Toll样受体与病毒感染性皮肤病研究进展

严 翘 综述 王 飞 审校

Toll样受体与病毒感染性皮肤病研究进展

严 翘 综述 王 飞 审校

Toll样受体是机体主要的固有免疫受体分子，可识别病原微生物高度保守的PAMP，激活特异性信号转导途径，连接机体固有免疫与获得性免疫，在机体抗感染过程中发挥着极为重要的作用。本文对Toll样受体在病毒感染性皮肤病中的作用及相关抗病毒药物和疫苗的研制进展进行了综述。

Toll样受体； 人乳头瘤病毒； 药物； 疫苗

Toll样受体(TLRs)在宿主抗微生物免疫中发挥重要作用,在启动天然免疫应答的同时也为获得性免疫的启动提供必要的活化信号。它的一线防御作用存在于呼吸道、消化系统黏膜、皮肤、泌尿生殖系统黏膜等部位。TLRs通过识别外部的病原微生物相关分子模式(PAMPs)和自身损害相关的分子模式(DAMPs)的配体达到激活天然免疫应答的作用。人乳头瘤病毒(HPV)主要感染人类皮肤黏膜的终末分化细胞。其分为低危型和高危型。HPV低危型感染可引起皮肤的寻常疣或生殖器部位的CA,高危型感染与某些癌前病变及宫颈癌相关。TLRs作为固有免疫重要成分,同时为获得性免疫提供活化信号,其在抗HPV感染中发挥重要作用。

1 TLRs、配体及信号通路

迄今为止,TLRs在哺乳动物体内共发现13种,即TLR1～TLR13。研究发现,TLRs3、7、8、9主要识别核酸样结构,1其中TLR9特异性识别非甲基化胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸序列(CpG－DNA)。2TLR4识别细胞表面的脂多糖,3TLR1和TLR6在TLR2的协助下识别细菌和支原体的脂蛋白,4TLR5识别细菌的鞭毛蛋白。5PAMP识别主要依靠胞外区有富含亮氨酸的重复序列(LRRs),6,7信号转导依赖胞内Toll/Interleukin－1受体(TIR)结构域。8,9DAMP模式识别主要靠mRNA,表面活性蛋白A,多种细胞产物如纤连蛋白等10激活传递信号。

1．1 信号传导有两条途径:

1．1．1 MYD88依赖途径 TLRs与其特异性配体结合,通过二聚作用形成TIR－TIR募集髓样细胞分化因子88(MYD88),11MYD88通过死亡结构域的相互作用激活白介素－1受体相关激酶4(IRAK4),使IRAK1磷酸化,磷酸化的IRAK1激活泛素连接酶TRAF6,其经过泛素化得到NF－κB。因而经过信号传导转导级联反应,介导多种免疫细胞激活NF－κB、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK),最终导致基因转录,合成IL－1,IL－6,IL－8,IL－12,TNF－α,IFN－γ等细胞因子,引起中性粒细胞等趋化聚集,发挥天然防御作用。

1．1．2 MYD88非依赖途径 该途径被TLR3使用, TLR4在有上述途径外也可经由MYD88非依赖途径。TLR3、4通过衔接分子TRIF实现该途径。该途径经过一系列反应得到RIP－1,此物质是激活NF－κB的必须中介物质。12

2 TLRs与HPV感染

TLRs3、4、7、8、9可激活下游信号合成IFN－α、IFN－β和IFN－γ、IFNs是固有免疫中机体对抗侵入病原体的重要成分,其分为两组,IFN－α,－β,－κ,－δ,－ε,－ω,和–τ为一组,主要发挥抗病毒作用。在初次感染时合成并发挥抗病毒抗肿瘤和抗免疫调节的作用。IFN－γ为第二组,主要与免疫调节和炎症反应相关。13,14TLRs即通过信号传导途径产生炎性细胞因子、TNFs、IFNs、共刺激分子等和调节细胞凋亡、增殖等发挥抗HPV感染作用。

研究显示TLRs表达于表皮内,正常表皮角质层和颗粒层TLR6、9呈强阳性表达,TLRI、3、10呈中等强度表达,TLR2、4、5、7、8弱表达,棘层和基底层细胞不表达或弱表达TLRs；CA皮损表皮中除基底层弱表达或不表达TLRs外,其余细胞层TLRl、3、6、9强阳性表达,TIR4、8、10中等强度表达,TLR2、5、7弱表达。据Daud1等研究结果:HPV16型感染妇女中,感染持续存在妇女的TLR2、3、7、8、9水平较感染被清除的妇女高。说明尽管TLRs在皮损组织中表达增强,但未能扭转其他机制所致的局部免疫功能低下,HPV感染呈持续状态。15Werner等的研究也发现在HPV感染的宫颈上皮细胞中TLRs和整合素表达增高,它们有可能会是被HPV感染的细胞向肿瘤方向发展。16

3 TLRs与疱疹病毒感染

皮肤黏膜是保护机体不受疱疹病毒感染的第一道防线,其不仅具有物理屏障作用,还因分泌多种细胞因子(如白细胞介素、干扰素、生长因子等)或表达细胞因子受体而具有免疫防御功能。有研究表明其在水痘－带状疱疹病毒感染、单纯疱疹病毒感染的病毒识别及抗病毒免疫中发挥作用。在生殖器疱疹中,机体被HSV感染后,TLRs各自识别相应配体经过上述途径发生反应,其中以TLR1、2、3、5和9升高最明显,监视及识别病毒,激发了天然免疫和特应性免疫发挥抗病毒作用。17另外TLRs的激活可促进抗微生物肽的释放和获得性免疫反应的发生,还可促进宿主细胞对病原体的吞噬以及诱导宿主吞噬体的成熟。

4 TLRs与HIV感染

获得性免疫缺陷综合征是由人类免疫缺陷病毒感染引起的一种严重传染病。HIV主要侵犯免疫系统的CD4＋T细胞,造成机体免疫功能下降,最终因患各种机会性感染或肿瘤而死亡。有研究发现CD123＋类浆细胞样树突状细胞(plasmacytoid dendritic cells, pDC)作为天然免疫中的重要效应细胞可能在HIV新发急性感染中起着重要作用。pDC主要通过Toll样受体7和9对HIV RNA进行识别。TLR7和TLR9表达于pDC的酸性内含体,TLR7主要识别病毒ssRNA, TLR9主要识别病毒CpG－ODN片段进行信号传导,最终通过激活NF－κB,影响pDC功能的发挥。pDC的功能主要是产生大量的IFN－α,其可直接发挥抗病毒作用。18

最近研究发现,B细胞可以通过TLR9信号通路活化发挥抗HIV－l作用,B细胞上TLR的表达水平影响B细胞功能的发挥。19CD4＋T细胞数量的变化被用作监测HIV感染疾病进程的关键指标。有实验结果显示B细胞数量以及B细胞TLR9 mRNA的表达量均与CD4＋T细胞数呈正相关,提示HIV/AIDS患者B细胞数量减少以及B细胞TLR9表达水平降低均是影响疾病进展的重要因素。推测外周血B细胞数量降低和B细胞TLR9表达水平降低很可能是HIV感染者抗HIV－1中和抗体产生减少、体液免疫应答损伤的重要因素之一。

5 TLRs相关抗病毒药物、疫苗研制

TLRs在病毒感染性疾病中起到了重要作用。近年来针对TLRs信号转导途径研制的药物和疫苗在治疗和预防病毒感染性疾病方面取得了初步成效。咪喹莫特属于非核苷杂环胺药物,为小分子免疫调节剂。5%咪喹莫特乳膏是美国食品与药品管理局批准的第一个外用治疗外生殖器肛周疣、日光性角化病和浅表性基底细胞癌的免疫调节剂。咪喹莫特作为TLR7的显效剂,通过诱导机体产生IFN－α、TNF－α、IL－12等细胞因子,刺激机体免疫系统识别病毒感染和肿瘤存在,最终消除相关病损。另一种TLR7激动剂艾沙托立宾(Isatoribine)已被证明在治疗慢性HCV感染中取得良好疗效。CRX－526是属于脂质A类似物。它的作用机制是阻止LPS与TLR4相互作用,阻止相关炎症因子的释放。目前已经成功应用于患炎性肠病的鼠科动物模型中,起到了很好的抗炎作用。20

CPG－DNA疫苗促使TLR9通过识别特征性的CPG－DNA结构来识别病原微生物,产生针对抗原的保护性免疫反应。CPG－DNA疫苗与TLR9结合后,刺激巨噬细胞、树突状细胞等产生IFN－α、TNF－α、IL－12等细胞因子,并能增加细胞表面共刺激分子CD40,CD80,CD86及MHC II类分子等表达,同时刺激未成熟的APC转变为成熟的APC,激活抗原反应性初始T细胞,诱导Th1型细胞免疫应答,从而使机体对病毒感染产生保护性的免疫反应。目前在HCV的治疗中效果显著。

HPV疫苗在国外已经通过3期临床试验,其中默沙东公司研发加德西对HPV6、11(致CA)的免疫有显著效果。同时,以单纯激发T细胞杀伤性功能为原理的疫苗屡次失败,可考虑有效的疫苗是否需同时激发T细胞和B细胞。

6 结语

Toll样受体在宿主抗微生物免疫中发挥重要作用,在启动天然免疫应答的同时也为获得性免疫的启动提供必要的活化信号。其通过识别外部的病原微生物相关分子模式(PAMPs)和自身损害相关的分子模式(DAMPs)的配体达到激活天然免疫应答的作用。但是其在HPV和HIV感染中扮演的角色和作用机制仍不十分明确,需要进一步研究和了解TLRs在机体抗病毒感染中的作用,为新型病毒疫苗和抗病毒药物的研发提供新的、重要的理论依据,为临床治疗病毒感染性疾病和其他一些难治性疾病提供新的方法和途径。

1Alexopoulou L,Holt AC,Medzhitov R,et al．Recognition of double－stranded RNA and activation of NF－κB by Toll－like receptor 3．Nature,2001,413(6857):732－738．

2 Hemmi H,Takeuchi O,Kawai T,et al．A Toll－like receptor recognizes bacterial DNA．Nature,2000,408(6813):740－745．

3 Janssens S,Beyaert R．Role of Toll－like receptors in pathogen recognition．Clinical Microbiology Reviews,2003,16(4):637－646．

4 Takeuchi O,Kawai T,Muhlradt PF,et al．Discrimination of bacterial lipoproteins by Toll－like recepttor 6．International Immunology,2001,13(7):933－940．

5Hayashi F,Smith KD,Ozinsky A,etal．The innate immune response to bacterial flagellin ismediated by Toll－like receptor 5．Nature,2001,410(6832):1099－1103．

6Matsushima N,Tanaka T,Enkhbayar P,et al．Comparative sequence analysis of leucine－rich repeats(LRRs)within vertebrate toll－like receptors．BMC Genomics,2007,21(8):124．

7Werling D,Jann OC,Offord V,et al．Variation matters:TLR structure and species－specific pathogen recognition．Trends Immunol,2009,30(3):124－130．

8O'Neill LA,Bowie AG．The family of five:TIR－domain－containing adaptors in Toll－like receptor signaling．Nat Rev Immunol, 2007,7(5):353－364．

9Gay NJ,Gangloff M．Structure and function of Toll receptors and their ligands．Annu Rev Biochem,2007,76:141－165．

10 Sato Y,Goto Y,Narita N,et al．Cancer cells expressing tolllike receptors and the tumor m icroenvironment．Cancer Microenvironment,2009,2(1):205－214．

11 Bell JK,Botos I,Hall PR,et al．The molecular structure of the Toll－like receptor 3 ligand－binding domain．Proc Natl Acad Sci USA,2005,102(31):10976－10980．

12Meylan E,Burns K,Hofmann K,et al．RIP1 is an essential mediator of Toll－like receptor 3－induced NF－kappa B activation．Nat Immunol,2004,5(5):503－507．

13Sato Y,Goto Y,Narita N,et al．Cancer cells expressing tolllike receptors and the tumormicroenvironment,Cancer Microenvironment,2009,2(1),S205－S214．

14Miettinen M,Sareneva T,Julkunen I,etal．IFNsactivate tolllike receptor gene expression in viral infections．Genes and Immunity,2001,2:349－355．

15 Daud1 II,ScottME,YifeiMa,et al．Association between Toll－like Receptors expression and Human Papillomavirus Type 16 Persistence．Int JCancer,2011,128(4):879－886．

16Werner J,DeCarlo CA,Escott N,et al．Expression of integrins and Toll－like receptors in cervical cancer:Effect of infectious agents．Innate Immunity,2011,18(1):55－69．

17Nazli A,Yao XD,Smieja M,etal．Differential induction of innate anti－viral responses by TLR ligands against Herpes simplex virus,type 2,infection in primary genital epithelium of women．Antiviral Research,2009,81(2):103－112．

18 Zhang Z,Wang FS．Plasmacytoid dendritic cells act as the most competent cell type in linking antiviral innate and adaptive immune responses．Cellular＆Molecular Immunology,2005,2 (6):411－417．

19Dormer M,Brant S,Tinguely M,et a1．Plasma cell toll－like receptor(TLR)expression differs from that of B cells,and plasma cell TLR triggering enhances immunoglobulin production．Immunology,2009,128(4):573－579．

20Madeline FM,Probst P．A synthetic TLR4 antagonisthas antiinflammatory effects in two murine models of inflammatory effects in twomurinemodels of inflammatory bowel disease．Immunol,2005,174(10):6416－6464．

(收稿:2013－04－21 修回:2014－03－10)

Toll－like receptors in virus infectious skin diseases

YAN Qiao,WANG Fei.Department of Dermatology,Zhongda Hospital Affiliated to Southeast University, Nanjing 210009

Toll－like receptors(TLRs)are themost important receptormolecules in host defense of innate and adaptive immune．TLRs recognize discrete exogenous pathogen－associated molecular patterns(PAMPs) and activate specificity signal transduction pathways．It connects innate and adaptive immune and plays an important role in resistance to infection of the body．This review states the roles TLRs played in the virus infection－associated diseases and the development of TLRs related antiviral drugs and vaccines．

Toll－like receptors；HPV；medicine；vaccine

江苏省自然科学基金面上(编号:BK2012748；201104028)

中南大学附属中大医院皮肤性病科,南京,210009