魏伟，章意亮，郭瀛军，黄金凤，孙树汉

·综述·

核酸识别Toll样受体特性及在系统性红斑狼疮中的作用

魏伟，章意亮，郭瀛军，黄金凤，孙树汉

系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）是一种由于免疫系统紊乱导致机体产生多种自身抗体的自身免疫病。SLE 发病缓慢，临床表现多样化，涉及多个系统和多种脏器损伤，造成细胞和体液免疫功能障碍，产生多种自身抗体。SLE 的常见临床表现为发热、皮疹、关节痛、浆膜炎及肾、心血管、肺、神经系统、消化系统等系统损伤，死亡率高。虽然目前 SLE 发病的确切机制尚不清楚，但对于其发病原因比较公认的是核酸识别 Toll 样受体对于自身核酸复合物的识别而引发的针对自身的免疫反应。Toll样受体是一类介导机体天然免疫并能作为桥梁连接机体天然免疫与获得性免疫的重要受体。Toll 样受体被配体激活后能够产生多种炎症细胞因子并释放 I 型干扰素，从而介导机体抵御多种病原微生物的免疫反应。Toll 样受体信号的异常激活将导致自身免疫疾病的发生。本综述首先从细胞生物学与信号转导的角度阐述 Toll 样受体在机体天然免疫过程中的作用，之后将探讨 Toll 样受体信号激活在 SLE发病过程中的影响。

1 Toll 样受体概述

1.1 Toll 样受体的组成与功能

Toll 样受体属于模式识别受体（pattern recognition receptors，PRR），它通过识别病原相关分子模式（pathogenassociated molecular patterns, PAMP），介导机体天然免疫反应。自 20 世纪 90 年代 Toll 样受体发现以来，在人体内发现的具有生物学功能的 Toll 样受体共有 10 种，而小鼠体内则有 12 种，其中 TLR1-TLR9 在两物种间均保守存在。小鼠体内 TLR10 没有生物学功能，而人的基因组则缺失了 TLR11、TLR12 与 TLR13。对于 Toll 样受体基因缺失小鼠的研究发现，每一种 Toll 样受体都能识别不同的病原相关分子模式，从而在体内发挥不同的免疫学功能[1]。例如，TLR2 能够与 TLR1 和 TLR6 形成复合物识别脂蛋白与脂肽；TLR3 能够识别病毒双链 RNA；TLR4 能够识别脂多糖；TLR5 能够识别细菌的鞭毛蛋白；TLR7 和 TLR8能够识别单链 RNA；TLR9 能够识别微生物的非甲基化DNA[2]。

1.2 核酸识别 Toll 样受体

与 TLR2、TLR4 等细胞膜表面 Toll 样受体不同，TLR3、TLR7、TLR8、TLR9 主要表达于细胞内体表面，识别各类核酸物质，如双链 RNA、单链 RNA 及非甲基化修饰的 CpG DNA 等，介导机体抗病毒免疫反应。

最早发现 TLR3 是因为其可以识别人工合成的双链RNA 的类似物 poly I:C，介导机体产生 I 型干扰素[3]。双链 RNA 既可以作为单链 RNA 病毒复制中间体，又可以作为双链 RNA 病毒基因组存在于被感染细胞内。因此，TLR3 作为机体防御外界病毒入侵的重要受体能够识别多种病毒，如呼吸道合胞体病毒、脑心肌炎病毒、West Nile 病毒等[4]。TLR3 特异性地表达于 cDC 细胞中，在浆细胞样树突细胞（pDC）细胞中却不表达。TLR3 同时也表达于子宫、阴道、角膜及肠的上皮细胞中。值得注意的是，虽然子宫上皮细胞与角膜上皮细胞能够表达多种 Toll 样受体，但只有 TLR3 可以被其配体 poly I:C 激活[1]。对于 TLR3 晶体结构分析发现其胞外区呈马蹄形结构。此结构可扩大TLR3 分子胞外区表面积，从而使其易于识别双链 RNA。TLR3 分子识别其配体时首先发生同源二聚化作用，接着双链 RNA 结合于胞外区分子的靠近 N’末端与跨膜区的两个位点，从而实现 TLR3 对其配体的识别[1-5]。虽然 TLR3能够识别双链 RNA 被认为是机体防御病毒入侵的重要受体，然而有报道指出 TLR3 并非起始机体抗病毒免疫反应所必需[6]。对于 TLR3 基因缺失鼠的研究发现，TLR3 的缺失并不能引起小鼠对于 MCMV、VSV、LCMV 等病毒易感性的提高[7]。因此，TLR3 对于机体抗病毒免疫虽然重要，但却不是机体起始抗病毒天然免疫的受体。

TLR7 定位于 X 性染色体上。现已发现 TLR7 能够识别咪唑喹啉衍生物与鸟嘌呤类似物，并且能够识别单链RNA 病毒，介导机体的抗病毒免疫过程[8-9]。许多研究证明，TLR7 能够在 HIV、A 型流感病毒、HCV、疱疹性口炎病毒感染引起的天然免疫过程中发挥重要作用[10-11]。而 TLR7被激活后能够介导机体产生多种促炎因子与 I 型干扰素，干扰阻断病毒的复制过程。由于 TLR7 表达于细胞内体的表面，其对于单链 RNA 病毒的识别依赖于 pDC 细胞对病原体的吞噬作用。研究发现，当 pDC 细胞缺乏吞噬相关蛋白 Atg5 时，利用疱疹性口炎病毒感染细胞无法引起 IFN-α的产生[12]。也就是说，只有在 pDC 细胞能够吞噬并将病毒或病菌的核酸递交至内体表面时，TLR7 才能够被其配体激活，从而介导机体抗病毒免疫过程。

与 TLR3、TLR7 不同，TLR9 在天然状态下的特异性配体为细菌或病毒的非甲基化 CpG DNA 序列。这些序列在细菌与病毒等病原微生物体内广泛存在，而在哺乳动物体内则较为少见[13]。人工合成的 CpG 寡聚核苷酸序列在 pDC 细胞内也能够通过激活 TLR9 诱导 IFN-α 的产生[11]。在体内 TLR9 主要表达于 pDC 细胞，并能够介导机体识别 DNA 病毒，如：鼠的巨细胞病毒、HSV-1 与HSV-2 等[14-16]。

2 核酸识别 Toll 样受体信号通路

2.1 TLR7 与 TLR9 激活信号通路

MyD88 是 Toll 样受体信号通路中最早被发现的接头蛋白，它能介导除 TLR3 外其他所有 Toll 样受体的激活信号。MyD88 最初被认为在 I 型 IL-1 受体信号通路中起作用，而 Medzhitov 等于 1998 年证明其参与了 Toll 样受体的激活过程[17-18]。TLR7 和 TLR9 能够通过 MyD88 激活NF-κB 信号通路，最终诱导促炎症细胞因子的产生与 I 型干扰素的释放（图1）。

图1 TLR7、TLR9 信号激活通路

MyD88 包含 2 个结构域，一个为 TIR 结构域，另一个为死亡结构域（death domain，DD）。MyD88 可以通过 TIR结构域与 Toll 样受体胞内区结合，通过 DD 结构域募集IL-1 受体相关激酶 IRAK4 等。IRAK4 能够激活 TRAF6。TRAF6 是一种 E3 泛素连接酶，能够诱导靶蛋白第 63 位的赖氨酸（63K）泛素化。K63-泛素肽链也可以与 NEMO 蛋白的泛素结合区结合，从而激活 NEMO 蛋白。该蛋白能够调控 IKKα 与 IKKβ 组成复合体，而 IKK 复合体可以激活转录因子 NF-κB 的表达[13, 19-20]。

TLR7 与 TLR9 被激活后除了能够诱导炎症细胞因子的产生，还能够产生 I 型干扰素，激活机体抗病毒免疫反应。在 pDC 细胞中被激活的 TRAF6 可以激活 TRAF3，进而激活 IRAK1 和 IKKα。被激活的 IRAK1 与 IKKα 能够使 IRF7 磷酸化，从而使 IRF7 进入细胞核，启动 I 型干扰素基因的表达。

2.2 TLR3 激活信号通路

与其他 Toll 样受体不同，TLR3 被激活后能够通过TRIF 通路激活 NF-κB 与 IRF3 诱导产生炎症细胞因子与I 型干扰素（图2）。TLR3 被其配体激活后能够通过其胞内 TIR 区募集 TRIF 蛋白。TRIF 蛋白与下游的 TIAF6、TRADD、Pellino-1 及 RIP1 组成多信号复合体，共同激活TAK1。被激活的 TAK1 进而激活 NF-kB 通路与 MAPKs通路，诱导促炎症细胞因子的产生。研究发现 TRADD、Pellino-1 与 RIP1 缺失的细胞株均无法通过刺激 TLR3激活 NF-κB 通路，因此， TRIF 依赖的多信号复合体中的各种组成部分对于 TLR3 信号传递均必不可少[21-23]。

图2 TLR3 信号激活通路

与 TLR7、TLR9 类似，TLR3 被激活后除了通过NF-κB 通路产生促炎症细胞因子外，还能通过激活 IRF3产生 I 型干扰素。TRIF-IRF3 通路首先由 TRIF 募集TRAF3 蛋白，紧接着 TRAF3 蛋白通过非经典途径激活TBK1 与 IKKi。当 TBK1 与 IKKi 被激活后，能够进一步激活 IRF3 从而诱导 I 型干扰素的产生。研究发现，TRAF3 是模式识别受体诱导产生 I 型干扰素所必需的分子，TRAF3 的缺失将影响 TLR3、TLR7、TLR9 等一系列模式识别受体诱导产生 I 型干扰素[24-25]。

3 核酸识别 Toll 样受体在 SLE 发病机制中的作用

3.1 SLE 与 MyD88 信号通路

MRLlpr/lpr 小鼠作为一种能够自发产生针对自身核酸免疫复合物抗体的动物模型被广泛应用于 SLE 疾病相关研究中。Lau 等[26]在 MRLlpr/lpr 小鼠体内实验发现当阻断MyD88 蛋白合成时，针对染色质、类风湿因子与 Sm 等自身免疫复合物的抗体滴度明显下降。而对于另一种 SLE 模型小鼠 FcγRIIB-/-的研究发现，当 TLR9 与 MyD88 信号被阻断时自身免疫 B 细胞将无法完成抗体类型转变，从而改善了该小鼠的肾功能并提高了小鼠的存活率[27]。这些结果都提示了 MyD88 介导的 Toll 样受体激活信号在 SLE发生发展过程中至关重要。

3.2 TLR7 在 SLE 发生发展过程中的作用

pDC 是体内主要抗原递呈细胞，有研究发现该细胞被自身核酸免疫复合体激活后能引起 I 型干扰素过表达，并最终导致多种免疫细胞激活引发针对自身的免疫反应，这是目前公认的 SLE 发病机制[28]。TLR7 信号在激活 pDC产生 I 型干扰素的过程中至关重要。有研究证实，当利用SLE 患者血清刺激体外培养的 DC 细胞时能够诱导分泌 I型干扰素，而加入 TLR7 的抑制剂后则能够阻止 I 型干扰素的产生[29-30]。

除了能够激活 DC 细胞外，TLR7 在其他自身免疫细胞产生针对机体的自身免疫反应中也必不可少。有研究证实TLR7 信号通路的激活能够刺激自身免疫型 B 细胞的增殖，从而加重 SLE 患者的病情[31]。因此，TLR7 通路的异常激活在 SLE 发生与病程发展过程中均具有重要的促进作用。

3.3 TLR9 在 SLE 发生发展过程中的作用

与 TLR7 不同，对于 TLR9 在 SLE 发病过程中的作用存在较多争议。Christensen 等[32]对于 TLR9 缺失的MRL-FaslprSLE 小鼠动物模型的研究发现 TLR9 激活信号的缺失导致机体产生针对双链 DNA 免疫复合物的抗体滴度明显减少，但对于肾损伤与自身免疫反应却影响不大。而针对另一种 TLR9 缺失 SLE 小鼠动物模型 MRL/MPlpr/lpr的研究则发现 TLR9 的缺失导致自身免疫反应加重，血液中 pDC 与淋巴细胞活化程度增加，血清中 IgG 与 IFN-α的含量增高[33]。除此之外，有研究发现 TLR9 信号的缺失将导致自身免疫 B 细胞无法进行抗体类型转换以产生IgG2a 与 2b 亚型，而与之相对的是有研究报道称在 TLR9缺失的 C57BL/6-Faslpr小鼠体内检测到针对自身双链 DNA抗体滴度升高、IgG2a 抗体亚型含量升高等现象[27-34]。因此，TLR9 在 SLE 发生发展中究竟是起促进作用还是抑制作用还有待进一步研究。

3.4 TLR3 在 SLE 发生发展过程中的作用

目前研究发现，TLR3 被其配体 poly(I:C) RNA 激活后能够通过刺激血管系膜细胞加重 MRLlpr/lpr小鼠狼疮肾炎的程度[35]。上述过程并不增加针对自身双链 DNA 抗体的滴度。在该小鼠内封堵 TLR3 激活信号后，发现对 SLE 病程发展与自身免疫反应无明显影响[32]。因此，TLR3 在 SLE发生发展过程中仅起协同作用。

4 展望

Toll 样受体是一类天然免疫识别中的重要受体，该受体家族参与包括抗病毒反应过程在内的机体抵御多种病原微生物的免疫防御过程。而该受体信号的异常激活也将导致包括 SLE 在内多种自身免疫疾病的发生。针对人 SLE 疾病相关研究发现 TLR7 与 TLR9 信号对于该病的发生发展至关重要。因此，阐明 Toll 样受体在 SLE 引发自身免疫反应中的作用对于 SLE 的防治具有重要的临床意义。

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10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2011.06.013

国家自然科学基金面上项目（81071680）

200433 上海，第二军医大学医学遗传学教研室

孙树汉，Email：shsun@vip.sina.com

2011-05-19