Toll样受体在过敏性疾病、感染性疾病及肿瘤中的研究进展

朱 江 肖 佳 何世平 姜文奇 郑 多



Toll样受体在过敏性疾病、感染性疾病及肿瘤中的研究进展

朱 江 肖 佳 何世平 姜文奇 郑 多

先天性免疫是机体抵御病原体入侵和维持自体稳态的一个重要防御机制。Toll样受体作为先天性免疫机制中的重要受体分子，被认为在多个免疫反应相关的信号通路中起关键作用。Toll样受体家族成员能识别病原信号分子，激活机体免疫系统。然而，在不同疾病中，Toll样受体的激活或抑制将发挥截然不同的作用。本文重点阐述了Toll样受体在过敏性疾病、感染性疾病和肿瘤中的研究进展，并讨论了Toll样受体及相关药物在这些疾病中的应用。

Toll样受体 过敏性疾病 感染性疾病 肿瘤

先天性免疫是机体抵御病原体入侵，维持自体稳态的重要防御机制。现今已知多种免疫相关细胞，如中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞及树突状细胞等，与先天性免疫机制有着密不可分的关系。这些免疫相关细胞上普遍存在一类受体分子，它们能够在机体受到外源病原体等入侵时，识别相应的“危险信号”，并启动先天性免疫的保护机制。这些负责识别“危险信号”的重要受体分子被称为模式识别受体(PRRs)。PRRs种类繁多，根据识别的配体种类以及激活的下游级联通路等，可分为Toll样受体(TLRs)，C型凝集素受体(CLRs)，NOD样受体(NLRs)，RIG-1样受体(RLRs)和AIM2样受体(ALRs)等5类受体分子。其中，Toll样受体是一类最为重要的模式识别受体，被认为在多个免疫反应相关的信号通路中起关键作用。本文将针对目前热门研究的Toll样受体相关疾病，如过敏性疾病、感染性疾病及肿瘤等，讨论Toll样受体及相关药物在这些疾病中的研究进展及应用前景。

一、Toll样受体的分类及相关信号通路

Toll样受体主要由富含亮氨酸的胞外配体识别区，跨膜区，和参与信号通路的Toll-interleukin 1受体(TIR)区域组成。目前，已发现10种不同功能的人Toll样受体和12种鼠Toll样受体。根据在细胞分布位置不同，Toll样受体可分为细胞表面Toll样受体和内涵体Toll样受体。细胞表面Toll样受体主要有TLR2、TLR4和TLR5。其中TLR2常与TLR1或TLR6组成的异源二聚体，其主要作用是感知细菌产物如脂蛋白、脂多糖、肽聚糖、葡聚糖、糖基磷脂酰肌醇和糖蛋白等；TLR4主要由革兰阴性菌产生的LPS激活；TLR5主要监测细菌的鞭毛蛋白。而TLR3、TLR7、TLR8和TLR9则主要是以内涵体Toll样受体的形式存在于细胞中，其生物学功能主要是识别细菌的核酸类物质，其中TLR3能识别双链RNA；TLR7和TLR8主要识别单链RNA；TLR9则识别包括非甲基化修饰CpG的DNA序列[1]。因此，内涵体TLRs主要与病毒防御有关，而细胞膜TLRs则主要跟细胞和真菌感染有关[2]。

Toll样受体的相关信号通路主要是通过TIR/TIR区域相互作用实现的，而信号衔接蛋白MyD88是Toll样受体下游信号通路中的重要分子。除TLR3以外几乎所有Toll样受体均通过MyD88实现下游NF-κB和MAPK的活化。TLR5、TLR7、TLR8、TLR9激活后可直接与MyD88分子相互作用，TLR2和TLR4则需要通过TIRAP分子与MyD88发生作用。包涵体膜上的TLR3能够募集TRIF并通过TRAM的桥接作用激活TLR4。同时还能通过TRIF，而非依赖MyD88，激活IRF3以及NF-κB的活化，激活干扰素以及干扰素诱导基因[3]。Toll样受体通过不同的机制参与过敏性疾病、感染性疾病以及肿瘤等多种疾病的发生、发展过程，因此研究Toll样受体及其相关的激动剂类或抑制剂类药物对这些疾病的预防和治疗有着重要的作用。

二、Toll样受体与过敏性疾病

现阶段过敏性疾病的治疗，由于治疗费用高、不良反应大以及疗效不显著等因素，亟待寻求新的治疗方案。众多研究表明，Toll样受体作为先天免疫中的重要受体分子，很有可能成为安全有效的治疗靶点[4]。Toll 样受体与Th1型和Th2型 T细胞的形成和成熟关系密切，因而其在过敏性疾病中发挥着双刃剑的作用[5]。

Toll样受体能有效识别多种病原体结构成分，其中包括能引起呼吸道过敏性免疫反应的革兰阳性和阴性细菌以及一些病毒成分。其主要通过TIR的衔接蛋白TIRAP和MyD88下游信号通路最终使干扰素调控因子3/7、API和 NF-κB移动到细胞核，使得Ⅰ型干扰素及一些趋化因子和细胞炎性因子产量增加[6]。在多种细胞膜Toll样受体中，TLR5在单核细胞来源的树突状细胞，嗜酸性粒细胞以及呼吸道上皮细胞都有表达。但TLR5与呼吸道过敏性疾病的关系还存在争议，有研究认为TLR5的表达与哮喘无明显关系，但另有研究提示在哮喘患者呼吸道上皮中TLR5表达下降[7]。研究表明TLR2激动剂Pam3Cys能增加Th2型免疫应答反应以及呼吸道的炎性反应，而同样是TLR2激动剂的Pam3CSK4却能有效降低Th2型细胞因子的释放以及IgE的水平[8]。内涵体Toll样受体TLR7/8激动剂咪喹莫特，在促进细胞抵抗病毒和病毒导致的呼吸道功能丧失方面有明显作用[9]。在小鼠实验中，使用咪喹莫特可降低肺组织中巨噬细胞和B淋巴细胞的数量以及TNF-α产量，同时增加DC细胞和自然杀伤细胞的富集及IL-10的产量[10]。另外，近期的临床试验表明，TLR7激动剂AZD8848，能够安全有效的降低季节性过敏性鼻炎的症状。其作用机制可能是AZD8848能促进IL-1Ra的产生，并且降低过敏性鼻炎患者肥大细胞中类胰蛋白和α2巨球蛋白的产生，从而减少浆液渗出以及肥大细胞的活力[11]。

三、Toll样受体与感染性疾病

动物实验和临床研究表明，Toll样受体在感染性疾病中同样发挥重要作用。Toll样受体经活化后，通过增强成熟抗原递呈细胞等从而增强体内免疫反应[12]。TLR4缺陷的C3H/HeJ小鼠对LPS的免疫应答能力下降，并且容易因鼠伤寒沙门菌等致死性菌而致病[13]。而TLR2敲除小鼠容易受到肺炎链球的感染，并增加其在鼠间的传播[14]。当机体受到细菌等外源病原体入侵时，TLR4-MD2-CD14复合体能结合革兰阴性菌表面内毒素并激活下游相关信号通路[15]。 另外，细胞膜表面的TLR2可识别多种微生物源配体，包括细菌、真菌、病毒和寄生虫等，并与TLR1、TLR6甚至可能与TLR10组成异源二聚体发挥功能性作用。T2.5是一类能中和TLR2的单克隆抗体，并能有效阻断Pam3CSK4所介导的NF-κB入核以及MAPK磷酸化。Pam3CSK4或高剂量热灭活枯草杆菌引起休克的动物模型试验中，注射T2.5能避免致命的休克综合征，增加模型动物的存活率。另外，T2.5联合抗TLR4/MD-2抗体和抗生素还能抑制小鼠因肠道沙门菌和大肠杆菌感染引起的败血症。

内涵体Toll样受体TLR3主要识别在病毒感染过程中产生的dsRNA。在不同病毒感染的情况下，TLR3发挥的作用也不相同[16]。致命性呼吸道病毒感染动物模型实验中，运用TLR3激动剂多聚胞苷酸[poly(I:C)]的衍生物[Poly(I:C12U)]进行治疗，收到良好效果。另外，TLR7/8激动剂咪喹莫特可以活化TLR7和TLR8能产生大量的Ⅰ型干扰素以及NF-κB信号通路的相关细胞因子，产生强烈的抗病毒反应[17]。已经进入临床试验的TLR9激动剂，如CPG10101、IMO-2125、SD-101和CpG 7909等CpG寡脱氧核苷酸(CpG ODNs)类似物，在治疗慢性病毒感染中能发挥重要作用。如在治疗慢性HCV感染的实验中，应用CpG ODNs类似物激动剂能够有效的抑制病毒的复制，降低体内病毒负载量，促进机体免疫应答反应。

四、Toll样受体与肿瘤

Toll样受体及其下游信号通路的过度激活很可能导致持续性免疫反应，最终导致慢性炎症甚至肿瘤的发生，而Toll样受体的异常激活很可能在其中扮演重要角色，如幽门螺杆菌感染会增加胃腺癌和胃淋巴癌的患病风险；特定的HPV感染可导致子宫颈癌；慢性HBV和HCV感染直接导致肝癌的发生；EB病毒感染与伯基特淋巴瘤、霍奇金淋巴瘤以及鼻咽癌的发生有直接关系；HPV8是引起卡波西肉瘤的重要因素等[18]。

高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一类肿瘤细胞发生细胞坏死时释放的损伤相关模式分子(DAMP)。HMGB1是TLR4的一种细胞内源性配体，研究发现HMGB1与肿瘤细胞的侵袭，迁移及转移有密切关系[19]。另一项研究发现，在肿瘤微环境中高水平的DAMP相关分子将促进TLR4相关慢性炎症的发生，最终导致恶变和肿瘤的形成和转移[20]。但与此同时，也有研究发现应用牛结核分枝杆菌卡介苗时，能激发DC细胞的TLR4以及TLR2信号通路，最终促进T细胞以及巨噬细胞的活化、增殖和抗肿瘤能力。此外，冻干青霉素灭活后的酿脓链球菌中的提取物OK-432也能够通过TLR4信号通路提升抗肿瘤免疫能力和DC细胞的成熟[21]。

内涵体Toll样受体与肿瘤的发生、发展也密切相关，如增生型和绒毛状息肉型大肠癌患者TLR9的表达量明显下降[22]。很多肿瘤治疗将内涵体Toll样受体作为重要的抗肿瘤药物靶点。前文所述的TLR9激动剂CpG寡脱氧核苷酸是现阶段研究较多的一类靶向TLR9的抗肿瘤药物。其诸多类似物已经被用于抗肿瘤治疗研究，如PF-3512676在治疗慢性淋巴细胞性白血病效果显著，MGN1703可有效控制大肠癌等[23，24]。但同时，另一些研究也发现，活化TLR3和TLR9能够通过激活NF-κB信号通路，将导致骨髓瘤细胞的增殖[25]。因此，虽然目前Toll样受体相关药物在某些肿瘤的治疗中发挥抗肿瘤的作用，但其适用性和不良反应等仍需进一步研究。

五、展 望

目前，国内对于Toll样受体及相关的靶向药物的临床研究较少。综合近年来国际上对Toll样受体的研究，无论是过敏性疾病的治疗、感染性疾病的治疗或是抗肿瘤治疗，Toll样受体都备受关注。但随着对Toll样受体信号通路机制等相关研究的深入，人们发现简单的应用相关抑制剂或激动剂作为药物来治疗疾病，似乎过于草率。例如一方面Toll样受体能增强免疫反应，但是另一方面，某些肿瘤细胞也可以将这些信号通路为其所用。因此，在研究Toll样受体相关治疗药物的同时，也应注意到不同疾病对Toll样受体及其信号通路的不同反应。目前临床试验的多种Toll样受体激动剂，虽然前期在细胞、组织和动物实验中结果令人满意，但很多药物在临床试验中都表现出失效或是不良反应过大等缺点。因此研究有效、低不良反应的Toll样受体相关药物将是未来Toll样受体免疫治疗的重点。同时，基于疾病的类型和阶段的不同，目前临床试验中表现较好的药物如MGN-1703(TLR9)、咪喹莫特(TLR7/8)等，虽然单独使用的治疗作用明显，但越来越多的文献以及临床研究发现，联合多种治疗手段对疾病的控制和治疗效果更为突出。因此，使用现有治疗方案的同时，联合多种新型疗法的综合治疗方法将会表现出更好的应用前景。

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(修回日期：2015-03-09)

国家自然科学基金青年科学基金资助项目(81402289)

510060 广州，中山大学肿瘤防治中心(朱江、姜文奇)；518060 深圳大学医学部(朱江、何世平、姜文奇、郑多)；510632广州，暨南大学生命科学技术学院(肖佳)

郑多，电子信箱：dzheng@szu.edu.cn

R392

A DOI 10.11969/j.issn.1673-548X.2015.10.002

2015-02-27)