Toll样受体的辅助分子及其功能

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前言

模式识别受体（PRRs）是一类先天免疫受体，是病原体相关分子模式（PAMP）的传感器；同时PRRs还可以识别响应压力或组织损伤而释放的内源性分子，从而充当损伤相关分子模式（DAMP）的传感器。Toll样受体（TLR）是识别许多病原体衍生大分子的PRR，TLR激活导致转录因子核因子-κB（NF-κB）和干扰素调节因子（IRFs）的激活，分别产生促炎细胞因子和I型干扰素（IFNs）。

TLRs是I型跨膜蛋白，由胞外结构域中的富含亮氨酸重复序列（LRR）、单个跨膜结构域和参与信号衔接分子募集的细胞质Toll/IL-1受体（TIR）结构域组成。人类表达10个功能性TLR（TLR1至TLR10），TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6位于细胞膜上，在那里它们识别病原体表面的分子成分。TLR3、TLR7、TLR8和TLR9存在于细胞内内涵体膜上，在那里它们介导核酸的识别。

TLR形成异二聚体或同源二聚体作为触发信号的手段，细胞外和内体TLR的外结构域序列都是同源的，这一特征与它们识别的配体的多样性形成鲜明对比。配体区分的一种模式依赖于TLR外结构域中存在残基的差异，然而氨基酸变异和异二聚体的形成只能为识别不同的TLR配体提供有限的支持。因此，必然存在另一种反映TLR配体组成复杂性和多样性的机制，以确保正确的PAMP检测和自我/非自我区分。

特定的辅助蛋白或辅因子可以发挥这一作用：它们是TLR功能所必需的，它们与TLR或TLR配体相互作用，辅助TLR的激活。由于它们在TLR功能中的重要作用，靶向这些辅助蛋白可能有利于旨在操纵TLR激活用于治疗应用的策略。

细胞表面TLR的辅因子

LBP

LPS结合蛋白（LBP）是一种481个氨基酸的糖蛋白，与来源于革兰氏阴性菌外膜的脂多糖（LPS）具有高亲和力。在细胞对LPS的应答过程中，LBP主要起催化作用，即LBP将LPS单体从其多聚体中转运到CD14，加速LPS与 CD14的结合，1个分子LBP可促使上百分子LPS与CD14结合，介导TLR4对LPS的反应性。

此外，LBP还可以与脂磷壁酸（LTA）、肽聚糖和脂肽结合并将其转移到CD14，这表明LBP不仅可以帮助TLR4的功能，还可以帮助TLR1、TLR2和TLR6的功能。因此，LBP介导了对来源于革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的PAMP的先天免疫反应。

MD2

MD2是一种160个氨基酸的糖基化可溶性蛋白，与TLR4的细胞外结构域结合，它是体内TLR4依赖性LPS反应所必需的。TLR4-MD2的晶体结构显示了MD2如何促进TLR4的功能：LPS将其六条脂质链中的五条埋入MD2的疏水口袋中，两个MD2-LPS复合物对于桥接两个TLR4分子至关重要。由于TLR4-MD2异二聚体中的两个TLR4分子具有有限的直接相互作用，MD-2对于TLR4的配体结合和二聚化都是必不可少的。

CD36

CD36是在脂筏中发现的B型清道夫受体家族的双跨膜糖蛋白。CD36与TLR2-TLR6异二聚体的功能有关，CD36增强了对某些TLR2-TLR6配体的免疫反应。在体内，CD36的缺乏会导致革兰氏阳性金黄色葡萄球菌感染的易感性增加。此外，CD36还通过TLR4-TLR6异二聚体的组装介导对氧化低密度脂蛋白（oxLDL）和淀粉样β纤维的炎症反应。

CD36如何介导TLR2-TLR6和TLR4-TLR6的功能尚不完全清楚，但CD36的C末端似乎起着重要作用。酪氨酸激酶LYN与CD36之间的相互作用需要CD36的残基460-463，抑制LYN激酶活性会损害CD36与TLR4-TLR6的结合，并阻断NF-κB对oxLDL的激活。因此，将LYN募集到CD36的C末端对于形成功能性TLR4-TLR6-CD36信号复合物非常重要。

CD14

CD14是一种375个氨基酸的富含亮氨酸的糖蛋白，以可溶形式存在于血液中，或作为髓系细胞上的糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定膜蛋白存在。CD14与多种TLR配体相互作用，增强其激活TLR的能力。重组CD14的直接结合研究表明，CD14具有结合多种微生物产物的不同寻常的能力，包括LPS、肽聚糖、Pam3CSK4、polyI:C和CpG DNA。

CD14首先与TLR4介导的免疫反应有关，作为对LPS的反应，CD14是TRIF依赖性信号传导所必需的，在低剂量下是MyD88依赖性信号转导所必需的。CD14还增强了对内体TLR配体polyI:C、咪喹莫特和CpG DNA的免疫反应，CD14可能促进核酸的普遍内化。

CD14除了结合多种配体的能力，还介导了TNF的产生，以响应TLR2-TLR6配体MALP2、LTA、酵母聚糖A和Pam2CSK4，并参与了TLR介导的对各种病毒的免疫反应，CD14究竟如何参与这些过程仍有待确定，但和LPS和核酸类似，CD14可能介导配体与几种TLR的相互作用。

TRIL

TRIL是一种由811个氨基酸组成的I型跨膜蛋白，在其细胞外结构域中含有12个重复的富含亮氨酸序列。研究表明，TRIL介导TLR3和TLR4信号，但不介导TLR2或TLR9信号。TRIL与LPS、TLR3和TLR4免疫共沉淀，表明TRIL参与配体递送。

内体TLR的辅因子

Granulin

颗粒蛋白（Granulin）是一种富含半胱氨酸的糖基化多功能蛋白，可以与TLR9相互作用。添加外源性颗粒蛋白前体可增强RAW巨噬细胞对合成寡脱氧核苷酸CpG-B和CpG-C的TNF分泌。在Grn-/-小鼠中，CpG ODN与TLR9的结合受损，因此颗粒蛋白可能有助于CpG递送到溶酶体隔室。这些结果表明，颗粒蛋白有助于CpG的递送，以促进TLR9反应。目前尚不清楚颗粒蛋白是否与表面受体相互作用，以及是什么决定了TLR9对CpG-B和CpG-C而不是CpG-a的反应增强。未来的研究应澄清这些问题，并确定TLR9激活需要哪种形式的颗粒蛋白。

HMGB1

高迁移率族蛋白B1（HMGB1）家族的成员是与染色质相关的核蛋白，参与DNA的转录调控。HMGB1是该家族中研究最多的成员，通过与其受体TLR2、TLR4和晚期糖基化终末产物受体（RAGE）的相互作用介导促炎功能。

HMGB蛋白可能是核酸先天免疫反应的普遍介质。HMGB1结合DNA和RNA，以响应TLR3、TLR7和TLR9的激活，是I型IFN和促炎细胞因子产生所必需的。HMGB1首先被描述为TLR9辅因子，因为它能够结合CpG DNA，与TLR9相互作用，并增强TLR9对CpG的内体递送。外源性添加HMGB1可增强DC和巨噬细胞对CpG的IFN-α和促炎细胞因子的产生。IFN-α的分泌依赖于HMGB1与RAGE的相互作用，RAGE是TLR9的“被动”受体辅因子。HMGB1是TLR9对CpG DNA反应所必需的，由于其结合DNA的能力，可能会加剧自身免疫性疾病。

LL37

LL37是TLR9辅因子，与pDCs中自身DNA向TLR9的递送有关。LL37是一种长37个氨基酸的两亲性肽，在丝氨酸蛋白酶切割其前体后被激活。LL37-DNA复合物对DNA酶的降解具有抗性，并被pDCs内化，定位于早期内体，从那里介导TLR9依赖性IFN-α的产生。目前没有证据表明LL37和TLR9之间存在直接相互作用，这表明LL37在细胞损伤的情况下可能主要作为DNA递送分子。LL37也被证明可以与自身RNA形成复合物，并将这些复合物递送到pDCs，以产生TLR7和TLR8依赖的IFN。LL37在TLR驱动的反应中对宿主防御是否重要仍有待确定。

TLR的伴侣、转运和加工因子

Gp96和PRAT4A

Gp96是介导蛋白质折叠的HSP90家族伴侣的内质网（ER）同源物。Gp96普遍表达，并作为专性可溶性同二聚体存在，每个单元由N端ATP结合结构域、高电荷中间结构域和C端二聚结构域组成。gp96的靶点数量有限，包括整合素、血小板糖蛋白复合物和TLR。TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR7和TLR9的功能需要gp96。gp96介导TLR的折叠和成熟，然而gp96究竟在哪个阶段干预TLR折叠，以及如何干预的，尚不清楚。

PRAT4A是一种普遍存在且高度保守的可溶性ER管腔蛋白。与gp96类似，PRAT4A对ER中多种TLR的成熟很重要，PRAT4A和gp96协同工作，以确保TLR的正确折叠。

UNC93B1

UNC93B1是一种ER驻留糖蛋白，是内体TLR反应所必需的。研究表明，UNC93B1与TLR3、TLR7、TLR8、TLR9相互作用，内体TLR的跨膜结构域控制着与UNC93B1的结合。核酸感应TLR必须通过其跨膜结构域与UNC93B1相互作用，以便UNC93B1可以介导其递送到内溶酶体，在那里它们可以结合并响应各自的配体。

AP3

适配蛋白3（AP3）是TLR9运输机制的必需成分。AP家族的成员是四聚体蛋白，它们介导分泌和内吞途径中膜蛋白的选择。AP3由四个亚基组成：δ、μ3A、β3A和σ3，负责将DNA/RNA招募到内体中，以输送到溶酶体和溶酶体相关细胞器（LRO）。

组织蛋白酶

TLR9在到达内溶酶体隔室时进行蛋白水解处理，也可能在具有低pH值和蛋白酶的早期内体中进行。处理TLR的蛋白酶必须与TLR9相互作用，因此被认为是辅因子。组织蛋白酶K缺乏导致BMDC细胞因子对CpG的反应降低，表明组织蛋白酶与TLR9功能有关。组织蛋白酶B、组织蛋白酶L、组织蛋白酶S和组织蛋白酶F被鉴定为与B细胞系TLR9功能相关的因子。此外，单个组织蛋白酶的抑制剂未能完全抑制切割和TLR驱动的反应，表明要获得完整的TLR9活性，需要多种组织蛋白酶的活性。

小结

TLR受体可以识别差异很大的PAMP，但显示出结构保守的外结构域。许多有助于配体区分和受体信号传导的分子已经被鉴定出来，这些分子显示出不同的功能：辅因子、信号适配器以及TLR功能的调节因子。TLR特异性激活的最终结果必须来自这些介质的组合，从而产生复杂的信号。

由于它们对TLR功能的贡献，对有助于激活TLR的辅因子的研究非常重要，有助于我们更好地理解控制先天性和适应性免疫的TLR途径。尽管这些认识是否可以应用于设计新的疗法尚无法衡量，但操纵TLR的其他手段仍然是一个非常理想的目标。

参考文献：

1.Accessory molecules for Toll-like receptors and their function. Nat Rev Immunol.2012 Feb 3;12(3):168-79

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