Toll样受体

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Toll样受体(Toll-like Receptors,TLRs)是 固有免疫 系统中研究最深入、最经典的一类 模式识别受体 (PRRs)。它们属于 I 型跨膜蛋白家族,在人类中包含 10 个成员(TLR1-10)。TLRs 的核心功能是识别病原体表面高度保守的分子结构——病原体相关分子模式 (PAMPs)(如细菌的 脂多糖、病毒的 双链RNA)。一旦结合配体,TLRs 会招募胞内接头蛋白(如 MyD88TRIF),激活下游的 NF-κB通路干扰素调节因子,启动炎症风暴和抗病毒反应。2011 年诺贝尔生理学或医学奖被授予 TLRs 的发现者,以表彰其揭示了固有免疫激活的关键机制。

Toll样受体
Toll-like Receptors (点击展开)
固有免疫的哨兵
分子属性
中文全称 Toll样受体
家族成员 10种 (人), 12种 (鼠)
结构特征 LRR结构域 + TIR结构域
主要配体 LPS, 核酸, 鞭毛蛋白
信号转导
核心接头 MyD88, TRIF
下游效应 炎症反应, I型干扰素
分布位置 细胞膜 / 内体
相关奖项 2011 诺贝尔奖

发现史:来自果蝇的惊叹

TLR 的故事始于 果蝇 (Drosophila)。1985 年,Christiane Nüsslein-Volhard 发现了一个控制果蝇背腹发育的基因,突变后导致畸形,她惊叹道:“Das ist ja toll!”(这太疯狂/太棒了!),因此将其命名为 Toll基因
1996 年,Jules Hoffmann 发现 Toll 基因同时负责果蝇的抗真菌免疫。随后,Charles Janeway 和 Ruslan Medzhitov 发现了人类同源物(即后来的 TLR4),Bruce Beutler 最终证实 TLR4 是长期寻找的 内毒素 (LPS) 受体。这一系列发现彻底改变了免疫学界“以淋巴细胞为中心”的传统观念。

家族成员:膜表面与内体的分工

TLRs 依据其在细胞中的定位分为两大类,分别监控胞外和胞内的病原体。


受体 定位 识别配体 (PAMPs)
TLR4 细胞膜 革兰氏阴性菌的 脂多糖 (LPS)。需辅助分子 MD-2 和 CD14。
TLR2 细胞膜 革兰氏阳性菌的 肽聚糖、脂蛋白。常与 TLR1 或 TLR6 形成异二聚体。
TLR5 细胞膜 细菌的 鞭毛蛋白
TLR3 内体 病毒的 双链RNA (dsRNA)
TLR7 / TLR8 内体 病毒的 单链RNA (ssRNA)
TLR9 内体 细菌或病毒的 CpG DNA(未甲基化)。

信号通路:MyD88 与 TRIF

TLRs 激活后,通过胞内的 TIR 结构域招募接头蛋白,主要分为两条路径:

  • MyD88 依赖性通路: 被所有 TLRs(除 TLR3 外)使用。激活 IRAKsTRAF6,最终激活 NF-κB 和 MAPK,导致促炎因子(IL-1, IL-6, TNF-α)的表达。这是快速的炎症反应
  • TRIF 依赖性通路: 仅被 TLR3 和 TLR4 使用。激活 TBK1 和 IKKε,导致转录因子 IRF3 入核,诱导 I 型 干扰素 (IFN-α/β) 的产生。这是关键的抗病毒反应


临床应用:佐剂与靶点

  • 疫苗佐剂 现代疫苗常使用 TLR 激动剂来增强免疫原性。
    MPL (AS04): TLR4 激动剂,用于 HPV疫苗 (Cervarix)。
    CpG ODN: TLR9 激动剂,用于乙肝疫苗 (Heplisav-B)。
  • 脓毒症 (Sepsis): 细菌入血释放大量 LPS 激活 TLR4,导致 细胞因子风暴。TLR4 拮抗剂(如 Eritoran)曾进行临床试验,但遗憾未获成功。
  • 肿瘤免疫 局部注射 TLR7/8 或 TLR9 激动剂,旨在将免疫抑制的“冷肿瘤”转化为免疫活跃的“热肿瘤”。
       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Medzhitov R, Preston-Hurlburt P, Janeway CA Jr. (1997). A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature.
[点评]:历史性文献。发现了人类 TLR4,证实了 Janeway 的 PRR 假说,连接了固有免疫与适应性免疫。

[2] Poltorak A, et al. (1998). Defective LPS signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr mice: mutations in Tlr4 gene. Science.
[点评]:Bruce Beutler 团队的突破性发现,利用正向遗传学证实 TLR4 就是长期寻找的 LPS 受体。

[3] Akira S, Takeda K. (2004). Toll-like receptor signalling. Nature Reviews Immunology.
[点评]:该领域最权威的综述之一,详细解析了 TLR 家族及其复杂的下游信号网络。

           固有免疫识别网络 · 知识图谱
上级分类 模式识别受体 (PRRs) • 固有免疫
关键配体 脂多糖 (LPS) • 双链RNACpG DNA鞭毛蛋白
信号通路 MyD88TRIFNF-κB通路IRF3