TLRs在結核桿菌感染中的作用的研究進展

畢 艷，伊正君，付玉榮

TLRs在結核桿菌感染中的作用的研究進展

畢 艷，伊正君，付玉榮

結核病是全球范圍內最嚴重的感染性疾病之一，其防治形勢日趨嚴峻。Toll樣受體(Toll like receptors，TLRs)是一類重要的天然模式識別受體，在機體抵御微生物的固有免疫反應中發揮重要作用。研究表明，TLRs是介導宿主對結核桿菌識別及抗結核免疫反應的關鍵分子。現對TLRs在結核桿菌感染中的研究進展進行綜述，有助于闡明結核病的發病機制并為其治療提供新的策略。

結核分枝桿菌；Toll 樣受體；免疫；感染

當今結核病(tuberculosis TB)仍是全球范圍內最嚴重且傳播最廣的感染性疾病，每年至少有200萬-300萬人死于結核感染[1]。隨著耐藥結核菌株增多、結核和人類免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus，HIV)共同感染患者以及卡介苗免疫失效肺結核的出現，當前TB的防治形勢日趨嚴峻[2-3]。因此進一步探尋結核感染的發病機制，尋求新的防治結核感染方法成為當前研究的熱點。結核分枝桿菌(MycobacteriumtuberculosisMTB)是TB的致病菌，其為典型的胞內致病菌；MTB可借助復雜的逃逸機制來逃脫機體巨噬細胞的殺滅并在細胞內長時間存活，并逐漸降低T細胞對其免疫識別能力并誘導靶器官感染導致發病。人體依賴固有免疫系統和獲得免疫系統來共同防御結核菌的侵襲, 但機體對結核菌感染的免疫反應的具體調節機制尚不明確[4]。Toll樣受體(Toll- like receptors, TLRs)是一類重要的天然的模式識別受體，在機體固有免疫反應中發揮極其重要的作用[5]。隨著對TLRs的發現及對其作用機制研究的深入, TLRs在結核病保護性免疫反應中的作用備受關注[6]。

1 Toll樣受體

TLRs是一類重要的先天性模式識別受體，其通過識別細菌的保守結構，在機體固有免疫反應中發揮重要作用[7-8]。TLRs廣泛分布于人體各種細胞的表面：包括炎性細胞(如：單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、Th1細胞、Th2細胞、B細胞等)，器官和組織細胞(如：血管內皮細胞、脂肪細胞、心肌細胞、消化道上皮細胞等)；并且不同組織細胞中TLRs的種類也不同，每種組織中至少表達一種TLRs，而在脾臟和外周血中則表達全部TLRs；同時在不同器官組織中TLRs的數量也存在差異，在呼吸道和胃腸道等經常與外界接觸的部位TLRs的種類和數量最多[5,8-9]。目前已經在人體內發現有13種TLRs, 通常稱為TLR1-TLR13[10]。TLRs主要通過兩條的信號轉導通路發揮作用[11]：(1)髓樣分化因子88(Myeloid differentiation factor 88, MyD88)依賴信號通路，當TLRs被激活時，誘導活化其下游分子MyD88和IL-1受體相關激酶(IL-1R associated kinase, IRAK)，并進一步激活核轉錄因子(nuclear transcription factor Kappa B, NF-κB)達到信號級聯放大效應。(2)MyD88非依賴信號通路，當TLRs被激活時，誘導活化其下游分子腫瘤壞死因子受體相關因子6(TNFR associated factor 6, TRAF-6)，并進一步激活NF-κB達到信號級聯放大效應。兩個通路激活的NF-κB將啟動各種炎癥細胞因子基因的轉錄，引起機體產生一系列免疫和炎癥反應[12]。幾乎所有的TLRs都利用MyD88依賴信號通路，僅TLR3和TLR4利用MyD88非依賴信號通路[13]。TLRs最突出的生物學功能是促進細胞因子的合成與釋放，引發炎癥反應；還可以促進抗原提呈細胞的成熟，誘導機體的獲得性免疫反應，因而TLRs是機體介導固有免疫和獲得性免疫的橋梁[14]。

2 Toll-like受體與結核分枝桿菌感染

當機體感染MTB時，TLRs通過識別病原相關分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMP)實現對MTB及其組分的識別，啟動機體固有免疫的效應機制，激活巨噬細胞并活化T淋巴細胞參與清除MTB。許多研究指出MTB感染誘發機體發生免疫反應的過程中TLRs信號通路發揮了重要作用，尤以TLR2、TLR4、TLR7和TLR9備受關注[6]。

2.1 TLR2在結核感染中的作用 TLR2的基因定位于4號染色體，主要分布于單核巨噬細胞，識別脂蛋白、脂多肽、脂壁酸、脂阿拉伯甘露聚糖(Lipoarabinomannan, LAM)等[15]。LAM是構成MTB細胞壁的重要成分之一，正常機體固有免疫系統可以通過TLR2成功識別LAM從而識別MTB，然后激活巨噬細胞進而清除MTB[16]。同時，MTB分泌的多種抗原可以明顯提高TLR2通路活化對T淋巴細胞的激活作用，增強機體對MTB的免疫清除能力[17]。但近期有研究指出，MTB分泌的亨廷頓蛋白相互作用蛋白1(Huntingtin-interacting protein 1, Hip1)可以明顯抑制TLR2的激活，從而抑制機體固有免疫系統對MTB的識別，降低機體對MTB的免疫能力，導致結核發病[18]。同時有研究指出，脂蛋白可以與LAM競爭性結合TLR2，從而降低機體對MTB的識別能力而降低機體對MTB的清除能力[19]。還有研究指出，逃避了機體免疫清除的MTB可以降低TLR2信號依賴性主要組織相容性復合物(Major Histocompatibility Complex MHC)反式激活物表達；進而形成負反饋機制降低T細胞介導的炎癥反應，導致MTB在其感染的巨噬細胞中存活并逃避CD4+T細胞的免疫識別，從而使MTB逃脫機體的免疫攔截[8]。以上研究雖證實TLR2在MTB感染中起重要的細菌清除作用，是機體對結核防御的第一道防線；但TLR2也可以在MTB感染中起掩護作用，但TLR2的具體作用方式尚未闡明。隨著結核防治局勢的日趨嚴峻，新的增加TLR2對MTB識別能力并降低其對MTB的適應能力的靶向藥物可能為結核的防治找到新的方向。

2.2 TLR4在結核感染中的作用 TLR4的基因定位于9號染色體，主要分布于單核巨噬細胞，識別脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)和宿主壞死細胞釋放的熱休克蛋白(heat-shock proteins, HSP)[9]。許多研究證實，因MTB分泌的抗原可以明顯抑制巨噬細胞對LPS的識別能力，因此TLR4在結核初期固有免疫反應中的作用有限[20]。但TLR4對HSP仍有很強的識別能力，急性期的結核病會出現大量宿主細胞壞死導致HSP大量釋放，因此TLR4在急性期結核的機體免疫反應中起十分重要的作用[21]。研究證實TLR4也明顯分布于T淋巴細胞，TLR4可以激活T淋巴細胞進而參與機體自身免疫性炎癥反應，可能參與機體對MTB的清除過程[22]。同時，許多研究指出TLR4基因多態性與肺結核的嚴重程度和治療效果密切相關[20]。以上研究證實TLR4信號通路對MTB早期免疫應答和感染控制是非必需的，但是它可能在調節慢性炎癥向好的方向轉歸的過程中起關鍵作用，而且其與機體對抗結核治療的敏感性相關；因此可以說TLR4信號通路是機體抗擊MTB感染的第二道防線，靶向調節TLR4功能可能是促進急性期結核病快速康復的有效途徑。

2.3 TLR7在結核感染中的作用 TLR7的基因定位于X號染色體，廣泛分布于呼吸道上皮細胞，主要參與機體對病毒感染的免疫反應及自身免疫性疾病并與B細胞的激活密切相關。但近期有報道指出TLR7參與了機體的自體吞噬清除病原體的過程，并且參與了機體抗結核反應[23]。還有報道指出，TLR7可以作為疫苗的佐劑從而增強疫苗的效果，有可能被運用于提高卡介苗的效果[24]。但TLR7在機體抗結核感染免疫中的作用機制及其對卡介苗的增敏機制均尚不十分明確，TLR7在結核感染中的作用尚待進一步研究證實。

2.4 TLR9在結核感染中的作用 TLR9的基因定位于3號染色體，主要分布于樹突狀細胞(dendritic cells，DC)，具有識別細菌和病毒的CpG-DNA，激活B細胞和抗原呈遞細胞(antigen presenting cell, APC)的免疫刺激特性[15]。有研究指出DC在MTB感染過程中起重要的呈遞作用，誘導機體產生抗原抗體反應，達到進一步清除結核菌的作用[25]；但也有研究指出TLR9雖然在機體的抗結核反應中起重要作用，但其在MTB感染的抗原遞呈過程中沒有明顯作用，與機體抗結核的TH1型免疫應答沒有明顯相關性[26]；這種截然不同的反應可能與機體中TLR9的基因多態性有關。同時TLR9在抗結核感染過程中還存在雙面性，一方面TLR9可能與結核患者對抗結核藥物的敏感性正相關，可以增強機體對抗結核藥物的敏感性[27]；另一方面TLR9高表達可能與結核感染的免疫損傷成正相關[28]。TLR9在結核感染免疫中的雙重作用的機制尚不十分明確，TLR9在結核感染中的正向作用尚待進一步研究證實，如何進一步提高其正向作用將成為研究新熱點。

2.5 其他TLR在結核感染中的作用 對于TLR家族其他成員(TLR1、TLR6、TLR8等)與結核感染的相關性的研究較少，因此其他TLR家族成員在結核感染中是否發揮作用及其機制尚不明確。有少量報道指出TLR1和TLR6基因多態性與結核治療敏感性相關并且TLR1可能參與了T細胞的激活過程[27,29-30]；TLR8可能與結核的遺傳易感性相關[31]；TLR家族多通路的激活可明顯增加HIV患者感染MTB的死亡率[32]；但他們的機制均不十分明確，尚待進一步研究證實。

3 展 望

TLRs是機體固有免疫最主要的組成部分，是機體抵抗微生物感染的重要屏障，也是誘發機體消滅侵入機體內微生物的重要橋梁，其參與多種感染性疾病的機體免疫過程。結核是當前世界上感染率最高的傳染性疾病，其防治形勢十分嚴峻。許多研究證實了TLRs與結核感染的相關性，由以TLR2、TLR4和TLR9與結核發病的關系最為密切，是參與機體抗結核反應的主要炎癥受體；而TLR1、TLR6、TLR7和TLR8與結核的治療敏感性息息相關。許多研究均證實了TLRs家族與MTB感染和治療的相關性，為進一步了解結核感染的機制，尋求更有效的防治結核的方法指明了新的方向。

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Research progress on role of Toll-like receptors in infection ofMycobacteriumtuberculosis

BI Yan,YI Zheng-jun,FU Yu-rong

(WeifangMedicalUniversity，ShandongProvincialKeyLaboratoryofClinicalLaboratoryDiagnostics,Weifang261031,China)

Tuberculosis (TB) is the serious infectious disease in the world and its a enormous challenge for TBs prophylaxis and treatment. Toll-like receptors(TLRs),a family of pattern recognition receptors expressed on mammalian cell surface,play a crucial role in innate immunity. Many studies showed that TLRs are key elements in host-mediated recognition ofMycobacteriumtuberculosisand anti-TB immune response. We review the researches on TLRs contributes to the infection of TB in order to illuminate the pathogenesis of TB and provide the new strategy for its treatment.

Mycobacteriumtuberculosis;Toll-like receptors;immunity;infection

Fu Yu-rong, Email:yifuyurong@163.com

國家自然科學基金資助項目( No.81170080,No.30972639 )

付玉榮，Email：yifuyurong@163.com

濰坊醫學院,山東省臨床檢驗診斷學高校重點實驗室，濰坊 261031

10.3969/cjz.j.issn.1002-2694.2015.01.015

R378

A

1002-2694(2015)01-0070-04

2014-02-17；

2014-07-22

Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.81170080&30972639 ).