Toll樣受體在過敏性疾病、感染性疾病及腫瘤中的研究進(jìn)展

朱 江 肖 佳 何世平 姜文奇 鄭 多

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Toll樣受體在過敏性疾病、感染性疾病及腫瘤中的研究進(jìn)展

朱 江 肖 佳 何世平 姜文奇 鄭 多

先天性免疫是機(jī)體抵御病原體入侵和維持自體穩(wěn)態(tài)的一個(gè)重要防御機(jī)制。Toll樣受體作為先天性免疫機(jī)制中的重要受體分子，被認(rèn)為在多個(gè)免疫反應(yīng)相關(guān)的信號通路中起關(guān)鍵作用。Toll樣受體家族成員能識別病原信號分子，激活機(jī)體免疫系統(tǒng)。然而，在不同疾病中，Toll樣受體的激活或抑制將發(fā)揮截然不同的作用。本文重點(diǎn)闡述了Toll樣受體在過敏性疾病、感染性疾病和腫瘤中的研究進(jìn)展，并討論了Toll樣受體及相關(guān)藥物在這些疾病中的應(yīng)用。

Toll樣受體 過敏性疾病 感染性疾病 腫瘤

先天性免疫是機(jī)體抵御病原體入侵，維持自體穩(wěn)態(tài)的重要防御機(jī)制。現(xiàn)今已知多種免疫相關(guān)細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞等，與先天性免疫機(jī)制有著密不可分的關(guān)系。這些免疫相關(guān)細(xì)胞上普遍存在一類受體分子，它們能夠在機(jī)體受到外源病原體等入侵時(shí)，識別相應(yīng)的“危險(xiǎn)信號”，并啟動(dòng)先天性免疫的保護(hù)機(jī)制。這些負(fù)責(zé)識別“危險(xiǎn)信號”的重要受體分子被稱為模式識別受體(PRRs)。PRRs種類繁多，根據(jù)識別的配體種類以及激活的下游級聯(lián)通路等，可分為Toll樣受體(TLRs)，C型凝集素受體(CLRs)，NOD樣受體(NLRs)，RIG-1樣受體(RLRs)和AIM2樣受體(ALRs)等5類受體分子。其中，Toll樣受體是一類最為重要的模式識別受體，被認(rèn)為在多個(gè)免疫反應(yīng)相關(guān)的信號通路中起關(guān)鍵作用。本文將針對目前熱門研究的Toll樣受體相關(guān)疾病，如過敏性疾病、感染性疾病及腫瘤等，討論Toll樣受體及相關(guān)藥物在這些疾病中的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景。

一、Toll樣受體的分類及相關(guān)信號通路

Toll樣受體主要由富含亮氨酸的胞外配體識別區(qū)，跨膜區(qū)，和參與信號通路的Toll-interleukin 1受體(TIR)區(qū)域組成。目前，已發(fā)現(xiàn)10種不同功能的人Toll樣受體和12種鼠Toll樣受體。根據(jù)在細(xì)胞分布位置不同，Toll樣受體可分為細(xì)胞表面Toll樣受體和內(nèi)涵體Toll樣受體。細(xì)胞表面Toll樣受體主要有TLR2、TLR4和TLR5。其中TLR2常與TLR1或TLR6組成的異源二聚體，其主要作用是感知細(xì)菌產(chǎn)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主要由革蘭陰性菌產(chǎn)生的LPS激活；TLR5主要監(jiān)測細(xì)菌的鞭毛蛋白。而TLR3、TLR7、TLR8和TLR9則主要是以內(nèi)涵體Toll樣受體的形式存在于細(xì)胞中，其生物學(xué)功能主要是識別細(xì)菌的核酸類物質(zhì)，其中TLR3能識別雙鏈RNA；TLR7和TLR8主要識別單鏈RNA；TLR9則識別包括非甲基化修飾CpG的DNA序列[1]。因此，內(nèi)涵體TLRs主要與病毒防御有關(guān)，而細(xì)胞膜TLRs則主要跟細(xì)胞和真菌感染有關(guān)[2]。

Toll樣受體的相關(guān)信號通路主要是通過TIR/TIR區(qū)域相互作用實(shí)現(xiàn)的，而信號銜接蛋白MyD88是Toll樣受體下游信號通路中的重要分子。除TLR3以外幾乎所有Toll樣受體均通過MyD88實(shí)現(xiàn)下游NF-κB和MAPK的活化。TLR5、TLR7、TLR8、TLR9激活后可直接與MyD88分子相互作用，TLR2和TLR4則需要通過TIRAP分子與MyD88發(fā)生作用。包涵體膜上的TLR3能夠募集TRIF并通過TRAM的橋接作用激活TLR4。同時(shí)還能通過TRIF，而非依賴MyD88，激活I(lǐng)RF3以及NF-κB的活化，激活干擾素以及干擾素誘導(dǎo)基因[3]。Toll樣受體通過不同的機(jī)制參與過敏性疾病、感染性疾病以及腫瘤等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，因此研究Toll樣受體及其相關(guān)的激動(dòng)劑類或抑制劑類藥物對這些疾病的預(yù)防和治療有著重要的作用。

二、Toll樣受體與過敏性疾病

現(xiàn)階段過敏性疾病的治療，由于治療費(fèi)用高、不良反應(yīng)大以及療效不顯著等因素，亟待尋求新的治療方案。眾多研究表明，Toll樣受體作為先天免疫中的重要受體分子，很有可能成為安全有效的治療靶點(diǎn)[4]。Toll 樣受體與Th1型和Th2型 T細(xì)胞的形成和成熟關(guān)系密切，因而其在過敏性疾病中發(fā)揮著雙刃劍的作用[5]。

Toll樣受體能有效識別多種病原體結(jié)構(gòu)成分，其中包括能引起呼吸道過敏性免疫反應(yīng)的革蘭陽性和陰性細(xì)菌以及一些病毒成分。其主要通過TIR的銜接蛋白TIRAP和MyD88下游信號通路最終使干擾素調(diào)控因子3/7、API和 NF-κB移動(dòng)到細(xì)胞核，使得Ⅰ型干擾素及一些趨化因子和細(xì)胞炎性因子產(chǎn)量增加[6]。在多種細(xì)胞膜Toll樣受體中，TLR5在單核細(xì)胞來源的樹突狀細(xì)胞，嗜酸性粒細(xì)胞以及呼吸道上皮細(xì)胞都有表達(dá)。但TLR5與呼吸道過敏性疾病的關(guān)系還存在爭議，有研究認(rèn)為TLR5的表達(dá)與哮喘無明顯關(guān)系，但另有研究提示在哮喘患者呼吸道上皮中TLR5表達(dá)下降[7]。研究表明TLR2激動(dòng)劑Pam3Cys能增加Th2型免疫應(yīng)答反應(yīng)以及呼吸道的炎性反應(yīng)，而同樣是TLR2激動(dòng)劑的Pam3CSK4卻能有效降低Th2型細(xì)胞因子的釋放以及IgE的水平[8]。內(nèi)涵體Toll樣受體TLR7/8激動(dòng)劑咪喹莫特，在促進(jìn)細(xì)胞抵抗病毒和病毒導(dǎo)致的呼吸道功能喪失方面有明顯作用[9]。在小鼠實(shí)驗(yàn)中，使用咪喹莫特可降低肺組織中巨噬細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的數(shù)量以及TNF-α產(chǎn)量，同時(shí)增加DC細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的富集及IL-10的產(chǎn)量[10]。另外，近期的臨床試驗(yàn)表明，TLR7激動(dòng)劑AZD8848，能夠安全有效的降低季節(jié)性過敏性鼻炎的癥狀。其作用機(jī)制可能是AZD8848能促進(jìn)IL-1Ra的產(chǎn)生，并且降低過敏性鼻炎患者肥大細(xì)胞中類胰蛋白和α2巨球蛋白的產(chǎn)生，從而減少漿液滲出以及肥大細(xì)胞的活力[11]。

三、Toll樣受體與感染性疾病

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，Toll樣受體在感染性疾病中同樣發(fā)揮重要作用。Toll樣受體經(jīng)活化后，通過增強(qiáng)成熟抗原遞呈細(xì)胞等從而增強(qiáng)體內(nèi)免疫反應(yīng)[12]。TLR4缺陷的C3H/HeJ小鼠對LPS的免疫應(yīng)答能力下降，并且容易因鼠傷寒沙門菌等致死性菌而致病[13]。而TLR2敲除小鼠容易受到肺炎鏈球的感染，并增加其在鼠間的傳播[14]。當(dāng)機(jī)體受到細(xì)菌等外源病原體入侵時(shí)，TLR4-MD2-CD14復(fù)合體能結(jié)合革蘭陰性菌表面內(nèi)毒素并激活下游相關(guān)信號通路[15]。 另外，細(xì)胞膜表面的TLR2可識別多種微生物源配體，包括細(xì)菌、真菌、病毒和寄生蟲等，并與TLR1、TLR6甚至可能與TLR10組成異源二聚體發(fā)揮功能性作用。T2.5是一類能中和TLR2的單克隆抗體，并能有效阻斷Pam3CSK4所介導(dǎo)的NF-κB入核以及MAPK磷酸化。Pam3CSK4或高劑量熱滅活枯草桿菌引起休克的動(dòng)物模型試驗(yàn)中，注射T2.5能避免致命的休克綜合征，增加模型動(dòng)物的存活率。另外，T2.5聯(lián)合抗TLR4/MD-2抗體和抗生素還能抑制小鼠因腸道沙門菌和大腸桿菌感染引起的敗血癥。

內(nèi)涵體Toll樣受體TLR3主要識別在病毒感染過程中產(chǎn)生的dsRNA。在不同病毒感染的情況下，TLR3發(fā)揮的作用也不相同[16]。致命性呼吸道病毒感染動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用TLR3激動(dòng)劑多聚胞苷酸[poly(I:C)]的衍生物[Poly(I:C12U)]進(jìn)行治療，收到良好效果。另外，TLR7/8激動(dòng)劑咪喹莫特可以活化TLR7和TLR8能產(chǎn)生大量的Ⅰ型干擾素以及NF-κB信號通路的相關(guān)細(xì)胞因子，產(chǎn)生強(qiáng)烈的抗病毒反應(yīng)[17]。已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的TLR9激動(dòng)劑，如CPG10101、IMO-2125、SD-101和CpG 7909等CpG寡脫氧核苷酸(CpG ODNs)類似物，在治療慢性病毒感染中能發(fā)揮重要作用。如在治療慢性HCV感染的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用CpG ODNs類似物激動(dòng)劑能夠有效的抑制病毒的復(fù)制，降低體內(nèi)病毒負(fù)載量，促進(jìn)機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)。

四、Toll樣受體與腫瘤

Toll樣受體及其下游信號通路的過度激活很可能導(dǎo)致持續(xù)性免疫反應(yīng)，最終導(dǎo)致慢性炎癥甚至腫瘤的發(fā)生，而Toll樣受體的異常激活很可能在其中扮演重要角色，如幽門螺桿菌感染會(huì)增加胃腺癌和胃淋巴癌的患病風(fēng)險(xiǎn)；特定的HPV感染可導(dǎo)致子宮頸癌；慢性HBV和HCV感染直接導(dǎo)致肝癌的發(fā)生；EB病毒感染與伯基特淋巴瘤、霍奇金淋巴瘤以及鼻咽癌的發(fā)生有直接關(guān)系；HPV8是引起卡波西肉瘤的重要因素等[18]。

高遷移率族蛋白B1(HMGB1)是一類腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞壞死時(shí)釋放的損傷相關(guān)模式分子(DAMP)。HMGB1是TLR4的一種細(xì)胞內(nèi)源性配體，研究發(fā)現(xiàn)HMGB1與腫瘤細(xì)胞的侵襲，遷移及轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系[19]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤微環(huán)境中高水平的DAMP相關(guān)分子將促進(jìn)TLR4相關(guān)慢性炎癥的發(fā)生，最終導(dǎo)致惡變和腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移[20]。但與此同時(shí)，也有研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用牛結(jié)核分枝桿菌卡介苗時(shí)，能激發(fā)DC細(xì)胞的TLR4以及TLR2信號通路，最終促進(jìn)T細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞的活化、增殖和抗腫瘤能力。此外，凍干青霉素滅活后的釀膿鏈球菌中的提取物OK-432也能夠通過TLR4信號通路提升抗腫瘤免疫能力和DC細(xì)胞的成熟[21]。

內(nèi)涵體Toll樣受體與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展也密切相關(guān)，如增生型和絨毛狀息肉型大腸癌患者TLR9的表達(dá)量明顯下降[22]。很多腫瘤治療將內(nèi)涵體Toll樣受體作為重要的抗腫瘤藥物靶點(diǎn)。前文所述的TLR9激動(dòng)劑CpG寡脫氧核苷酸是現(xiàn)階段研究較多的一類靶向TLR9的抗腫瘤藥物。其諸多類似物已經(jīng)被用于抗腫瘤治療研究，如PF-3512676在治療慢性淋巴細(xì)胞性白血病效果顯著，MGN1703可有效控制大腸癌等[23，24]。但同時(shí)，另一些研究也發(fā)現(xiàn)，活化TLR3和TLR9能夠通過激活NF-κB信號通路，將導(dǎo)致骨髓瘤細(xì)胞的增殖[25]。因此，雖然目前Toll樣受體相關(guān)藥物在某些腫瘤的治療中發(fā)揮抗腫瘤的作用，但其適用性和不良反應(yīng)等仍需進(jìn)一步研究。

五、展 望

目前，國內(nèi)對于Toll樣受體及相關(guān)的靶向藥物的臨床研究較少。綜合近年來國際上對Toll樣受體的研究，無論是過敏性疾病的治療、感染性疾病的治療或是抗腫瘤治療，Toll樣受體都備受關(guān)注。但隨著對Toll樣受體信號通路機(jī)制等相關(guān)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)簡單的應(yīng)用相關(guān)抑制劑或激動(dòng)劑作為藥物來治療疾病，似乎過于草率。例如一方面Toll樣受體能增強(qiáng)免疫反應(yīng)，但是另一方面，某些腫瘤細(xì)胞也可以將這些信號通路為其所用。因此，在研究Toll樣受體相關(guān)治療藥物的同時(shí)，也應(yīng)注意到不同疾病對Toll樣受體及其信號通路的不同反應(yīng)。目前臨床試驗(yàn)的多種Toll樣受體激動(dòng)劑，雖然前期在細(xì)胞、組織和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中結(jié)果令人滿意，但很多藥物在臨床試驗(yàn)中都表現(xiàn)出失效或是不良反應(yīng)過大等缺點(diǎn)。因此研究有效、低不良反應(yīng)的Toll樣受體相關(guān)藥物將是未來Toll樣受體免疫治療的重點(diǎn)。同時(shí)，基于疾病的類型和階段的不同，目前臨床試驗(yàn)中表現(xiàn)較好的藥物如MGN-1703(TLR9)、咪喹莫特(TLR7/8)等，雖然單獨(dú)使用的治療作用明顯，但越來越多的文獻(xiàn)以及臨床研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合多種治療手段對疾病的控制和治療效果更為突出。因此，使用現(xiàn)有治療方案的同時(shí)，聯(lián)合多種新型療法的綜合治療方法將會(huì)表現(xiàn)出更好的應(yīng)用前景。

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(修回日期：2015-03-09)

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81402289)

510060 廣州，中山大學(xué)腫瘤防治中心(朱江、姜文奇)；518060 深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部(朱江、何世平、姜文奇、鄭多)；510632廣州，暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院(肖佳)

鄭多，電子信箱：dzheng@szu.edu.cn

R392

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

2015-02-27)