Toll样受体在肺癌中的研究进展

康宝丽， 陆 英 综述， 徐增光 审校

(同济大学附属东方医院科研部，上海 200120)



·综 述·

Toll样受体在肺癌中的研究进展

康宝丽， 陆 英 综述， 徐增光 审校

(同济大学附属东方医院科研部，上海 200120)

肺癌是目前全世界癌症死因的第一位。尽管治疗在不断进步，但预后仍然很差。Toll样受体(Toll-like receptors， TLRs)是一种模式识别受体，是非常重要的天然免疫分子。TLRs识别特异性分子以后能调节适应性免疫。通过TLRs激活免疫系统在起到抗肿瘤作用的同时，由于潜在的慢性炎症，又促进了肺癌的进程。越来越多的研究发现TLRs在肺癌中的功能及其分子机制，提示TLRs在肺癌发生、发展中具有重要作用。

Toll样受体； 炎症； 肺肿瘤； 免疫系统

肺癌是目前全世界癌症死因的第一位，是恶性肿瘤中最常见的一种。近十几年,来全世界每年约有100多万人死于肺癌，肺癌的5年生存率小于14%，并且发病率和病死率呈现年轻化趋势。每年因肺癌死亡的人数远远超过肝癌、胃癌、结直肠癌和前列腺癌的死亡人数[1-2]。肺癌在中国的死亡率在过去30年增加了465%，是上升速度最快的肿瘤。

Toll样受体(Toll-like receptors， TLRs)是一种模式识别受体(Pattern recognition receptors, PRRs)，是非常重要的天然免疫分子。一旦有病原体入侵机体，天然免疫即被启动，TLRs能识别该病原体，因此，TLRs在抗感染中起着很重要的作用。越来越多的研究发现TLRs可通过促进相关免疫分子在免疫细胞膜表面的表达后诱导免疫细胞成熟和发挥功能；TLR通过调控免疫应答来抵抗病原微生物感染；TLRs产生的过度免疫应答引发全身性的免疫病理损伤；诱导依赖NO的杀菌活性，促进细胞因子的合成与释放，TLRs家族各种类之间的协同作用对免疫应答的影响等。所以，TLRs在引发炎症反应等方面的作用显得尤为重要[3-4]。

流行病学研究结果显示，全球有近15%～20%的癌症死亡与潜在的感染和免疫反应有关。无论是在免疫细胞或肿瘤细胞中，TLRs都起到了重要作用，它们既能通过免疫应答反应起抗肿瘤作用，又能促进肿瘤生长和恶性转化[5]。本研究主要就TLRs在肺癌中的研究现状作一综述。

1 Toll样受体的结构与信号传递

Toll样受体(TLRs)是一族单跨膜受体，部分表达在细胞表面，也可表达在各种不同类型细胞的胞浆内，特别是表达在与先天免疫系统相关的细胞中,参与启动自身免疫炎症反应。TLRs与不同病原体的病原相关分子模式识别后，促进免疫细胞释放抗炎因子，启动抵抗病原体的固有免疫应答反应，在抗感染过程中起了重要作用。迄今为止，已发现11种人类TLRs，分别命名为TLR1-11。根据受体所在位置不同分为细胞表面的TLR(TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6和TLR11)和细胞内的TLR(TLR3、TLR7、TLR8和TLR9)[6]。

1.1 Toll样受体的结构

Toll样受体的结构包括三部分: 胞膜外区、胞浆区和跨膜区。胞膜外区主要是含18～31个富含亮氨酸的重复序列(Leucine rich repeats， LRRs)，它参与识别病原相关分子模式；胞浆区主要与信号传导有关，因为与IL-1R家族胞浆区相似，故称为Toll/IL-1受体同源区(Toll/IL-1 receptor domain，TIR结构域)。

1.2 Toll样受体的配体

TLRs配体包括两大类: 外源性和内源性。外源性的TLRs配体主要有LPS、鞭毛蛋白、非甲基化胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸序列的DNA(CpG DNA)、脂肽、双链RNA等。随着研究的深入发现的内源性配体也逐渐增多，主要在TLR2和TLR4受体中，包括与宿主细胞相关的DNA、纤维蛋白原和热休克蛋白等。

不同的TLR识别不同的配体。TLR1、TLR2和TLR6协同识别细菌脂肽和脂磷壁酸，TLR3识别病毒双链RNA，TLR4介导革兰阴性杆菌LPS的信号转导，TLR5可以被细菌鞭毛蛋白激活，病毒性单链RNA能激活TLR7和TLR8，TLR9与未甲基化CpG DNA引起的细胞内反应有关[7-8]。

1.3 Toll样受体的信号通路

当侵入机体的病原微生物与TLR特异性地结合后，细胞内与Toll样受体相关的信号转导通路被激活，活化细胞核内的多种促炎基因的表达增加，产生炎症因子。胞内接头蛋白主要有髓样分化因子88(Myeloid differentiation 88， MyD88)、白细胞介素1受体衔接蛋白(Toll/IL-1 receptor domain contain-ing adaptor protein， TIRAP)、含有TIR结构能诱导干扰素β的接头分子(Toll/IL-1 receptor domain containing adaptor inducing interferon-beta， TRIF)和TRIF相关接头分子(TRIF-related adaptor molecule， TRAM)，与TLRs相互作用后激活多条信号通路，产生炎症反应。MyD88是TLRs信号通路中最重要的分子，所有的TLRs介导的信号转导与之有关，但TLR3除外。TLRs因为与IL-1受体家族的TIR结构域相似，两者的信号传导途径相似[9]。TLR3的信号传导通过TRIF途径；TLR4的信号传导可通过TRIF和MyD88[10]两种途径。因接头蛋白的不同，将信号通路分为MyD88依赖性和非MyD88依赖性途径。

研究表明，由TLRs诱导的信号通路在肿瘤形成过程中可能扮演着非常重要的作用。经历一系列的信号传导之后，分子最终会激活NF-κB[11]以及丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)，刺激细胞活化后诱导增殖和转化，细胞凋亡被抑制，同时释放的大量炎性因子有利于肿瘤微环境的形成，促进肿瘤的发生和发展。

1.4 Toll样受体的功能

TLRs在炎症性相关疾病中激活后对机体具有保护作用，通过提高先天免疫应答和获得性免疫反应来实现，但因伴随的持续性炎症反应会损伤机体，自身免疫病、感染性疾病和慢性炎症等的发生都与之相关。TLRs在肿瘤中的研究发现: TLRs表达的上调可能对促进了肿瘤的生长；但另一方面也可能通过机体免疫系统中的旁路途径，监控恶性肿瘤细胞的转移[12-13]。

2 Toll样受体在肺癌中的研究现状

在正常状态下，TLRs信号通路的激活可以保持机体内器官组织健康良性运转。但机体内的组织发生损伤后产生的慢性炎症反应可能会促发肿瘤发生，而肿瘤在机体内的发生发展也可能会被免疫系统误认为是组织损伤，TLRs信号通路激活产生炎症性应答反应。

目前已报道的肺组织中表达的TLRs有TLR1，TLR2，TLR3，TLR4，TLR5，TLR6和TLR9。有趣的是TLR2，TLR4，TLR5，TLR7/8和TLR9在肺癌组织中的表达较正常肺组织更高。

2.1 Toll样受体- 4(TLR4)与肺癌

TLR4是先天免疫系统中的一部分，是机体阻挡有害病原微生物入侵的第一道防线。TLR4主要表达于中性粒细胞、巨噬细胞、内皮细胞、及树突状细胞等，其主要通过与相关的内源性配体或PAMPs结合后，合成与释放细胞因子和炎症介质，诱导免疫细胞分化和成熟，从而起到保护机体的作用。

TLR4的主要配体为革兰阴性杆菌的LPS。经典的信号传递途径为: LPS作为配体特异性地与TLR4的胞内接头蛋白MyD88结合，丝裂原活化蛋白激酶和IKB激酶家族发生磷酸化，最后分别活化AP-1和NF-κB，促使分泌IL-6、TNF-α和IL-1β等炎性因子发生炎症反应，开始启动早期免疫应答。癌症的发生与长期慢性炎症显著相关。TLR4在抑制慢性肺部炎症和肿瘤的发生发展过程中起了重要作用。如果在机体肿瘤和炎症之中没有TLR4的作用，机体将更容易发生肿瘤，肿瘤和炎症的发展更不可控，大幅增加死亡数量。在研究TLR4与肺癌的关系中证实，癌细胞表达TLR4能诱导其凋亡耐受，通过免疫抑制因子增强癌细胞的免疫逃避机制。TLR2和TLR4的协同信号通路在肺组织中对基底细胞凋亡的调控，使上皮细胞处于稳态平衡之中，因此肺组织可以抵抗例如博来霉素或氧过多对其造成的损伤。慢性炎症使机体易于罹患不同类型的肿瘤，以TLR4作为切入点也许能寻找一条治疗慢性炎症和减少肿瘤发生的有效途径。

对于某些重症炎性疾病给予TLR4拮抗剂可能发挥治疗作用。TLR4的激动剂单磷酰脂质A(MPL)可以诱导IFN及调节CD80/CD86，已经用作疫苗佐剂。对临床422名过敏性哮喘病人进行超短期免疫治疗发现，MPL能减少60%以上患者服用抗过敏药物的剂量，并未出现严重不良反应和药物过敏。Eritoran(E5564)是人工合成的TLR4特异性拮抗剂，临床Ⅱ期试验发现将Eritoran给予败血症患者后，其毒性反应及病死率明显降低。

2.2 Toll样受体-9(TLR9)与肺癌

TLR9是一种内源性TLR，主要识别细菌或病毒DNA中的非甲基化胞苷酸鸟苷基序(CpG)或人工合成的寡脱氧核苷酸(CpG-ODN)。TLR9对外源性CpG-DNA激活固有免疫反应过程中有着了非常重要的生物学意义。经典激活途径为: TLR9识别CpG-DNA后，细胞因子和趋化因子的分泌大量增加。使靶细胞产生Th1细胞样炎症反应，诱导B细胞和DCs分化成熟，获得功能。刺激抗原提呈细胞将肿瘤抗原提呈给T细胞使其致敏，适应性免疫应答反应启动。

研究表明，TLR9除具有抗感染作用以外，还与自身免疫紊乱、恶性肿瘤的发生有关，包括肺癌在内的很多肿瘤均发现高表达TLR9[14]。TLR9诱导的信号通路在肿瘤形成过程中起着重要作用，Droemann等的研究结果显示肺癌组织中TLR9阳性表达率明显高于癌旁组织和正常肺癌组织。TLR9蛋白在非小细胞肺癌组织中的表达要显著高于癌旁正常肺组织。TLR9在组织中表达的高低与患者的年龄、性别、肿瘤的大小及部位无关，但与肿瘤分化程度、TMN分期、远处转移或淋巴结转移有关。TLR9的多态性与肺癌的发生有关，TLR9基因突变会使机体罹患肺癌的危险性增加；同时，TLR9可促进Treg细胞增加，肿瘤免疫耐受增强，加快肿瘤的发生和发展进。

细胞内核酸内切酶能降解天然DNA的磷酸二酯骨架，天然CpG ODN的半衰期只有几分钟。而将CpG ODN的骨架经过抗核酸酶和磷硫酰人工体外修饰后，t1/3可以延长到48h。迄今为止已有多种人工合成的TLR9激动剂被应用于抗肿瘤治疗之中。应用较广泛的是美国Wellesley公司研发的CpG ODN，命名为CpG 7909(PF．3512676或者CpG ODN 2006)。已应用于抗肿瘤临床试验的TLR9激动剂还有ISS1018、IMO-2055和CpG-28等。

2.3 Toll样受体2(TLR2)与肺癌

TLR2能识别广谱的病原体产物，主要识别细菌中的肽聚糖和脂磷壁酸。TLR2与完整的革兰阳性菌或者细胞壁中的肽聚糖和脂磷壁酸成分识别后，细胞内信号传导通路被激活。TLR2与配体结合后引发的级联信号既能抗肿瘤又能促进肿瘤发生发展。TLR1与TLR2结合形成的异二聚体，与其配体细菌脂蛋白结合后可以下调Treg细胞的抑制功能，上调肿瘤特异性细胞毒T淋巴细胞，发挥抗肿瘤效应[22]。其激动剂SMPl05有治疗癌症的效果。研究发现阻断TLR2信号通道抑制B16黑色素瘤细胞的转移，抗TLR2抗体可显著减少转移的B16黑色素瘤节节数，降低动物肺脏指数。阻断THl2信号抑制B16黑色素瘤小鼠肺脏DC成熟、TLR2表达以及调节性T细胞反应。阻断TLR2信号通道减少博来霉素诱导的急性肺损伤、肺部炎症和纤维化。

2.4 Toll样受体5(TLR5)与肺癌

人TLR5的基因位于1q41- 42，广泛表达于肺、肝脏、肠上皮、胸腺、和肠固有层的树突状细胞，在炎症结肠上皮细胞上有表达，研究发现在人胃癌、乳腺癌细胞和腔舌鳞状癌等肿瘤细胞中也有表达。TLR5通过识别病原微生物中的PAMPs,激活信号通路后分泌致炎因子，参与机体粘膜屏障的免疫防御作用。

周辉等[15]的研究结果发现TLR5在肺泡间质中不表达，但表达或弱表达于正常肺组织支气管上皮。可能是因为外源性的细菌鞭毛蛋白等TLR5配体刺激支气管上皮，激活下游TLR5信号通路，正常肺组织支气管粘膜的免疫防御机制被启动，构成防御感染的粘膜屏障。在非小细胞肺癌组织中TLR5蛋白的表达明显高于正常肺组织，表达率达65.1%，提示在肺癌中TLR5蛋白的表达升高可能与肿瘤发生发展过程有关。TLR5蛋白的表达强度可能与NSCLC的分化程度相关，TLR5蛋白表达阳性率越高，癌细胞分化程度就越低，表明TLR5阳性表达率可作为辨别NSCLC恶性程度的潜在指标。Lion[16]等发现，雌激素受体与p53结合可以诱导激活新的基因表达，形成肿瘤细胞的微环境，说明TLR5可能是一个新的p53靶分子。

多肽药物CBLB50是以鞭毛蛋白为基础合成的人工药物，通过激活NF-κB来抑制p53信号通路，除了作为一种放射损伤保护药，在抗肿瘤药和放疗辅助方面也是极具潜力[17]。

2.5 Toll样受体-7、8(TLR7、8)与肺癌

目前,对于TLR7和TLR8与肺癌的关系研究尚少。TLR7和TLR8是具有相似结构的两个位于细胞质内的TLRs家族成员。TLR7主要表达于抗原提呈细胞和树突状细胞，TLR8主要表达于巨噬细胞、单核细胞和髓系DC，其配体包括天然配体(病毒复制过程中产生的单链RNA)和人工合成的化合物(人工合成的RNA片段及咪唑喹啉胺类等)两种。

在肺癌细胞株上使用TLR7和TLR8相应配体刺激细胞后，细胞内NF-κB分子被激活，Bcl-2等抗凋亡蛋白表达上调。同时，有研究发现在非小细胞肺癌细胞中TLR7 mRNA的表达水平明显高于正常肺组织[18]。马海丽等[19]采用免疫组化方法在非小细胞肺癌及癌旁正常组织中的检测TLR7和TLR8蛋白质表达水平，发现在鳞癌及腺癌中TLR7的阳性率均高于癌旁正常肺组织，TLR7阳性表达率为48.8%，TLR8阳性表达率为69.8%。这些研究提示TLR7、TLR8可能与肺癌的发生、发展密切相关。

咪喹莫特是首个靶向TLRs的药物，通过作用于TLR7和TLR8达到调节免疫和治疗肿瘤的目的，其作用机理是诱导产生大量细胞因子，如TNF-α、IL和IFN等。是目前最为成功的TLRs靶向药之一，并已用于临床治疗。

3 展 望

先天免疫系统在预防慢性炎症和肿瘤的发生发展中起了重要作用,深入了解先天性免疫有利于寻求治疗众多疾病的有效途径。现在我们已经知道TLR4的功能和基因突变对免疫应答反应的影响，若再深入探索TLR4对肿瘤生物学的影响和作用，可以为炎症、肿瘤等慢性疾病提供新的治疗靶点。已经证实人工合成的TLR9的激动剂能够刺激细胞分泌大量细胞因子和趋化因子，有效递呈肿瘤细胞抗原，增强过继免疫应答起到抗肿瘤作用。

深入研究TLRs家族在肺癌中的相关机制，以TLRs作为治疗靶点为防治肺癌等肿瘤提供更有效的途径。阐明TLRs信号通路与免疫应答反应和肿瘤发生发展之间的关系及其调控机制，有利于为治疗肺癌提供新的思路，也可应用于肺癌的化疗和免疫治疗。

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Research progress of Toll-like receptor in lung cancer

KANGBao-li,LUYing,XUZeng-guang

(Dept. of Research, East Hospital, Tongji University, Shanghai 200120, China)

Lung carcinoma is one of the leading causes of death worldwide. Despite advances in treatment, the prognosis remains poor.Toll-like receptors play a key role in the innate immune system. The recognition of specific molecules by TLRs leads to the activation of the adaptive immune system. The exogenous activation of the immune system via TLRs could on one side be a strategy to fight cancer, but on the other exacerbate, a latent chronic inflammation, which in turn, would further favour lung carcinoma progression. Recently, evidence has been accumulated to illustrate the molecular mechanisms by which these TLRs are functioning, so that to provide insight into the functional roles they may play in tumorigenesis.

Toll-like receptors; inflammation; lung cancer; immune system

10.16118/j.1008-0392.2015.03.031

2014-06-26

上海市浦东新区卫生系统领先人才培养计划(PWRL2014-01); 上海市浦东新区科委(PKJ2009-Y05); 上海市科委生物医药领域重点项目(11DZ1973800)

康宝丽(1989—)，女，硕士研究生.E-mail: fkfinnkang@outlook.com

徐增光.E-mail: xuzg1998@163.com

R 734.2

A

1008-0392(2015)03-0140-05