TLRs 在雄性动物生殖中的生物学功能

章琳俐 辛清武 李 丽 朱志明 缪中纬 郑嫩珠

（福建省农业科学院畜牧兽医研究所 福州 350013）

精子从形成到与卵子结合的过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对维持动物生殖健康至关重要。 Toll 样受体（TLRs）是一类重要的模式识别受体，能识别多种病原体，并启动特异性免疫信号传导， 触发抗原特异性适应性反应， 是连接先天性免疫和特异性免疫的桥梁。 近年来，TLR 家族成员在多种动物输卵管、 颗粒细胞、附睾等非免疫细胞上不断被报道。这些TLR 不但具有天然防御的作用，还参与正常的生殖生理，影响精子的形成和功能[2]。因此，本文对TLR 在雄性生殖生理学及相关病理学中的作用进行论述， 为动物TLRs相关疾病的治疗和预防提供参考。

1 TLRs 概述

Toll 样受体（Toll-like receptors，TLRs）是天然免疫系统中重要的模式识别受体， 在机体抵抗防御病原微生物感染方面发挥着重要作用。 哺乳动物中，小鼠上已经发现13 种TLRs， 人类上鉴定出11 种（TLR1-11），猪上也已克隆出TLR1-10 基因[3-5]。 鸡上TLRs 由十个成员组成，包括TLR1-1（TLR6）、1-2、2-1、2-2、3、4、5、7、15 和21[6]。 根据细胞定位和病原相关模式分子（PAMPs）的类型，TLRs 大体上分为两 大 类：（i） 第 一 类 为TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6 和TLR10，它们分布于细胞表面，识别来自细菌、真菌和原生动物的PAMPs；（ii）第二类为TLR3、TLR7、TLR8 和TLR9， 它们识别来自不同病毒和细菌的核酸，位于细胞质内小泡中，如内质网（ER）、内质体、 溶酶体和内质体。 TLR 信号转导主要通过MyD88 和TRIF 两个途径介导天然免疫反应， 它们通过核转录因子NF-κB、AP-1、IRF3 和IRF7 的激活，诱导多种细胞因子和IFNs 的释放，以发挥抗炎症反应和抗病毒作用。

2 TLRs 在雄性动物生殖系统的表达

许多动物生殖系统中都已检测到不同类型TLRs 的存在。 目前，对TLR 研究在人和实验室啮齿动物上较深入，家养动物上研究较少。 在大鼠睾丸、附睾和输精管中发现TLR1-11 表达[7]，人睾丸中有TLR1-9 的表达[8]。 Riccioli 等[9]报道了小鼠Sertoli 细胞中TLR2-6 mRNA 的表达。 猪睾丸和附睾也检测到TLR1-10 mRNA 表达[10]。 鸡睾丸表达TLR1、3、5和6[11-12]，精子表达TLR2-5、15、21[11]。TLRs 在动物睾丸的生精细胞、Sertoli 细胞、Leydig 细胞、 附睾的上皮细胞及精子中均有不同类型的表达， 并存在物种间差异。 在雄性动物生殖系统中的广泛分布表明，其在生殖系统识别细菌、 病毒等免疫中发挥了重要作用。

3 TLRs 在雄性动物生殖中的作用

3.1 TLRs 信号与精子发生 动物睾丸组织中的TLRs 除了对病原体起反应外，在调控激素生成和精子发生等正常功能中也具有潜在作用。 生精细胞和Sertoli 细胞产生的一些分子可作为TLRs 的内源性配体。

Sertoli 细胞吞噬异常的生精细胞以及精子残体过程中释放的分子如高迁移率族盒染色体蛋白-1（HMGB1）、mRNA 和CpG DNA 分 别 是TLR2/4、TLR3 和TLR9 的内源性配体[13-14]。 小鼠Sertoli 细胞的TLR2 和TLR4 可被受损的生殖细胞激活后诱导产生促炎因子和趋化因子[15]。 这类细胞因子可能损害血睾屏障的完整性，造成生精功能的紊乱。 Leydig细胞表达的TLR3 和TLR4， 识别相应配体， 激活NF-kB 和IRF3，从而诱导细胞因子TNF-α、IL-6 和IFN-μ 的表达[12]。TNF-α 和IL-6 升高可抑制睾酮的合成，进而影响精子发生[16]。

3.2 TLRs 与生精细胞 雄性生殖细胞是成年动物睾丸内的主要细胞群体。虽然位于血睾屏障内，由其组织和体细胞覆盖和保护， 但也可能受到病原微生物的感染。因此，雄性生殖细胞自身的防御能力极为重要。 对鼠的研究发现精原细胞和精母细胞表达TLR3，其在病毒入侵时可启动生精细胞抗病毒的天然免疫反应，并可以诱导生精细胞凋亡[17-18]。 精子细胞表达的TLR11 识别通过生殖道进入睾丸的弓形虫和大肠杆菌[19]，诱导白细胞介素-12（IL12）和IFN-μ 产生。生殖细胞对病原感染的反应能力，为研究雄性生殖功能和性传播疾病提供了新线索。

3.3 TLRs 对附睾精子的保护 与睾丸细胞类似，附睾上皮细胞（EECs）同样表达多种类型TLRs，通过激活固有免疫反应，产生促炎因子和趋化因子，阻止微生物的存活， 并通过招募更多的白细胞来增强炎症反应，从而在附睾对微生物的反应中发挥作用。Cheng 等[20]报道了Toll 样受体4 和5 协同启动小鼠附睾上皮细胞对尿路致病性大肠杆菌感染的先天性免疫反应，活化NF-κB，介导EECs 表达TNF-α、IL-6 和MCP-1。 受损的生殖细胞也可能激活EECs 的先天性免疫反应。

3.4 TLRs 对精子功能的影响 精液可作为细菌和病毒向雌性动物生殖道传播的载体， 进而传递给胎儿[21]。人、鼠和鸡等的精子中都发现TLRs 表达。人类精子表达的TLR2 和TLR4 可识别病原组分脂多糖LPS，引起精子运动减慢，并导致精子凋亡[22]。 LPS 作用于猪精子，导致受精能力降低[23]。 Brecchia 等[24]研究发现，LPS 通过损害兔精子膜完整性、 减少精子活动率和增加精子凋亡而导致生殖功能受损。 Zhu等[25]研究显示小鼠TLR 信号可通过影响线粒体膜电位的方式间接消耗ATP 从而影响精子运动。TLR9 激活也导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，并影响精子顶体状态，抑制牛血清白蛋白（BSA）诱导的精子获能。最近，Umehara 等[27]发现小鼠TLR7/8 被配体激活后可选择性地抑制携带X 染色体精子（X-精子）的活力，而不改变Y-精子活力或顶体的形成。 在体外应用TLR7/8 配体（R848）处理小鼠精子成功分离X 精子和Y 精子[28]。 这一成果为动物性别选择技术的研究提供了新视角。

4 小 结

Toll 样受体在雄性生殖中不但发挥天然免疫功能，同时对精子发生、附睾的精子保护和精子功能等方面都有重要的影响。 正确认识TLRs 在生殖过程不同阶段的功能，包括其表达模式和信号通路等，有助于了解生殖系统的抗微生物特性， 对预防和治疗雄性生殖道感染和炎症具有重要科学意义和应用前景。 目前对TLRs 研究大多集中于人和小鼠上，并获得较多的成果和进展。由于人、小鼠与家畜等哺乳动物TLRs 进化上相对保守， 可以通过人、 小鼠推测TLRs 在其它动物上的作用。 但不同动物TLRs 功能和确切机制可能存在差异，对雄性生殖Toll 样受体的许多功能仍待进一步挖掘。