Toll樣受體與病毒感染性皮膚病研究進展

嚴 翹 綜述 王 飛 審校

Toll樣受體與病毒感染性皮膚病研究進展

嚴 翹 綜述 王 飛 審校

Toll樣受體是機體主要的固有免疫受體分子，可識別病原微生物高度保守的PAMP，激活特異性信號轉導途徑，連接機體固有免疫與獲得性免疫，在機體抗感染過程中發揮著極為重要的作用。本文對Toll樣受體在病毒感染性皮膚病中的作用及相關抗病毒藥物和疫苗的研制進展進行了綜述。

Toll樣受體； 人乳頭瘤病毒； 藥物； 疫苗

Toll樣受體(TLRs)在宿主抗微生物免疫中發揮重要作用,在啟動天然免疫應答的同時也為獲得性免疫的啟動提供必要的活化信號。它的一線防御作用存在于呼吸道、消化系統黏膜、皮膚、泌尿生殖系統黏膜等部位。TLRs通過識別外部的病原微生物相關分子模式(PAMPs)和自身損害相關的分子模式(DAMPs)的配體達到激活天然免疫應答的作用。人乳頭瘤病毒(HPV)主要感染人類皮膚黏膜的終末分化細胞。其分為低危型和高危型。HPV低危型感染可引起皮膚的尋常疣或生殖器部位的CA,高危型感染與某些癌前病變及宮頸癌相關。TLRs作為固有免疫重要成分,同時為獲得性免疫提供活化信號,其在抗HPV感染中發揮重要作用。

1 TLRs、配體及信號通路

迄今為止,TLRs在哺乳動物體內共發現13種,即TLR1～TLR13。研究發現,TLRs3、7、8、9主要識別核酸樣結構,1其中TLR9特異性識別非甲基化胞嘧啶鳥嘌呤二核苷酸序列(CpG－DNA)。2TLR4識別細胞表面的脂多糖,3TLR1和TLR6在TLR2的協助下識別細菌和支原體的脂蛋白,4TLR5識別細菌的鞭毛蛋白。5PAMP識別主要依靠胞外區有富含亮氨酸的重復序列(LRRs),6,7信號轉導依賴胞內Toll/Interleukin－1受體(TIR)結構域。8,9DAMP模式識別主要靠mRNA,表面活性蛋白A,多種細胞產物如纖連蛋白等10激活傳遞信號。

1．1 信號傳導有兩條途徑:

1．1．1 MYD88依賴途徑 TLRs與其特異性配體結合,通過二聚作用形成TIR－TIR募集髓樣細胞分化因子88(MYD88),11MYD88通過死亡結構域的相互作用激活白介素－1受體相關激酶4(IRAK4),使IRAK1磷酸化,磷酸化的IRAK1激活泛素連接酶TRAF6,其經過泛素化得到NF－κB。因而經過信號傳導轉導級聯反應,介導多種免疫細胞激活NF－κB、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK),最終導致基因轉錄,合成IL－1,IL－6,IL－8,IL－12,TNF－α,IFN－γ等細胞因子,引起中性粒細胞等趨化聚集,發揮天然防御作用。

1．1．2 MYD88非依賴途徑 該途徑被TLR3使用, TLR4在有上述途徑外也可經由MYD88非依賴途徑。TLR3、4通過銜接分子TRIF實現該途徑。該途徑經過一系列反應得到RIP－1,此物質是激活NF－κB的必須中介物質。12

2 TLRs與HPV感染

TLRs3、4、7、8、9可激活下游信號合成IFN－α、IFN－β和IFN－γ、IFNs是固有免疫中機體對抗侵入病原體的重要成分,其分為兩組,IFN－α,－β,－κ,－δ,－ε,－ω,和–τ為一組,主要發揮抗病毒作用。在初次感染時合成并發揮抗病毒抗腫瘤和抗免疫調節的作用。IFN－γ為第二組,主要與免疫調節和炎癥反應相關。13,14TLRs即通過信號傳導途徑產生炎性細胞因子、TNFs、IFNs、共刺激分子等和調節細胞凋亡、增殖等發揮抗HPV感染作用。

研究顯示TLRs表達于表皮內,正常表皮角質層和顆粒層TLR6、9呈強陽性表達,TLRI、3、10呈中等強度表達,TLR2、4、5、7、8弱表達,棘層和基底層細胞不表達或弱表達TLRs；CA皮損表皮中除基底層弱表達或不表達TLRs外,其余細胞層TLRl、3、6、9強陽性表達,TIR4、8、10中等強度表達,TLR2、5、7弱表達。據Daud1等研究結果:HPV16型感染婦女中,感染持續存在婦女的TLR2、3、7、8、9水平較感染被清除的婦女高。說明盡管TLRs在皮損組織中表達增強,但未能扭轉其他機制所致的局部免疫功能低下,HPV感染呈持續狀態。15Werner等的研究也發現在HPV感染的宮頸上皮細胞中TLRs和整合素表達增高,它們有可能會是被HPV感染的細胞向腫瘤方向發展。16

3 TLRs與皰疹病毒感染

皮膚黏膜是保護機體不受皰疹病毒感染的第一道防線,其不僅具有物理屏障作用,還因分泌多種細胞因子(如白細胞介素、干擾素、生長因子等)或表達細胞因子受體而具有免疫防御功能。有研究表明其在水痘－帶狀皰疹病毒感染、單純皰疹病毒感染的病毒識別及抗病毒免疫中發揮作用。在生殖器皰疹中,機體被HSV感染后,TLRs各自識別相應配體經過上述途徑發生反應,其中以TLR1、2、3、5和9升高最明顯,監視及識別病毒,激發了天然免疫和特應性免疫發揮抗病毒作用。17另外TLRs的激活可促進抗微生物肽的釋放和獲得性免疫反應的發生,還可促進宿主細胞對病原體的吞噬以及誘導宿主吞噬體的成熟。

4 TLRs與HIV感染

獲得性免疫缺陷綜合征是由人類免疫缺陷病毒感染引起的一種嚴重傳染病。HIV主要侵犯免疫系統的CD4＋T細胞,造成機體免疫功能下降,最終因患各種機會性感染或腫瘤而死亡。有研究發現CD123＋類漿細胞樣樹突狀細胞(plasmacytoid dendritic cells, pDC)作為天然免疫中的重要效應細胞可能在HIV新發急性感染中起著重要作用。pDC主要通過Toll樣受體7和9對HIV RNA進行識別。TLR7和TLR9表達于pDC的酸性內含體,TLR7主要識別病毒ssRNA, TLR9主要識別病毒CpG－ODN片段進行信號傳導,最終通過激活NF－κB,影響pDC功能的發揮。pDC的功能主要是產生大量的IFN－α,其可直接發揮抗病毒作用。18

最近研究發現,B細胞可以通過TLR9信號通路活化發揮抗HIV－l作用,B細胞上TLR的表達水平影響B細胞功能的發揮。19CD4＋T細胞數量的變化被用作監測HIV感染疾病進程的關鍵指標。有實驗結果顯示B細胞數量以及B細胞TLR9 mRNA的表達量均與CD4＋T細胞數呈正相關,提示HIV/AIDS患者B細胞數量減少以及B細胞TLR9表達水平降低均是影響疾病進展的重要因素。推測外周血B細胞數量降低和B細胞TLR9表達水平降低很可能是HIV感染者抗HIV－1中和抗體產生減少、體液免疫應答損傷的重要因素之一。

5 TLRs相關抗病毒藥物、疫苗研制

TLRs在病毒感染性疾病中起到了重要作用。近年來針對TLRs信號轉導途徑研制的藥物和疫苗在治療和預防病毒感染性疾病方面取得了初步成效。咪喹莫特屬于非核苷雜環胺藥物,為小分子免疫調節劑。5%咪喹莫特乳膏是美國食品與藥品管理局批準的第一個外用治療外生殖器肛周疣、日光性角化病和淺表性基底細胞癌的免疫調節劑。咪喹莫特作為TLR7的顯效劑,通過誘導機體產生IFN－α、TNF－α、IL－12等細胞因子,刺激機體免疫系統識別病毒感染和腫瘤存在,最終消除相關病損。另一種TLR7激動劑艾沙托立賓(Isatoribine)已被證明在治療慢性HCV感染中取得良好療效。CRX－526是屬于脂質A類似物。它的作用機制是阻止LPS與TLR4相互作用,阻止相關炎癥因子的釋放。目前已經成功應用于患炎性腸病的鼠科動物模型中,起到了很好的抗炎作用。20

CPG－DNA疫苗促使TLR9通過識別特征性的CPG－DNA結構來識別病原微生物,產生針對抗原的保護性免疫反應。CPG－DNA疫苗與TLR9結合后,刺激巨噬細胞、樹突狀細胞等產生IFN－α、TNF－α、IL－12等細胞因子,并能增加細胞表面共刺激分子CD40,CD80,CD86及MHC II類分子等表達,同時刺激未成熟的APC轉變為成熟的APC,激活抗原反應性初始T細胞,誘導Th1型細胞免疫應答,從而使機體對病毒感染產生保護性的免疫反應。目前在HCV的治療中效果顯著。

HPV疫苗在國外已經通過3期臨床試驗,其中默沙東公司研發加德西對HPV6、11(致CA)的免疫有顯著效果。同時,以單純激發T細胞殺傷性功能為原理的疫苗屢次失敗,可考慮有效的疫苗是否需同時激發T細胞和B細胞。

6 結語

Toll樣受體在宿主抗微生物免疫中發揮重要作用,在啟動天然免疫應答的同時也為獲得性免疫的啟動提供必要的活化信號。其通過識別外部的病原微生物相關分子模式(PAMPs)和自身損害相關的分子模式(DAMPs)的配體達到激活天然免疫應答的作用。但是其在HPV和HIV感染中扮演的角色和作用機制仍不十分明確,需要進一步研究和了解TLRs在機體抗病毒感染中的作用,為新型病毒疫苗和抗病毒藥物的研發提供新的、重要的理論依據,為臨床治療病毒感染性疾病和其他一些難治性疾病提供新的方法和途徑。

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

江蘇省自然科學基金面上(編號:BK2012748；201104028)

中南大學附屬中大醫院皮膚性病科,南京,210009