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Toll样受体及其信号转导Tolllikereceptor(TLR)anditscellsignaling贾立军,研究员DepartmentofImmunologyFudanUniversityljjia@fudan.edu.cn•病源体相关的分子模式（PAMP）与模式识别受体(PRR)•Toll样受体（TLR）内容：交通违规交通警察官员腐败中纪委劫持人质防暴警察外敌入侵陆海空三军违章摆摊铁血城管治安联防/片警小偷小摸社会有机体的：病源体相关的分子模式（PAMP）模式识别受体(PRR)Health-threateningpathogensb病源体相关的分子模式（PAMP）病源体相关的分子模式（PAMP）的特点•结构恒定,进化保守；•可被固有免疫的特定受体所识别;•病原体赖以生存、变化较小的主要部分(如病毒的双链RNA和细菌的脂多糖)，因此病原体很难发生突变逃逸固有免疫的作用。PAMP分类：PAMP糖类/脂类细菌胞壁病毒/细菌胞核/产物脂多糖：革兰阴性菌肽聚糖：革兰阳性菌糖脂：分枝杆菌甘露糖：酵母菌CpGDNA单链RNA双链RNAPAMP主要成分脂多糖(A)和肽聚糖(B)的结构Mur(MurNac)：乙酰胞壁酸；Glc(GIcNac)：乙酰葡糖胺。认识脂多糖（LPS）•脂多糖是PAMP的一个典型代表。对脂多糖的识别在固有免疫中有特殊的地位。•首先，脂多糖为革兰阴性菌的胞壁成分，免疫刺激作用最强，全身感染会引起内毒素休克。这一致命的综合征是全身细菌感染后大量细胞因子特别是TNF~a的分泌所引起，可导致脑、心、肾、肝等要害器官的衰竭，因而LPS又称内毒素。•LPS还是固有免疫信号转导研究的突破口之一，由此发现了相应的受体TLR4，及一些当初未知的炎症基因信号转导和激活方式，开拓了研究固有免疫识别的新局面。模式识别受体Patternrecognitionreceptor，PRR•模式识别受体是主要由免疫系统细胞表达的、识别微生物特定分子结构即病原相关分子模式的免疫受体。模式识别受体特点：•胚系基因编码；•组成性地持续表达；•快速应答；•识别各种病原体表达的PAMP。模式识别受体种类与分布：•体液中的模式识别分子:PRR的游离形式---五聚体蛋白：识别PAMP成分中的磷酸胆碱。---甘露糖结合凝集素：识别PAMP的碳水化合物。---脂多糖识别蛋白模式识别受体种类与分布：•细胞表面模式识别受体---甘露糖受体（巨噬细胞）---清道夫受体（巨噬细胞）:LPS;脂蛋白；氧化LDL等---Toll样受体(TLR1/2/4/5/6/10)识别PAMP的甘露糖受体（A）和清道夫受体(B)模式识别受体种类与分布：细胞内模式识别受体---Toll样受体(TLR3/7/8/9)---NOD样受体---RIG-1样受体NLR:MDP系吞噬溶酶体中解离的革兰阳性菌胞壁肽聚糖相关成分，属PAMPNLRTLRRLRToll样受体（TLR）：•TLR发现；•TLR的分子结构与配体；•TLR的胞内分布和定位；•TLR信号转导与调控；•TLR的生物学功能；•靶向TLR的疾病治疗TLR发现TollmutationDiscoveryofToll/TLRsTLRs发现/研究进展/潜在应用：TLR基因克隆和功能鉴定；TLR信号传导通路鉴定；TLR在发育、抗感染免疫和其他生物学过程中的作用；TLR:疾病干预的靶点。人类与果蝇Toll/TLR进化树比较hTLR1hTLR6hTLR10hTLR2dToll9hTLR9hTLR7hTLR8hTLR5hTLR3hTLR4dToll6dToll8dToll718WheelerdTolldToll5dToll3dToll4人类果蝇*果蝇：9Toll;人类：10TLR;鼠：9TLR;II:TLR的分子结构与配体TLR的配体：*TLR配体结构的多样性b配体（PAMP）介导TLR的活化TLR结构示意图胞外区跨膜区：富含Cys胞内区:TIR，蛋白相互作用区•TLR二聚化：比如TLR3/4二聚体，TLR2/TLR1异二聚体等。TLR结构简图富含亮氨酸重复序列(TLR/IL-1R)TLR3ectodomain23LRR；Dimer:LRR12/20LRR20:参与配体结合LRRTIR结构域介导的细胞互作TIRTIR结构域介导的信号传递与调控TLR的胞内分布和定位•TLR广泛分布于免疫器官和心、脑、肺、肝、肾等器官组织内；•TLR主要表达在免疫细胞，在某些上皮细胞和成纤维细胞也有表达；•不同的TLR可表达于不同细胞上；•同一细胞可表达多种TLR。TLR的组织分布ExpressionpatternsandPAMPspecificitiesTLR胞内定位:细胞膜配体；内体、溶酶体和内质网TLR胞膜TLR(TLR1/2/4/5/6/10)胞内TLR介导配体结合(TLR3/7/8/9)：TLR信号转导与调控接头蛋白：MyD88蛋白激酶：IRAK转录因子：NF-κB炎症基因病原体杀伤TLR通路组成LPS配体受体衔接蛋白MyD88－依赖／非依赖信号转导通路AP1TargetgeneMyD88依赖的信号转导通路MyD88非依赖的信号转导通路TollisactivatedbytheprocessedSpätzle(left).TollactivationleadstointracellularsignalingviacytoplasmicproteinsTubeandPelle,leadingtothedegradationofCactusandnuclearlocalizationofNF-κBproteinsDorsalandDif.Thesetranscriptionfactorsbindtopromotersoftargetgenes,suchasdrosomycin,activatingtheirtranscription.果蝇Toll受体通路：TLR信号转导的调控CaoXT:NatureImmunologyTLR信号转导调控的意义•正常生理状态下，机体存在着多种TLRs的调控机制，以维持免疫反应的平衡；•既适度活化TLR信号通路清除病原体，又防止TLR信号过度活化，以免发生过强的免疫反应，造成内毒素休克和自身免疫性疾病等。TLR信号转导的正调控•酪氨酸激酶Btk参与TLR2/4/9信号途径，增强NF-κB活性，促进下游基因表达。TLR信号转导的负调控免疫细胞存在多层次的针对不同靶点的负向调控因子，可对TLR信号转导的的开启和传导起到精确的调控作用。TLR信号通路的负调控TLR信号通路的负调控的方式•胞外负调控因子－－如sTLR4，竞争性抑制；•跨膜负调控分子－－促使TLR连接复合体的解离，ST2；－－干扰功能复合体的形成，RP105•胞内负调控因子－－泛素化降解，如Triad3A降解TLR4／9；－－竞争抑制等；•病原体源性负调控因子病原体来源的负调控因子BacteriafightsbackagainstTLRs!TLR的生物学功能TLR的生物学功能•调节固有免疫和获得性免疫;•抗微生物感染;•组织损伤;•发育;•肿瘤发生与治疗TLRs与免疫应答I:Toll突变果蝇对真菌和细菌等病原体易感性增强Nature2000(CpGDNA)WhichTLRisresponsibletoCpGDNAstimulus??Alignmentofhumanandmicetolllikereceptor9Identityof75.5%+ConservedLRRAlignmentofthecytoplasmicdomainsofhumanTLRfamilymembersConservedTIRdomainTLR9expressioninimmunetissueConstructionofTLR9knockoutmiceImpairedresponsestoCpGODNinTLR9-/-cells(Splenocytes)CpGoligodeoxynucleotide(ODN)andnon-CpGODN?ImpairedresponsestoCpGODNinTLR9-/-cells.(Peritonealmacrophages)ResistancetoCpGODN-inducedshockinTLR9-/-miceMyD88KOMiceAreResistanttoLPS-InducedEndotoxinShockLackofLPSResponsivenessinMyD88KOMacrophagesLackofLPSResponsivenessinMyD88KOBCellsTLRs在固有免疫中的作用•上调吞噬相关基因的表达，直接增强天然免疫细胞的吞噬与杀伤能力；•促进免疫相关细胞因子和趋化因子的分泌；•促进抗微生物肽（如防御素）的分泌。TLRs识别PAMP是机体启动并扩大天然免疫效应的重要机制。•TLRs可诱导树突状细胞成熟；•TLRs可诱T细胞向Th1或Th2分化；•TLRs可诱导调节性T细胞活化；•其他TLRs多环节调节获得性/特异性免疫应答TLR与肿瘤NatureMed2007TLR4-MyD88controlsantigenpresentationbyDCsengulfingapoptoticbodiesinvitroTLR4expressionbyDCsisrequiredfortheimmuneresponseagainstdyingtumorcellsinvivoTheimmunogenicityofdyingtumorcellsafterchemotherapyorradiotherapydependsonthereleaseoftheTLR4ligandHMGB1TLR4anditsligandHMGB1arebothrequiredforthesuccessofvaccinationagainsttumorcellsTLR4dictatestheefficacyofantitumorchemotherapyandradiotherapyinmiceTLR4dictatestheefficacyofantitumorchemotherapyinhumansTLR与组织损伤OxPLsCell,2008IdentificationofOxidativeStressandToll-likeReceptor4SignalingasaKeyPathwayofAcuteLungInjuryTLR4IsaSusceptibilityGeneforAcuteLungInjuryIdentificationofOxidativeStressandToll-likeReceptor4SignalingasaKeyPathwayofAcuteLungInjuryTRIF-TRAF6-NFkB-CytokineSignalingMediatestheSeverityofAcidAspiration-InducedAcuteLungInjuryIdentificationofOxidativeStressandToll-likeReceptor4SignalingasaKeyPathwayofAcuteLungInjuryTLR4-TRIF-TRAF6-NFkB-Cytokine（IL-6）OxPLs靶向TLR的疾病治疗TLR拮抗剂与激动剂Clinicaldevelopment:vaccinesandvaccineadjuvantsClinicaldevelopment:allergicdiseasesClinicaldevelopment:cancerClinicaldevelopment:infectiousdiseasesandotherindicationsClinicaldevelopment:TLRantagonists抑制TLR信号通路：拮抗剂阻断TLR配体—受体相互作用（sTLR2/sTLR4）阻断TLR配体—受体相互作用（TLR抗体/小分子化合物）阻断TL