Toll樣受體在介導結核分枝桿菌感染免疫反應中的作用

郭雪玲(綜述)，劉輝國(審校)

(華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院呼吸與危重癥醫學科，武漢 430030)

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Toll樣受體在介導結核分枝桿菌感染免疫反應中的作用

郭雪玲△(綜述)，劉輝國※(審校)

(華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院呼吸與危重癥醫學科，武漢 430030)

結核分枝桿菌是結核病的致病菌，機體免疫反應在結核菌的防御和致病中發揮關鍵調控作用。模式識別受體家族中的Toll樣受體(TLRs)能感知結核桿菌感染，并參與調控天然免疫和獲得性免疫應答；而TLRs亦能介導結核分枝桿菌的免疫逃避機制過程，促進慢性感染的發生、發展。利用免疫佐劑調控TLRs的功能水平可能有助于增強機體抗結核反應，并有望成為結核病預防和治療的方向。

結核分枝桿菌；Toll樣受體；天然免疫；獲得性免疫；免疫逃避

Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)屬于模式識別受體家族，廣泛表達于巨噬細胞、樹突狀細胞和淋巴細胞的細胞膜或內吞小體表面，可識別病原體相關分子模式，對外來病原體進行早期識別，啟動天然免疫效應機制，促進細胞吞噬及炎性因子和趨化因子的合成和分泌，誘導抗原呈遞細胞表面表達共刺激分子，促使T或B細胞向效應T或B細胞分化，繼而活化獲得性免疫。機體通過天然免疫和獲得性免疫系統來防御結核分枝桿菌的入侵，在結核菌感染初期，TLRs作為天然免疫細胞活化的調節劑發揮著重要作用，并且TLRs依賴的細胞反應也對隨后發生的細胞免疫特性和程度產生影響；TLRs亦參與調控結核菌免疫逃逸的發生，是導致結核慢性感染的根源所在[1-4]?，F就TLRs在介導結核分枝桿菌感染免疫反應中的作用予以綜述。

1 TLRs簡介

1.1 TLRs家族 Toll蛋白最早是從果蠅體內分離，1997年，Medzhitov等[5]首次在人體中分離出果蠅Toll蛋白的同系物，命名為TLR4。迄今已知哺乳動物的TLRs共有13種，其中有10種表達于人類細胞膜上[6-7]，TLR2、TLR4和TLR9與結核分枝桿菌感染尤為密切[1,8]，TLR8亦可能參與結核菌的感染免疫反應[9]。

1.2 TLRs結構和信號途徑 哺乳動物的TLRs為Ⅰ型跨膜蛋白受體，由胞外段、跨膜段及胞內段構成。胞外段為富含亮氨酸的重復基序，參與配體識別；胞外段借助富含半胱氨酸的C端側翼與跨膜段相連接；胞內段結構較保守，與人類白細胞介素1(interleukin 1,IL-1)受體序列具有高度同源性，亦被稱為Toll/IL-1受體同源區(Toll/IL-1 receptor, TIR)，能與胞內多種轉接蛋白交互作用以活化下游信號途徑。細胞膜上的TLRs主要通過髓樣分化因子88(mycloid differentiation factor 88,MyD88)依賴性的和MyD88非依賴性的信號途徑以誘導下游基因的表達；除了TLR3外的TLRs均能通過激活MyD88促進其下游信號蛋白，如白細胞介素1受體相關蛋白激酶(IL-1 receptor associated kinases，IRAK)和腫瘤壞死因子受體相關受體6(tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6)等的活化繼而介導核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)的早期激活和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPKs)家族蛋白的活化進而誘導炎性介質的合成；而TLR3和TLR4活化后亦可以經MyD88非依賴的、由能誘導干擾素β生成且含有TIR功能域的轉接蛋白所介導的信號途徑參與NF-κB的延時激活、并促進Ⅰ型干擾素和炎性介質的生成[3-7]。

1.3 TLRs所識別的配體 不同的TLRs識別各自相應的病原體細胞組分[6-7]。巨噬細胞膜表面上的TLR2與TLR1或TLR6所形成異源二聚體(TLR2/TLR1或TLR2/TLR6)能識別的配體有革蘭陽性菌的肽聚糖、磷壁酸和脂蛋白，分枝菌屬細胞壁上的阿拉伯甘露聚糖脂、脂化甘露聚糖、脂蛋白(相對分子質量為38 000和19 000)、磷脂酰肌醇甘露糖苷、三酰脂蛋白(TLR2/TLR1)和乙酰脂蛋白(TLR2/TLR6)等[10-11]。TLR4識別的配體主要包括革蘭陰性菌表面的脂多糖和熱激蛋白(60/65)及結核菌相對分子質量為38 000脂蛋白[12-13]。而雙鏈DNA病毒及細菌和病毒DNA中非甲基化的CpG序列是目前已明確的TLR9所能識別的分子模式。TLR2和TLR4在感知病原體的入侵及啟動天然免疫后進一步誘發炎性應答中起主導作用[2,4,14]。

2 TLRs介導結核分枝桿菌的天然免疫和獲得性免疫應答

2.1 TLRs介導結核菌的天然免疫過程 結核分枝桿菌與宿主細胞之間的相互作用十分復雜，由結核菌感染所促發的免疫反應伴隨于結核菌清除和致病的各個環節。天然免疫應答是抵御結核分枝桿菌感染的第一道防線，始于體內免疫細胞膜上模式識別受體，如TLRs、Nod樣受體、補充受體、甘露糖受體、CD14受體、清道夫受體、Fcγ受體和樹突狀細胞特異性細胞間黏附分子等，對結核菌細胞壁上相應病原體相關分子模式的識別。其中，TLRs在結核菌的宿主防御反應中作為連接天然免疫和獲得性免疫的“橋梁”，起著關鍵性的誘導作用[2,8]。

結核菌主要經呼吸道入侵機體。當機體感染結核菌后，位于巨噬細胞和樹突狀細胞膜上的TLRs特異性地識別結核菌上的病原體相關分子模式(如相對分子質量為19 000和38 000 的脂蛋白、脂化甘露聚糖、磷脂酰肌醇甘露糖苷、阿拉伯甘露聚糖脂和核酸等)，隨后激活轉接蛋白MyD88募集IRAK、TRAF6、MAPKs和轉錄生長因子β相關蛋白激酶1等效應分子引起細胞內多條信號通路的活化，聯合誘導NF-κB的活化轉位入核，繼而促使下游多種促炎性因子、趨化因子、黏附分子和受體分子靶基因的轉錄表達[4,8,15]，其中最為關鍵性分子是腫瘤壞死因子和干擾素[14]。而IL-1、IL-6、IL-8等細胞因子參與募集單核細胞、中性粒細胞和淋巴細胞等炎性細胞到相應病變部位，誘導單核細胞向巨噬細胞的分化。巨噬細胞膜上的TLRs受配體的激動后能上調誘導型一氧化氮合酶、一氧化氮、活性氧物質和活性氮物質的合成，并促進胞質中吞噬體的酸化及吞噬體和溶酶體融合形成吞噬溶酶體的過程，從而介導巨噬細胞直接殺菌效應的發揮[16-18]。同時，TLR4激活可引起細胞內LRG47合成增加而促使結核菌向自噬體聚集，可見TLRs在聯系天然免疫和自噬過程中亦起到一定作用[19-20]。此外，結核菌細胞壁上相對分子質量為19 000 的脂蛋白經TLR2識別而啟動受感染的吞噬細胞的凋亡過程，該過程由半胱氨酸蛋白酶8介導[4,11,21-22]。由此說明，TLRs及其相關信號通路在結核菌誘導的天然免疫應答過程起著核心調控作用[2-3]。研究表明，TLR2-/-小鼠無法形成正常的結核肉芽腫，當暴露于高劑量的結核分枝桿菌時其結核病的感染率明顯升高，并伴有調控慢性結核感染的能力受損，可表現為肺組織結核肉芽腫中Fox3+調節性T細胞特征性聚集明顯減少及肺部炎性浸潤增加，給予輸注野生型巨噬細胞后調節性T細胞聚集增加且肺部炎性浸潤減輕[23]。同時，TLR缺陷型小鼠肺組織中IL-23表達受抑制導致T(h)17細胞數量降低和趨化因子(CXCL9、CXCL10、CXCL11)合成減少[24]。而MyD88基因敲除小鼠更易受結核菌感染[25-26]。此外，TLR1、TLR2、TLR4、TLR6、TLR8和TLR9基因多態性的改變與結核病的患病風險相關[9,15,27-29]。

2.2 TLRs介導結核菌的獲得性免疫過程 抗原呈遞細胞主要包括巨噬細胞和樹突狀細胞，在聯系天然免疫和獲得性免疫間起著關鍵性作用，在天然免疫應答中，結核菌上的病原體相關分子模式(如相對分子質量為19 000的脂蛋白)被抗原呈遞細胞膜上的TLRs(主要為TLR2或TLR4)識別并結合，促進樹突狀細胞的分化成熟，上調輔助刺激分子和主要組織相容性抗原分子Ⅱ(major histocompatibility complex Ⅱ,MHCⅡ)的轉錄表達，繼而激活T細胞，促使其進一步釋放促炎性細胞因子，為適應性免疫T細胞應答做準備[4,14,30]。TLRs在機體獲得性免疫反應的激活中是必不可少的，受結核菌感染的巨噬細胞上調多種抗菌免疫效應基因的表達，這些基因與巨噬細胞在能激動TLR2或TLR4的結核菌細胞組分刺激下所合成靶基因種類基本相同；而MyD88功能缺陷的小鼠無法發揮抗原特異性的Th1細胞反應[30]?？梢?，天然免疫和獲得性免疫反應的協同作用才能有效地對抗結核菌的感染。此外，結核菌裂解物中的脂蛋白成分，如載脂蛋白G和相對分子質量為19 000的載脂蛋白，經與TLR2/TLR1異二聚體相互作用，能不依賴于抗原呈遞細胞的介導而直接激活CD4+記憶T細胞，并誘導細胞因子釋放和天然免疫細胞共刺激分子表達，從而發揮直接調節獲得性免疫反應的作用[31]。

3 TLRs介導結核分枝桿菌的免疫逃避機制

TLRs除了具有調節天然免疫和獲得性免疫應答以促進機體清除結核菌的作用外，還參與結核菌免疫逃逸機制的發生過程。通常，當結核菌入侵機體后即啟動一系列免疫防御反應，包括釋放細胞因子γ干擾素與巨噬細胞表面受體結合，激活Janus激酶/信號轉導子和轉錄激活子信號通路，導致信號轉導子和轉錄激活子α亞基發生磷酸化形成二聚體而轉移入核，特異性地結合位于啟動子區域的γ干擾素活化序列，誘導MHCⅡ反式激活子(MHCⅡtransactivator,CⅡTA)的活化，從而上調MHCⅡ表達。然而，結核菌細胞膜上的部分脂蛋白，如相對分子質量為19 000的脂蛋白、載脂蛋白G、載脂蛋白A、PhoS1和CFP-10等，可通過TLR2/MyD88介導的信號途徑抑制巨噬細胞或樹突狀細胞表面MHCⅡ分子的表達水平，降低其抗原呈遞作用，造成結核菌無法被CD4+T細胞或CD8+T細胞識別并削弱T細胞介導的抗結核菌炎癥反應效能，同時巨噬細胞中由TLR2調控的氧化殺菌效應亦受抑制，不僅不利于獲得性免疫反應產生，還導致結核菌在巨噬細胞中的長期存活[1,4,11,30,32-33]。結核桿菌誘導的MHCⅡ表達下調的可能機制如下。①MHCⅡ基因啟動子受抑制：CⅡTA作為轉錄激活因子能特異性地結合于MHCⅡ編碼基因的啟動子區域，上調MHCⅡ表達。研究發現，結核菌能劑量依賴性地抑制由干擾素γ刺激后巨噬細胞內CⅡTA和MHCⅡ的表達水平，推測胞內CⅡTA表達量下降導致了MHCⅡ基因啟動子受抑制[34]。②CIITA活性的降低：當TLRs受刺激后其下游信號分子MyD88/IRAK/TRAF6/NF-κB/MAPKs依次被激活，誘導CCAATT/增強子結合蛋白β和CCAATT/增強子結合蛋白δ結合到CⅡTA啟動子區域，抑制CⅡTA活性而下調MHCⅡ的表達水平[35]。結核菌細胞壁上的絲氨酸水解酶1通過抑制TLR2-MyD88信號途徑的轉導阻礙巨噬細胞抗炎效應的發揮，當絲氨酸水解酶1發生突變后TLR2-MyD88的抑制解除，使細胞內抗炎細胞因子的合成與釋放增加，故推測結核菌依靠其細胞壁上的某些組分(如絲氨酸水解酶1)阻礙巨噬細胞表面TLR2的活化，逃避宿主細胞的早期識別，延緩抗原呈遞過程，影響獲得性免疫的建立，限制機體抗炎癥反應的強度，從而促進疾病的進展[26]。此外，部分研究發現TLRs信號途徑的異常能干擾巨噬細胞內吞噬體的成熟過程和功能發揮，從而影響結核菌的殺傷效應[36]。但也有另外的研究不支持這一結論，認為吞噬體的成熟并不依賴于TLRs信號通路的調節[37]。盡管有爭議的存在，但普遍觀點還是認為TLRs信號通路是決定吞噬作用后吞噬體去向的關鍵因素[3]。因此，通過調節TLRs介導的免疫殺菌反應和免疫逃避之間的平衡有助于機體結核菌的清除以控制感染發展。

4 結 語

TLRs在調控結核菌感染免疫反應中的機制作用十分復雜，雖然諸多問題仍有待解答，如各TLRs成員間如何協作參與結核菌感染免疫應答的發生、發展，影響TLRs在介導活化或削弱宿主免疫反應中的關鍵因素是什么，改變相應因素能否徹底清除潛伏的結核菌等，但研究表明利用結核菌相關組分所制備的免疫佐劑或純化的TLRs激動劑可直接刺激免疫細胞以激活天然免疫和獲得性免疫系統，有望逆轉結核菌對免疫系統的抑制作用，增強機體抗菌免疫能力。同時，隨著更全面深入的研究對TLRs在介導宿主對結核桿菌感染免疫應答過程中的調控機制的闡明，將為新的結核菌疫苗和抗結核免疫調節劑的研制及開展行之有效的結核病免疫治療提供參考[2,4,14,26,38]。

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Study on the Effect of Toll-like Receptors in Mediation of Immune Responses in Mycobacterium Tuberculosis Infection

GUOXue-ling,LIUHui-guo.

(DepartmentofRespiratoryandCriticalCareMedicine,TongjiHospitalAffiliatedtoTongjiMedicalCollege,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430030,China)

Mycobacterium tuberculosis is the pathogenic agent of tuberculosis.The host immune responses have critical regulation effect on the defense and pathogenesis of tuberculosis.Toll-like receptors(TLRs),belonging to pattern recognition receptors family,act as key sensors of mycobacterial infections and can regulate innate immunity and adaptive immunity.Besides,TLRs participate in the immune evasion process of mycobacterium tuberculosis，so as to facilitate the incidence and development of chronic infection.The immune-adjuvant may help to regulate function of TLRs to enhance the host immune response and would become new direction for the prevention and treatment of tuberculosis.

Mycobacterium tuberculosis; Toll-like receptors; Innate immunity; Adaptive immunity； Immune evasion

R392.32； R378.911

A

1006-2084(2015)12-2142-04

10.3969/j.issn.1006-2084.2015.12.011

2014-09-29

2014-12-03 編輯：伊姍