TLRs介导的RNA病毒识别及固有免疫应答解析

1、TLRs介导的RNA病毒识别及固有免疫应答摘要固有免疫(innateimmunity)又称非特异性免疫(nonspecificimmunity)，是人体抵抗外来生物入侵的第一道防线。与适应性免疫相比，固有免疫具有作用范围广、反应出现快、参与反应的免疫细胞多、相对稳定性和遗传性等特点。近年来，固有免疫在分子水平上的识别及调控机制越来越受到关注。哺乳动物的固有免疫识别及调控主要通过一系列的模式识别受体(patternrecognitionreceptor，PRR)识别病原微生物上表达的保守的病原体相关分子模式(pathogenassociatedmolecularpattern，PAMP)来实现，

2、这种形式让机体不但可以发现入侵的病原体，而且能够识别其类型，并通过一系列信号途径活化效应分子，识别自我与非我，激活与调控固有免疫应答，并且相互协同或互相调节以形成调控网络，从而控制并清除病原体，在固有免疫中发挥独特的功能。本文主要介绍TLRs介导的宿主细胞对RNA病毒感染的识别以及固有免疫应答。关键字固有免疫；模式识别受体；RNA病毒；TLRsAbstractInnateimmunity,alsoknownasnonspecificimmunity,isthefirstdefenseagainstthepathogeninvasion.Comparedwithadaptiveimmunity,

3、therearelotsofcharacteristicsofinnateimmunitysuchasthewiderangeofeffects,rapidreaction,moreimmunecellsinvolvedinthereaction.Inrecentyears,themolecularmechanismoftherecognitionandregulationininnateimmunityhasreceivedmoreandmoreattention.Theinnateimmunerecognitionandregulationofmammalianspeciesisachie

4、vedbyaseriesofpatternrecognitionreceptors(PRRs)thatrecognizethepathogenassociatedmolecularpattern(PAMPs)expressedonpathogenicmicroorganisms,whichcannotonlyhelpthebodyfindtheinvasionofpathogens,butalsoidentifyitstype.Inthiswaythebodycanidentifyselfandnon-selfandactivatetheinnateimmuneresponse,removin

5、gpathogens.Inthispaper,wepaymainlyattentionontherecognitionofhostcellsforRNAvirusinfectionmediatedbyTLRsandtheinnateimmuneresponseinduced.Keywordsinnateimmune;PAMPs;PRRs;RNAvirus;TLRs;RLRs;NLRsPRRs对PAMP的识别可以明显上调参与炎症反应的基因的转录。这些基因主要编码炎性细胞因子(趋化因子)、I型干扰素(IFNI)、和抗菌蛋白等。I型干扰素(IFN-a和IFN-P)的产生在抗病毒应答反应中起着关键作用

6、，它可以诱导影响蛋白质合成，生长调节以及细胞凋亡的基因的表达，同时可以加快树突状细胞的成熟、增强自然杀伤细胞的细胞毒性以及促进病毒特异性的T淋巴细胞分化成熟，从而引发机体适应性免疫应答。1宿主PRRs可以识别的病毒PAMPs包括基因组DNA、单链RNA(ss-RNA)、双链RNA(dsRNA)、5末端三磷酸化的RNA和病毒蛋白。与RNA病毒感染识别有关的PRRs有三类：Toll样受体(Toll-likereceptors,TLRs)、维甲酸诱导基因I样受体(Retinoicacid-induciblegeneI(RIG-I)-likereceptors,RLRs)和核苷酸结合寡聚化结构域样受体

7、(Pucleotide-bindingoligomerizationdomain(NOD)-likereceptors，NLRs)2-7。Toll-likeReceptorsToll样受体是第一个被发现的具有模式识别功能的蛋白。20世纪90年代，德国科学家在描述果蝇胚胎中决定胚胎被腹轴线发育的一组基因时首先用到Toll一词，该基因在果蝇胚胎发育过程中会造成轴线发育不良。后来，相继有人发现Toll与抗菌肽的生成以及防止真菌感染有关，从此，揭开了Toll样受体作为模式识别受体研究的序幕。在结构上，TLRs属于I型跨膜蛋白，分布于细胞表面和胞内体膜上,其胞膜外区有含亮氨酸富集重复(Leucine-r

8、ichrepeats，LLR)(Fig.l),该区是TLRs识别PAMPs的部位，胞内区有一与人白细胞介素1受体(IL-1R)胞内区结构相似的TIR(Toll/IL1receptorhomologousregion,TIR)功能区，该部位是TLRs活化后招募接头分子并向下游传递信号的功能结构域。8人类TLR多基因家族包括10个成员，其中与RNA病毒识别有关的主要是TLR2、TLR3、TLR4、TLR7和TLR8。在这几种TLRs中，TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6主要分布于细胞膜的表面，识别微生物膜上的组成成分并招募下游分子，将信号传递至细胞内；而TLR3、TLR7、TLR8、

9、TLR9主要分布于细胞内部胞内体的膜上，例如内质网、核内体、溶酶体等，识别病原体内的核酸成分15当病毒颗粒通过胞吞作用进入细胞并释放基因组RNA后，就会被这几种TLRs识别并引发下游免疫应答。职毎也M茂字列UR谢黑脐肱酰临船狀ips粧壬亲11RlILR2ILR2ILR6ILR4TI商TlW.7CpGDXATI.R9*KNArtkJsKNA|recepLir参与固有免疫中RNA病毒识别的TLRsTLR2.Toll样受体2(TLR2)与多数能够识别病毒侵入的PRRs不同，因为其不能识别核酸序列，而是识别病毒糖蛋白。TLR2特异性表达在大多免疫细胞的细胞表面。据报道，TLR2可以和共同受体TLR1或

10、TLR6形成异二聚体，并识别病毒体组分，例如病毒包膜糖蛋白多肽序列。因此，有证据表明TLR2能够识别麻疹病毒的血凝素蛋白(HA)，并能够启动对淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)感染的免疫反应16。通过对丙型肝炎病毒(HCV)核心蛋白和非结构蛋白3(NS3)的检测发现，TLR2还与HCV诱导的炎症反应相关17。TLR3Toll样受体3(TLR3)能够识别dsRNA。dsRNA可以构成某些RNA病毒基因组，如轮状病毒(呼肠孤病毒)，同时是ssRNA病毒的复制中间体。TLR3定位于巨噬细胞、B淋巴细胞和cDC细胞的胞内区室，并且在NK细胞、上皮细胞和成纤维细胞的细胞膜表面和细胞内都有TLR3的表

11、达18。TLR4.Toll样受体4（TLR4）可以通过识别呼吸道合胞病毒（RSV）的融合蛋白参与人类细胞中对RNA病毒的抗病毒防御，并且TLR4可以识别小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）和鼠白血病病毒（MuLV）的包膜（Env）蛋白，随后可以促进DC细胞的成熟和促炎症细胞因子的表达19。TLR7/TRL8.TLR7和TLR8在结构上极为相似并且都存在于细胞内噬体的内膜上。TLR7也主要分布于浆细胞样树突状细胞，可以识别来自RNA病毒的富含鸟苷和尿苷的ssRNA寡核苷酸序列20-25。有研究表明，TLR7也可以识别小干扰RNA（shortinterferingRNAs,siRNA）。TLR8是在系统发

12、育和功能上与TLR7最为密切相关的，它同样能够识别ssRNA。表1TLRs识别的RNA病毒及其配体（摘自S0renJensen，2012）ReceptorVirusLigandTLR7InfluenzaAvirusssRNAVesicularstomatitisvirusssRNAHumanimmunodeficiencyvirusssRNADenguevirusssRNASendaivirusssRNALactatedehydrogenase-elevatingvirusssRNAMousemammarytumorvirusssRNAMurineleukemiavirusssRNATLR8H

13、umanimmunodeficiencyvirusssRNATLR3ReoviridaedsRNARespiratorysyncytialvirusdsRNAWestNilevirusdsRNACoxsackievirusB3dsRNAPoliovirusdsRNAInfluenzaAvirusdsRNAPuntaTorovirusdsRNATLR2MeaslesvirusHALymphocyticchoriomeningitisvirusUnkownHepatitisCvirusCoreprotein/NS3TLR4RespiratorysyncytialvirusFusionprotein

14、CoxsackievirusB4UnkownMousemammarytumorvirusEnvelopeproteinMurineleukemiavirusEnvelopeproteinTLRs介导的信号通路TLRs识别抗原刺激介导的信号通路主要可以激活三个信号通路：丝裂原激活蛋白酶(mitogen-activatedproteinkinases,MAPKs)、干扰素调节因子(interferonregulatoryfactors,IRFs)和核因子kB(nuclearfactorkappa-light-chain-enhancerofactivatedBcells,NF-kB)。其中，IFR

15、3/IFR7会继续诱导I型干扰素的产生，MAPKs可以激活活化蛋白1(AP-1,个可以激活c-JUN的异源二聚体转录因子),AP-1和NF-kB一起诱导炎症相关基因和适应性免疫激活基因的表达,包括IL-邛、IL-18、肿瘤坏死因子(Tumornecrosisfactor,TNF)。目前，大家主要将TLR信号通路分为2个途径:一个是可以诱导炎症和刺激细胞因子产生的MyD88依赖途径，另一个则是产生IFN-I和调节树突状细胞成熟的MyD88非依赖途径。对大多数TLRs而言，MyD88依赖的信号通路最为重要，其参与了除TLR3之外所有TLRs介导的信号转导。当病原体入侵机体时，TLRs被激活,使TL

16、Rs中的TIR结构域被髓样分化因子88(myeloiddifferentiationfactor88，MyD88)识别，形成MyD88-TLR复合体，从而激活下游的IL1受体相关激酶(IL1receptor-associatedkinase，IRAK)，随后IRAK1会离开MyD88-TLR复合体，去与肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNFreceptorassociationfactor6，TRAF6)结合，介导NF-kB和MAPKs的活性，从而释放TNF-a、IL1、IL12等促炎因子。而IRAK1的活化则受到Tollip蛋白TLR1TLR2TLR2TLR6TLR5TLR4TRAMFYD88T

17、IRAPTIRTIRTIRAPIRF-7(anti-Tollinteractingprotein)和IRAK-M的抑制，来调节机体固有免疫应答反应(Fig.l)ll。对于MyD88非依赖的途径来说，主要通过募集卩干扰素TIR结构域接头蛋白(TIR-domain-containingadaptorinducinginterferon-卩，TRIF)，导致NF-kB和干扰素调节因子3(interferonregulatoryfactor3，IRF3)通路的活化，诱导IFN-I和炎症因子的释放。例如TLR4被内吞后转移到胞内，与转位链相关膜蛋白(translocatingchain-associat

18、edmembraneprotein，TRAM)和TRIF形成复合物，而后募集肿瘤坏死因子受体作用因子3(TNFreceptor-associtedfactorInflamniatorycytokinesTNFa.ILGJILJLdaChemokinesInflammatorycytokinesNllCleUSTNFa.lL-6fIL.IL-12Chemokines3，TRAF3)和蛋白激酶TBK1(tankbindingkinase1)，从而导致IFN-I的表达(Fig.2)12。TRAM-TRIF还可以募集TRAF6和TAK1(TGF-activatedkinasel)，来调节NF-kB和M

19、APK后期活性。对TLR9来说，其主要表达在浆细胞样树突细胞(plasmacytoidDCs，pDCs)内，通过定位于不同的细胞器来激活两条不同的信号通路13。Fig.2TLR信号通路：(摘自SasaiM,2010)通过各自的配体激活TLRs,随后接头分子MYD88,TIRAP,TRIF以及TRAM被募集然后进一步激活激酶TAK1,MAOKs,TRAF3,TBK1,以及IKKs,导致了转录因子AP-1,NF-kB,IRF3或者IRF7转录因子的核定位，随后激活干扰素和促炎症因子的转录。结语自20世纪90年代以来,有关机体固有免疫的研究取得了巨大进展,特别是固有免疫识别受体和病原相关分子模式的发

20、现、鉴定及其概念的提出意义重大。这使得人们对固有免疫的认识发生了巨大改变。在这一过程中,病毒这一重要的病原微生物的模式识别受体也得到了深入广泛的研究。虽然近些年来,我们对于病毒固有免疫识别受体已经有了一个比较全面和深入的了解,但是我们依然应该看到当前这方面还存在的一些问题。如病毒的有些模式分子在正常细胞中也存在,那么这些受体是通过怎样的精细方式对之加以区别?此外,有些病毒,如流感病毒,它感染细胞以后横穿胞质而过进入细胞核,在那里完成其脱壳与复制等一系列生物学过程,但是细胞核中并不存在如前文所述的那些识别受体,那么机体是如何对这些病毒进行识别是这一领域科学家一直在探索的问题。最后,我们对于很多当

21、前威胁人类和动物健康的病毒的固有免疫识别受体还知之甚少。所以进一步深入细致研究病毒固有免疫识别受体的作用机制对于我们为治疗病毒性疾病设计相关的药物和疫苗研制指明方向,也将增进我们对于各种病毒致病机制的认识。参考文献：JensenS,ThomsenAR.SensingofRNAViruses:aReviewofInnateImmuneReceptorsInvolvedinRecognizingRNAVirusInvasion.JVirol.2012Mar;86(6):2900-10.MedzhitovRApproachingtheasymptote:20yearslaterImmunity.20

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23、，KimT，BaoM，etalDDX1,DDX21,andDHX36helicasesformacomplexwiththeadaptormoleculeTRIFtosensedsRNAindendriticcellsImmunity.2011Jun24;34(6):866-78.BurdetteDL，MonroeKM，Sotelo-TrohaK，etalSTINGisadirectinnateimmunesensorofcyclicdi-GMPNature.2011Sep25;478(7370):515-8.TakeuchiO,AkiraS.PatternRecognitionRecepto

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