上海交大团队合作成果登《Science》，揭示人体免疫“哨兵”隐藏技能

人体每时每刻都在面对细菌、病毒等微生物的侵袭。而天然免疫（先天免疫）是人体免疫防线的第一道关口：它不针对某一种病原体，而是能识别一大类“危险信号”，在感染初期迅速拉响警报。

识别危险的正是细菌脂多糖（内毒素，LPS）的受体——TLR4，它就像是驻扎在细胞表面的“哨兵”，专门探测革兰氏阴性细菌外膜上的LPS。一旦发现危险信号，TLR4被激活，其胞内一段名为TIR的结构域便负责把下游接头蛋白TIRAP、MyD88等“传令兵”招募过来，逐级传递炎症信号。2011年诺贝尔生理学或医学奖授予了这一发现。

几十年来，教科书一直认为，动物TLR的TIR结构域只是一个被动的“接线员”，只负责蛋白与蛋白之间的对接，本身不“干活”。但近些年在细菌、植物以及动物神经轴突变性相关蛋白SARM1中，TIR结构域都被证明是能水解NAD⁺的酶；而动物TLR的TIR，一直被认为是个例外。

这个“例外”，如今被中国科学家重新定义。

中国科学家团队发现，先天免疫受体TLR4的TIR结构域并非传统认为的“无酶活支架”，而是一个具有单周转NAD⁺水解酶（NADase）活性的酶学模块：它切开细胞内的NAD⁺，产生ADP-核糖（ADPR），却不将产物释放，而是把ADPR扣留在TLR4与下游接头蛋白TIRAP的界面之间，充当“分子胶水”稳定TLR4-TIRAP-MyD88信号复合物。

这一发现相当于破解了TLR4的“隐藏技能”：哨兵不仅会拉警报，还会现场生产“胶水”，就地组装信号站。揭示了一种将酶活性与支架功能整合于同一结构域的新型细胞内信号传导模式，为天然免疫信号组装与精准调控提供了全新范式。

相关成果于北京时间2026年11月13日凌晨，全球顶级学术期刊《Science》在线发表。

“只催化一次反应”的酶：把产物当“胶水”

研究人员首先注意到，TLR4的TIR结构域中有一个在物种间高度保守的谷氨酸残基（小鼠TLR4中为E748），而它正是其他TIR NADase的催化残基。研究团队用基因编辑方法构建了携带E748Q点突变的小鼠和细胞：把这一谷氨酸换成谷氨酰胺后，TLR4对LPS的响应几乎完全消失，下游炎症因子表达显著下降。

在LPS诱导的内毒素休克模型中，野生型小鼠在52小时内全部死亡，而E748Q突变小鼠和TLR4缺失小鼠全部存活；突变小鼠的脾脏损伤和血脑屏障破坏也明显减轻。这说明，这个保守谷氨酸以及它所代表的催化功能，对TLR4体内信号转导至关重要。

更令研究者意外的是TLR4-TIR的酶活方式。传统NADase像剪刀，把NAD⁺切开后把产物释放到细胞中，然后继续去切下一个。而TLR4-TIR是一个“单周转”酶：一个酶分子只催化一轮反应，产物ADPR堵住催化口袋，阻止后续催化。过去常用NAD⁺荧光类似物检测TLR TIR的NADase活性，结果看起来没有活性；但改用天然底物和高灵敏质谱后，才发现TLR4-TIR其实会切NAD⁺，只是把产物扣留了下来。

为了看清ADPR到底粘在哪里，研究团队解析了TLR4-TIR、TIRAP-TIR和MyD88-TIR三元复合物的冷冻电镜结构。ADPR正好埋藏在TLR4-TIR与TIRAP-TIR的界面之间，被这一由两个蛋白共同形成的“复合催化口袋”完全包裹。

当突变这些ADPR结合残基后，信号复合物无法组装，细胞对LPS的炎症反应也受损。更有趣的是，如果直接把外源ADPR加进去，并不能替代NAD⁺促进复合物组装；必须由TLR4“现场”水解NAD⁺产生ADPR，信号复合体才能有效组装。这说明，“现场生产”这一酶促过程本身对信号复合体组装也很关键。

不只是TLR4的新功能，细胞内信号传导有了新范式

研究还解释了TLR4如何被激活。LPS诱导TLR4二聚化，使两个胞内TIR结构域靠近；空间上的邻近诱使TIR结构域中的αC螺旋发生构象重排，把原本位置“不对”的催化残基和ADPR结合残基“摆正”，形成功能性催化口袋。破坏TLR4-TIR二聚化界面的突变会显著降低NADase活性。

更有意思的是，TLR4-TIR与TIRAP-TIR通过形成异二聚体，共同构成一个有功能的NADase活性中心。TLR4提供催化和NAD⁺结合残基，TIRAP虽然自身没有催化谷氨酸，却提供关键结构元件稳定催化口袋。这种“异二聚体酶”与SARM1、AbTIR等同源二聚体TIR NADase不同，也解释了为什么TLR4-TIR的产物会被扣留，而不是像常规酶那样释放。

这项发现的意义，远不止于为TLR4增加一个“新功能”。它揭示了一种此前未被清晰描述的细胞内信号传导模式：受体不再只是被动的信号传递节点，而是主动利用自身的催化活性，生产出一个非扩散性的小分子，并把这个产物直接用作结构组件，来成核和稳定更高阶的信号复合物。传统上，信号传导中的酶促反应往往产生可扩散的第二信使分子，把信号“播散”出去；而TLR4-TIR走的是另一条路——产物不释放、不扩散，就地转化为蛋白质—蛋白质相互作用的“分子胶水”，把酶活性与支架功能整合在同一个结构域上。这是一种“自给自足、就地组装”的信号模式，为理解免疫受体如何实现精准、可控的信号传导和调控提供了新的范式。

从脓毒症到自身免疫病：新靶点带来新想象

从更宏观的视角看，这项工作的突破性在于它展示了一种信号传导的“范式合并”，这种自催化式的组装逻辑是否也出现在其他TIR蛋白、其他免疫受体乃至其他信号模块中，将是后续研究值得追踪的方向。

在应用层面，TLR4过度激活与脓毒症、自身免疫病等过度炎症状态密切相关，TLR4-TIR的NADase活性及其与TIRAP形成的复合催化口袋，可能成为精细调控TLR4信号的新靶点。它把TLR4免疫激活与细胞内NAD+代谢状态联系起来，也为“代谢如何调控免疫”提供了新线索。

TLR1、TLR2、TLR6等同样依赖TIRAP的TLR也保守携带这一催化谷氨酸，提示类似机制可能存在于多条TLR通路中。未来，围绕这一“隐藏酶功能”开发小分子调控策略，有望为脓毒症、自身免疫病等过度炎症疾病提供新的药物靶点线索；但需要说明的是，这仍属于基础研究带来的新方向，距离临床应用还有较长路要走。

这项研究由上海交通大学胡泽汗副教授、上海科技大学张晨璐研究员、西湖大学与西湖实验室韩志富研究员、中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心张一小研究员担任共同通讯作者。

上海交通大学博士后刘琦、博士研究生刘天怡、中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心博士研究生柏忠谏、河南师范大学抗病毒性传染病创新药物全国重点实验室与平原实验室贾方帅博士、上海科技大学博士研究生季逸为共同第一作者。

西湖大学与西湖实验室柴继杰教授、河南师范大学抗病毒性传染病创新药物全国重点实验室与平原实验室常俊标教授、上海交通大学生命科学技术学院邵文广副教授也对本项研究做出了重要贡献。本研究工作得到了国家自然科学基金委员会、科技部及上海市科委的大力支持。

文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef3150