛋白激酶,最终释放前炎性因子。,细菌的鞭毛蛋白是TLR5的天然配体,-,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。,2019,-,13,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,2019,-,15,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，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。,-,五、 TLR的研究意义及展望,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的理论依据。,意义,2019,-,17,TLR家族新成员的发现及其结构与功能的阐明； 新的TLR配体的不断挖掘； TLR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； 新TLR信号通路的发现； TLR家族成员之间功能的互相联系与作用； 有关TLR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，主要有以下几个方面：,展望,-,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。,2019,-,19,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个特征性结构域: 1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; 1个中心的核苷酸结合的寡聚结构域(nucleotide-binding ol-igomerization domain,NOD),也称为NACHT结构域; 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-of-apoptosis-repeats, BIR)的属于NAIP。 其中,NOD1有1个CARD结构域而NOD2有2个。,-,NOD1和NOD2 的识别作用,到目前为止, 确定的哺乳动物的NLR有23种,其中最具代表性的是NOD1和NOD2(又分别称为CARD4和CARD15)。 NOD1 和 NOD2 是凋亡调节因子 Ced4Apaf1 家族中最先被发现的成员， 是 2 个重要的蛋白受体，属于胞浆蛋白质 NOD 样受体（NODlike receptors，NLR）家族，在先天免疫中发挥重要作用。 NOD1 和NOD2 的刺激能够导致 NFB 的激活，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。 NOD1和NOD2可识别细菌细胞壁中的脂多糖和肽聚糖,并依靠其CARD（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用蛋白2 (RIP2),从而使丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)和核转录因子-B (nuclear factor-B,NF-B)活化。活化的NF-B可结合许多蛋白质基因的启动子和增强子部位的B序列,从而诱导细胞因子、生长因子、急性期蛋白、趋化因子、免疫受体和转录因子等多种物质的表达。,-,NOD1和NOD2 的识别作用,NOD1蛋白的配体是-D-谷氨酸-meso-二氨基庚二酸(-D-glu-meso-DAP)；NOD2的配体是胞壁酸二肽(MurNAc-L-Ala-D-soGln,MDP)。 与配体结合后,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IB,从而激活转录因子NF-B,介导炎症介质的表达。NOD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。,NOD2 的信号转导通路,MDP-NOD2-RIP2-IKK-NF-B-靶基因 MDP-NOD2-RIP2-MAPK-JNK/Erk/p38-靶基因 MDP-NOD2-Caspase-1-靶基因,-,NLR信号转导通路及TLR和NLR的交互作用,-,NOD受体的研究进展,NOD1真核表达质粒的构建及表达：构建了重组质粒pflag-NOD1,在细胞中表达NOD1后能够提高NF-B转录的生物活性。,-,NOD受体和人类疾病,对NOD受体在先天免疫中的重要性的认识通过发现NOD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。NOD1和NOD2的突变与炎症性黏膜屏障疾病有关。NOD1的突变还与哮喘和炎症性肠病的易感性增加有关。 NOD2基因在编码NOD和LRR结构域的突变与一系列炎症性疾病有关,这些炎症性疾病的特点是肉芽肿性炎症,如Crohns病（又称局限性肠炎、节段性肠炎或肉芽肿性小肠结肠炎）、Blau综合征（儿童肉芽肿性关节炎）和早发的伯克氏肉样瘤病。,-,NOD1、NOD2 与 Toll 样受体的相关性,NOD样受体和Toll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,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。 有研究证明，在宿主应答细菌的过程中，NOD1、NOD2连同Toll样受体（Tolllike receptors，TLR）共同发挥作用，产生炎症反应细菌活素类和抗菌剂。在TLR耐受的巨