TLR7的研究進展

李　靜　戎庭軍　張銘鍵　田野蘋

TLR7的研究進展

李靜戎庭軍張銘鍵田野蘋★

Toll樣受體是一類最主要模式識別受體家族，由十幾個成員組成。TLR7是這個家族的成員之一，以前的觀點認為它主要的作用僅是識別病毒單鏈RNA（mRNA）介導抗病毒的天然免疫反應。隨著對其研究的深入，發現TLR7不僅在抗病毒天然免疫反應方面而且在免疫缺陷病、抗腫瘤、免疫調節等領域都有不同的作用。本文就TLR7在不同領域的功能作用作一綜述。

1　TLR7的組織分布及結構特點

1997年Medzhitov等［1］發現第一個與果蠅同源的人Toll樣受體（TLR4），TLR7 2000年才被發現，它的基因分別定位于性別X染色體（TLR7）并含有3個外顯子［2］。鼠TLR7也定位于X染色體與人高度同源，也含有3個外顯子區域。人TLR7蛋白長度為1049個氨基酸，豬和鼠的蛋白長度均為1050個氨基酸，但是豬的胞外區有14 個LRR；鼠的胞外區有15個LRR［3，4］。

TLR7表達于細胞的內體-溶酶體中［5］，TLR7廣泛存在于多種細胞中［4］，免疫細胞如漿細胞樣樹突狀細胞（pDC）巨噬細胞，另外，嗜酸性粒細胞和中性粒細胞中亦有表達［6，7］。在扁桃體、脾、胎盤、骨髓、肺和淋巴結等組織中也有表達［8］。文獻報道［9］在健康人和丙型肝炎病毒（HCV）感染的患者中TLR7亦表達。TLR7蛋白屬于Ⅰ型跨膜蛋白。主要由胞外區、跨膜區、胞內區三部分組成。胞外區富含亮氨酸重復序列（LRR），胞內區有一個被稱為Toll/IL-1受體區域（TIR），這是一個高度保守的蛋白相互作用區，與IL-1R胞內結構區有高度的同源性，也稱為Toll同源結構域（TH domain），它在TLR的信號傳導中發揮著重要作用［10］，胞外區主要功能是來識別相應配體。胞內區是一段高度保守序列其功能主要是與下游接頭分子形成復合物，將信息傳遞到核內。

2　TLR7與配體及胞內信號的傳導

2.1TLR7配體 TLR7不僅識別ssRNA 病毒還可識別一些合成的小分子化合物，Imiquomid（R837）是相對分子質量（Mr）為240.3的一種核苷類似物，它是研究最廣泛的咪唑喹啉家族系列的化合物，主要作為TLR7/TLR8的激動劑發揮抗腫瘤的效應。Imiquomid優先的活化 TLR7，對TLR8的活化較弱［11］、Resiquimod（R848）Mr=314.4在鼠類動物中可以選擇性的激活TLR7，在人類中TLR7/TLR8都可被激活。與Imiquomid相比，R848在促進細胞因子的分泌、巨噬細胞的活化、增強細胞免疫功能方面具有更大的優勢［12～14］。Gardiquimod Mr =313.4是另外一種咪唑喹啉家族的衍生物，與Imiquomid相似，與人或鼠的TLR7結合誘導NF B的活化，當Gardiquimod濃度過高時（≥3μg/ml）可活化TLR8、CL097（Mr=242.3），可在較低的濃度優先活化TLR7［15～19］。還有一種TLR7的配體即loxoribine（Mr=339.3），其是一種鳥苷酸類似物的衍生物，主要介導天然免疫應答。TLR7配體主要誘導IFNa及IFN相關的細胞因子如I-TAC（CXCL11）和IP-10（CXCL10）。

2.2TLR7信號通路 TLR家族成員有共同的胞內信號傳導通路［20］，但其接頭蛋白不盡相同，因此信號傳導通路亦不完全一致，生物效應也存在差異性。共有兩條主要的信號傳導通路：（1）Myd88依賴性信號通路；（2）Myd88非依賴性信號通路［21］。TLR7為依賴MyD88的信號通路。IL-1 受體相關激酶（IRAK4）腫瘤壞死因子受體相關因子6（TRAF6）、絲裂原活化的蛋白激酶（MAPKs）、核轉錄因子（NF-kB）和干擾素調節因子（IRFs）誘導大量炎性細胞因子或調控炎性因子的轉錄［22］。TLR7的信號通路需要成熟的內體溶酶體參與。

3　TLR7的生物學功能

在病原體入侵早期TLR 即能識別病原微生物，與相應的配體結合后產生信號轉導的級聯反應，產生效應分子，介導不同的生物學功能。

3.1TLR7介導抗病毒效應 TLR7與病毒感染細胞中的富含鳥嘌呤（G）和尿嘧啶（U）的單鏈RNA結合［23］，當pDC被病毒感染時，其能分泌I型干擾素（IFN-I）和一些細胞因子。I-IFN能直接干擾病毒復制或間接的增強NK細胞、B細胞和T細胞的殺傷能力，從而發揮抗病毒效應。當來源于外界的一些單鏈RNA（ssRNA）被TLR7識別后，經過一系列級聯反應，轉錄因子NF-kB、IRFs 被激活引起IFN、IL1、IL6、IL12、TNF等多種炎性細胞因子分泌，從而發揮多種抗病毒效應機制［24～27］。R837和R848是TLR7特異性的配體，Hemmi等［28］研究表明這些配體可通過TLR7活化多種免疫細胞，從而發揮抗病毒作用。Martin等［29］研究結果顯示呼吸道合胞病毒（RSV）刺激BALB/c小鼠后，NF-kB被活化，TLR7的表達上調，與此同時細胞因子亦被釋放。RSV感染RAW264.7細胞可通過誘導TLR3及TLR7的活化，誘導激活I型干擾素的產生，從而產生抗病毒免疫反應。HCV的感染可抑制TLR7的表達，Toll樣受體7的表達在慢性乙型肝炎患者的單核細胞來源的樹突狀細胞中亦較低。

3.2TLR7在變態反應性及免疫缺陷疾病中的功能 TLR7可識別病毒RNA，但在偶然的情況下也能被自身的RNA活化，引起自身免疫性疾病［30］。在狼瘡腎小鼠模型中Toll樣受體7的含量與此病的風險性直接相關［31］。系統性紅斑狼瘡（SLE）患者活動期TLR7 和IFN-αmRNA 表達的水平升高，兩者成正相關。TLR7及IFN-α在SLE的發病的過程中可能存在一定的作用［31］，另有研究［32］表明血清TLR7在CIA模型組異常的低表達。其可能具有負調控作用可抑制RA滑膜炎發生，延緩關節病理性破壞，可有助于臨床診斷，有可能成為RA治療的潛在靶點。霧化吸入咪喹莫特可上調TLR7mRNA的表達，使IL-12表達水平升高而IL-13表達水平下降，達到防治哮喘的目的。Toll樣受體7在慢性粒細胞白血病患者pDC中表達明顯降低，可能是pDC 功能缺陷的主要原因，顯示TLR7 可能參與慢性粒細胞白血病（CML）的發病機制有關。

3.3TLR7在抗腫瘤研究中的作用 Kanzler等［33］研究表明TLR7的激動劑能增強T細胞免疫和固有免疫誘導TLR7表達腫瘤凋亡來抗腫瘤。咪喹莫特可通過局部用藥來治療早期皮膚惡性腫瘤［34］。大量研究表明腫瘤細胞表面表達多種Toll樣受體與腫瘤細胞的生長轉移有關。另外，TLR7可能通過上調NF -kB的表達，從而促進食管癌（鱗癌）的形成。

3.4TLR7在免疫調節反應中的功能 天然免疫系統不僅能快速識別病原體，在某種程度上還能區分是胞內的還是胞外來源病原體Toll樣受體家族識別感染介導天然免疫反應，胞外的病原體可被位于細胞表面的Toll樣受體所識別從而產生一些促炎性因子如TNF-α、IL-12［30］，TLR能夠識別多種非特異性、保守的微生物組分以及相應的內源性配體，不僅在天然免疫中發揮著重要作用同時在很大程度上參與特異性免疫的啟動和調控，從而影響免疫應答的強度、類型、免疫記憶的形成與維持等。

3.5TLR7可以介導凋亡 有研究顯示［35］，在中樞神經系統中（CNS）TLR7介導神經細胞的凋亡。

4　小結與展望

綜上所述，TLR7作為TLRs家族的一個重要成員，通過識別病毒單鏈 RNA介導抗病毒免疫應答，在自身免疫性疾病中亦扮演著重要的角色，在一些腫瘤的發生中也有一定的作用，這些均提示TLR7可能成為今后治療病毒感染性疾病、自身免疫性疾病和腫瘤的分子靶點。但是對TLR7研究還存在一些問題，如TLR7與TLR8高度同源，如何將兩者具體的區分出來，另外TLR7在抗腫瘤、自身免疫缺陷性疾病及免疫調節當中具體的調節機制如何等，值得我們進一步去探討。

1 Medzhitov R, Preston Hurlburt P, Janeway CA Jr. A human homologue of the drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature, 1997,388（6640）：394～397.

2 Du X, Poltorak A,Wei Y,et al. Three novel mammalian toll like receptors： gene structure, expression, and evolution. Eur Cytokine Netw, 2000, 11 （3） ：3622371 .

3 Zhang YL,Guo YJ, Sun SH, et al. Molecular cloningand functional characterization of porcine toll like -receptor 7 involved in recognition of single-stranded RNA virus/ssRNA. Mol Immunol, 2008, 45（4）：1184～1190.

4 Chuang TH, Ulevitch RJ . Cloning and characterization of a subfamily of human toll like receptors ： h TLR7, h TLR8 and h TLR9. Eur cytokine Netw, 2000, 11（3） ：362～371 .

5 Finberg RW,Wang JP,Kurt-Jones EA.Toll like receptors and virusese. Rev Med Virol,2007,17（1）：35～41.

6 Martin MU,Wesche H.Summary and comparison of the signaling mechanisms of the Toll/interleukin-1 receptor family.Biochim Biophys Acta,2002,1592（3）：265～280.

7 何小兵,房永祥,賈懷杰,等.Toll樣受體7介導的抗病毒天然免疫反應研究進展.中國獸醫科學,2010,40（6）：645～649.

8 Takeda K,Kaisho T,Akira S.Toll-like receptor Annu.Rev.Immunol, 2003, 21（9）：35～376.

9 Starkel P,De Saeger C,Strain AJ,et al.NFkappaB,cytokines,TLR3 and 7 expression in human end-stage HCV and alcoholic liver disease.Eur J Clin Invest Jul,2010,40（7）：575～584.

10 BlasiusAL, Beutler B. Intracellular toll like receptors.Immunity, 2010, 32（3）： 305～315.

11 Mol Lee J, Chuang TH, Redecke V, et al. Ecular basis for immunostimulatory activity of guanine nucleosideanalogs： activation of Toll-like receptor 7. Proc Natl Acad Sci USA,2003,100（11）：6646～6651

12 Bernstein DI, Harrison CJ, Tomai MA, et al.Daily or weekly therapy with resiquimod （R848） reduces genital recurrences in herpes simplex virus-infected guinea pigs during and after treatment.J Infect Dis, 2000,183： 844～849.

13 Burns R, Ferbel B, Tomai MA, Miller RL, Gaspari A.The imidazoquinolines, imiquimod and R-848, induce functional, but not phenotypic, maturationof human epidermal Langerhans cells. Clin Immunol, 2000, 94（1）： 13～23.

14 Wagner TL,Horton VL,Carlson GL.Induction of cytokines in Cynomolgus monkeys by the immune response modifiers, imiquimod, S-27609 and S-28463.Cytokine, 1997,9（11）：837～845.

15 Gorden KB, Gorski KS, Gibson SJ, et al. Synthetic TLR agonists reveal functional differences between human TLR7 and TLR8. J Immunol, 2005, 174（3）： 1259～1268.

16 Gorski KS, Waller EL, Bjornton-Severson J,et al.Distinct indirect pathways governhuman NK-cell activation by TLR-7 and TLR-8 agonists. Int Immunol,2006,18（7）： 1115～1126.

17 Levy O, Suter EE, Miller RL,et al.Unique efficacy of Toll-like receptor 8 agonists in activating human neonatal antigen-presenting cells. Blood,2006,108（4）：1284～1289.

18 Qin J, Yao J, Cui G,et al.TLR8-mediated NF-kappaB and JNK activation are TAK1-independent and MEKK3-dependent.J Biol Chem,2006,281（30）：21013～21021.

19 Wille-Reece U, FlynnBJ, Lore K,et al.Toll-like receptor agonists influence the magnitude and quality of memory T cell responses after prime-boost immunization in nonhuman primates.J Exp Med,2006, 203（5）：1249～1258.

20 Ruslan M. Toll-like receptors and innate immunity.Nat Rev I mmunol, 2001,1（2）：135～145 .

21 Zeromski J,Mozer-Lisewska I,Kaczmarek M.Significance of toll-like receptors expression in tumor growth and spreading a short review. Cancer Microenviron,2008,1（1）：37～42.

22 Blasius AL,Beutler B.Intracellular toll-like receptor.Immunity, 2010,32（3）：305～311.

23 Hei LF, Hemmi H, Hochren H, et al. Species-specific recognition of single-stranded RNA via toll like receptor 7 and 8.Science,2004, 303（5663）：1526～1529.

24 Lan T, Kandimalla ER, Y-uD, et a1. Stabilized immune modulatory RNA compounds as agonists of Toll-like receptors 7 and 8. Proc Natl Acad Sci USA,2007,104（34）：13750,13755.

25 Zhang Y L, Guo YJ, Li B, et al. Hepatitis Cvirus single stranded RNA induces innate immunity via Toll-likereceptor7.J Hepatol, 2009, 51（1）：29～38.

26 Baum A, Sastreg A. Induction of type interferon by RNA viruses： cellular receptors and their substrates. Amino Acids, 2010, 28（5）： 1283～1299.

27 Boo KH, Yang SJ. Intrinsic cellular defenses against virus infection by antiviral typeI interferon.Yonsei Med J,2010,51（1）： 9～17.

28 Hemmi H, Kaishsho T, Takeuchi O, et al. Small antiviral compounds activate immune cells via the TLR7 MyD88 dependent signaling pathway. Nat Immunol,2002,3（2）：196～200.

29 Martin HJ, Lee JM, Wall SD, et al. Manipulation of the Toll-like receptor 7 signaling pathway by Epstein-Barr virus. J Virol, 2007, 81（18）： 9748～9758.

30 Arthur M.Krieg.The Toll of Too Much TLR7.Cell Immunity, 2007, 27（5）： 696～697.

31 Deng Yun,SHE Nnan,Wang Yuan.Effects of Toll-LikeReceptor 7 in Anti-Infection and Autoimmune Disease.J Med Mol Biol,2008, 5（1）：69～72.

32 Pistkun P, Deane JH, MJ, et al. Autorecative B cell response to RNARelated antigensdue to-TLR7-gene duplication. Science,2006, 312（5780）： 1669～1672.

33 Kanzler,Barrat FJ,Hessel EM,et al.Therapeutic targeting of innate immunity with toll-like receptor agonists and antagonists.Nat Med, 2007, 13（5）：552～559.

34 Schon MP,Schon M.TLR7 and TLR8 as targets in cancer therapy. Oncogene, 2008,27 （2）：190～199.

35 Aliprantis Ao,Yang RB,Mark MR,et al. Cell activation and apoptosis by bacterial lipoproteins through toll-like receptor2.science, 1999, 285（5428）：736～739.

國家自然科學基金（81072488）

200003 第二軍醫大學免疫研究所（田野蘋 李靜）

200433 上海長海醫院臨床實驗中心（戎庭軍）

125100 沈陽軍區興城療養院（張銘健）