TLRs 在雄性動物生殖中的生物學功能

章琳俐 辛清武 李 麗 朱志明 繆中緯 鄭嫩珠

（福建省農業科學院畜牧獸醫研究所 福州 350013）

精子從形成到與卵子結合的過程都有可能受微生物入侵[1]。 有效的感知并且抵抗微生物的感染對維持動物生殖健康至關重要。 Toll 樣受體（TLRs）是一類重要的模式識別受體，能識別多種病原體，并啟動特異性免疫信號傳導， 觸發抗原特異性適應性反應， 是連接先天性免疫和特異性免疫的橋梁。 近年來，TLR 家族成員在多種動物輸卵管、 顆粒細胞、附睪等非免疫細胞上不斷被報道。這些TLR 不但具有天然防御的作用，還參與正常的生殖生理，影響精子的形成和功能[2]。因此，本文對TLR 在雄性生殖生理學及相關病理學中的作用進行論述， 為動物TLRs相關疾病的治療和預防提供參考。

1 TLRs 概述

Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）是天然免疫系統中重要的模式識別受體， 在機體抵抗防御病原微生物感染方面發揮著重要作用。 哺乳動物中，小鼠上已經發現13 種TLRs， 人類上鑒定出11 種（TLR1-11），豬上也已克隆出TLR1-10 基因[3-5]。 雞上TLRs 由十個成員組成，包括TLR1-1（TLR6）、1-2、2-1、2-2、3、4、5、7、15 和21[6]。 根據細胞定位和病原相關模式分子（PAMPs）的類型，TLRs 大體上分為兩 大 類：（i） 第 一 類 為TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6 和TLR10，它們分布于細胞表面，識別來自細菌、真菌和原生動物的PAMPs；（ii）第二類為TLR3、TLR7、TLR8 和TLR9， 它們識別來自不同病毒和細菌的核酸，位于細胞質內小泡中，如內質網（ER）、內質體、 溶酶體和內質體。 TLR 信號轉導主要通過MyD88 和TRIF 兩個途徑介導天然免疫反應， 它們通過核轉錄因子NF-κB、AP-1、IRF3 和IRF7 的激活，誘導多種細胞因子和IFNs 的釋放，以發揮抗炎癥反應和抗病毒作用。

2 TLRs 在雄性動物生殖系統的表達

許多動物生殖系統中都已檢測到不同類型TLRs 的存在。 目前，對TLR 研究在人和實驗室嚙齒動物上較深入，家養動物上研究較少。 在大鼠睪丸、附睪和輸精管中發現TLR1-11 表達[7]，人睪丸中有TLR1-9 的表達[8]。 Riccioli 等[9]報道了小鼠Sertoli 細胞中TLR2-6 mRNA 的表達。 豬睪丸和附睪也檢測到TLR1-10 mRNA 表達[10]。 雞睪丸表達TLR1、3、5和6[11-12]，精子表達TLR2-5、15、21[11]。TLRs 在動物睪丸的生精細胞、Sertoli 細胞、Leydig 細胞、 附睪的上皮細胞及精子中均有不同類型的表達， 并存在物種間差異。 在雄性動物生殖系統中的廣泛分布表明，其在生殖系統識別細菌、 病毒等免疫中發揮了重要作用。

3 TLRs 在雄性動物生殖中的作用

3.1 TLRs 信號與精子發生 動物睪丸組織中的TLRs 除了對病原體起反應外，在調控激素生成和精子發生等正常功能中也具有潛在作用。 生精細胞和Sertoli 細胞產生的一些分子可作為TLRs 的內源性配體。

Sertoli 細胞吞噬異常的生精細胞以及精子殘體過程中釋放的分子如高遷移率族盒染色體蛋白-1（HMGB1）、mRNA 和CpG DNA 分 別 是TLR2/4、TLR3 和TLR9 的內源性配體[13-14]。 小鼠Sertoli 細胞的TLR2 和TLR4 可被受損的生殖細胞激活后誘導產生促炎因子和趨化因子[15]。 這類細胞因子可能損害血睪屏障的完整性，造成生精功能的紊亂。 Leydig細胞表達的TLR3 和TLR4， 識別相應配體， 激活NF-kB 和IRF3，從而誘導細胞因子TNF-α、IL-6 和IFN-μ 的表達[12]。TNF-α 和IL-6 升高可抑制睪酮的合成，進而影響精子發生[16]。

3.2 TLRs 與生精細胞 雄性生殖細胞是成年動物睪丸內的主要細胞群體。雖然位于血睪屏障內，由其組織和體細胞覆蓋和保護， 但也可能受到病原微生物的感染。因此，雄性生殖細胞自身的防御能力極為重要。 對鼠的研究發現精原細胞和精母細胞表達TLR3，其在病毒入侵時可啟動生精細胞抗病毒的天然免疫反應，并可以誘導生精細胞凋亡[17-18]。 精子細胞表達的TLR11 識別通過生殖道進入睪丸的弓形蟲和大腸桿菌[19]，誘導白細胞介素-12（IL12）和IFN-μ 產生。生殖細胞對病原感染的反應能力，為研究雄性生殖功能和性傳播疾病提供了新線索。

3.3 TLRs 對附睪精子的保護 與睪丸細胞類似，附睪上皮細胞（EECs）同樣表達多種類型TLRs，通過激活固有免疫反應，產生促炎因子和趨化因子，阻止微生物的存活， 并通過招募更多的白細胞來增強炎癥反應，從而在附睪對微生物的反應中發揮作用。Cheng 等[20]報道了Toll 樣受體4 和5 協同啟動小鼠附睪上皮細胞對尿路致病性大腸桿菌感染的先天性免疫反應，活化NF-κB，介導EECs 表達TNF-α、IL-6 和MCP-1。 受損的生殖細胞也可能激活EECs 的先天性免疫反應。

3.4 TLRs 對精子功能的影響 精液可作為細菌和病毒向雌性動物生殖道傳播的載體， 進而傳遞給胎兒[21]。人、鼠和雞等的精子中都發現TLRs 表達。人類精子表達的TLR2 和TLR4 可識別病原組分脂多糖LPS，引起精子運動減慢，并導致精子凋亡[22]。 LPS 作用于豬精子，導致受精能力降低[23]。 Brecchia 等[24]研究發現，LPS 通過損害兔精子膜完整性、 減少精子活動率和增加精子凋亡而導致生殖功能受損。 Zhu等[25]研究顯示小鼠TLR 信號可通過影響線粒體膜電位的方式間接消耗ATP 從而影響精子運動。TLR9 激活也導致精子活力及受精能力降低[26]。 Mihara 等[26]研究表明小鼠TLR9 被未甲基化的CpG DNA激活后，精子活力和受精能力降低，并影響精子頂體狀態，抑制牛血清白蛋白（BSA）誘導的精子獲能。最近，Umehara 等[27]發現小鼠TLR7/8 被配體激活后可選擇性地抑制攜帶X 染色體精子（X-精子）的活力，而不改變Y-精子活力或頂體的形成。 在體外應用TLR7/8 配體（R848）處理小鼠精子成功分離X 精子和Y 精子[28]。 這一成果為動物性別選擇技術的研究提供了新視角。

4 小 結

Toll 樣受體在雄性生殖中不但發揮天然免疫功能，同時對精子發生、附睪的精子保護和精子功能等方面都有重要的影響。 正確認識TLRs 在生殖過程不同階段的功能，包括其表達模式和信號通路等，有助于了解生殖系統的抗微生物特性， 對預防和治療雄性生殖道感染和炎癥具有重要科學意義和應用前景。 目前對TLRs 研究大多集中于人和小鼠上，并獲得較多的成果和進展。由于人、小鼠與家畜等哺乳動物TLRs 進化上相對保守， 可以通過人、 小鼠推測TLRs 在其它動物上的作用。 但不同動物TLRs 功能和確切機制可能存在差異，對雄性生殖Toll 樣受體的許多功能仍待進一步挖掘。