Toll樣受體及其與萊姆關節炎發病關系的研究進展*

王艷紅，馮 時，梁 張，崔宇暉 綜述，寶福凱△，柳愛華 審校

(1.昆明醫科大學病原生物學與免疫學系/熱帶醫學研究所，昆明 650500；2.承德市中心醫院體檢科，河北承德 067000；3.昆明醫科大學科學技術處，昆明 650500；4.昆明醫科大學生物化學與分子生物學系，昆明 650500)

·綜 述·

Toll樣受體及其與萊姆關節炎發病關系的研究進展*

王艷紅1,2，馮 時1#，梁 張3，崔宇暉1綜述，寶福凱1△，柳愛華4▲審校

(1.昆明醫科大學病原生物學與免疫學系/熱帶醫學研究所，昆明 650500；2.承德市中心醫院體檢科，河北承德 067000；3.昆明醫科大學科學技術處，昆明 650500；4.昆明醫科大學生物化學與分子生物學系，昆明 650500)

萊姆病；萊姆關節炎；Toll樣受體

萊姆病(lyme disease)是一種人獸共患傳染病，由伯氏疏螺旋體(Borrelia burgdorferi)引起，通過蜱叮咬感染。萊姆關節炎在中晚期萊姆病中發生率最高，危害較大。萊姆病廣泛分布于70多個國家和地區，每年約有30萬人感染及發病[1-4]。萊姆病高發于美國東北部、中西部偏北地區，北歐及東亞部分地區同屬高危地區[5]。1986年由艾承緒等[6]首次報道我國黑龍江省海林縣人群中有萊姆病的發生。2003年由賈月萍等[7]首次在黑龍江小興安嶺林區的全溝硬蜱腸道中分離出伯氏疏螺旋體，說明小興安嶺林區為萊姆病的自然疫源地，近來一項針對小興安嶺地區人群的血清流行病學調查證明該地區存在萊姆病感染[8]。目前，中國各省(除臺灣外)均有萊姆病病例存在。由于對人身健康危害較嚴重，萊姆病已成為全球性衛生問題。因此，開展對萊姆病的研究及防治，有著重要的現實意義[9]。

Toll樣受體(toll-like receptor，TLR)是一種連接固有免疫與獲得性免疫的重要模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)。TLR是對病原體相關分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)和損傷相關分子模式(danger associated molecular patterns，DAMPs)具有識別功能的，進化上保守的Ⅰ型跨膜糖蛋白，不僅在固有免疫中發揮重要作用，而且參與特異性免疫的啟動和調控[10]。因此TLR在免疫性炎癥疾病的發生發展中具有重要的作用。本文就Toll樣受體最新研究進展，及其與萊姆關節炎的發病關系進行綜述。

1 萊姆關節炎

萊姆病臨床表現分為早、中、晚三期。早期癥狀為皮膚出現慢性游走性紅斑(erythema chronicum migrans,ECM)；神經系統損害和心臟損害在中期出現，晚期以萊姆關節炎(Lyme arthritis)為主。萊姆關節炎在萊姆病晚期發生率最高，關節炎癥狀可見于60%的感染者[11]。萊姆關節炎在膝、肘、髖部位的大關節多發，表現為間斷性單關節受累。一個或多個大關節疼痛、腫脹，癥狀反復發生并伴有軟骨和骨組織的破壞，可進一步發展為慢性關節炎，關節滑液可用于血清學檢查或聚合酶鏈反應以確診萊姆關節炎[12]。與其他關節炎相比，腘窩淋巴結病和腘肌肌炎較常見于萊姆關節炎，關節囊周軟組織水腫則較少見[13]。

2 TLRs研究概況

2.1 TLRs的分類、分布與信號轉導 哺乳動物天然免疫分子TLR的發現是源于對果蠅Toll(dToll)蛋白的研究，Nomura等[14]于1994年首次發現有一種與果蠅Toll蛋白相似的蛋白存在于哺乳動物中。TLRs是dToll的同源蛋白，均屬于PRR，在識別和抵御各種病原微生物及其產物中發揮重要作用。目前已發現人TLRs有10種，分別命名為TLR1～TLR10，而鼠有12種，分別命名為TLR1～TLR9和TLR11～TLR13[15]。TLR普遍表達于單核/巨噬細胞、B細胞、T細胞及樹突狀細胞，其中單核/巨噬細胞可表達除TLR3外的大部分TLR[16]。人外周血DC包括髓樣樹突狀細胞(myeloid dendritic cell,MDC)和漿細胞樣樹突狀細胞(plasmacytoid dendritic cell,PDC)兩類。MDC表達TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR8，PDC專職表達TLR7和TLR9。在DC不同成熟階段，表達不同的TLR，其中TLR1、TLR2、TLR4和TLR5在未成熟的DC上表達，但在成熟DC上表達減少；而TLR3只在成熟DC上表達[17]。Toll/IL-1受體同源區域(Toll/IL-1-receptor homologous region,TIR)是指TLR胞內區(羧基端)，因其與白細胞介素-1受體(interleukin-1 receptor,IL-1R)的胞內區結構相似而得名。TLR的信號轉導途徑主要有MyD88依賴型途徑和MyD88非依賴型途徑兩種[18]。MyD88依賴型途徑：活化的TLR胞內結構域與MyD88羧基端作用使髓樣分化蛋白88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)活化；活化的MyD88誘導IL-1受體相關蛋白激酶(interleukin-1 receptor-associated kinase,IRAK)磷酸化，從而使腫瘤壞死因子受體相關因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6,TRAF6)激活；活化的TRAF6激活NF-κB，最終激活多種炎性細胞因子的轉錄。MyD88非依賴型途徑是指通過具有TIR結構域的轉接蛋白(TIR domain containing adapter protein,TIRAP)或MyD88轉接蛋白(MyD88-adapter-like,Mal)激活NF-κB及有絲分裂原，進而激活蛋白激酶級聯反應，最終啟動相關基因表達[18-19]。

2.2 Toll樣受體的生物學功能 美國免疫學家Ruslan等[20]首次提出模式識別理論，病原相關分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)是固有免疫針對的主要靶分子信號，相對應的識別受體稱為PRR。PRR家族主要分為3類：分泌型受體(包括補體和甘露糖結合凝集素等)；內陷型受體(包括清道夫受體和巨噬細胞甘露糖受體等)；第三類受體可介導復雜的細胞內信號通路，包括TLR、NLRs(NOD-like receptor)、RLR(RIG-like receptor)等[21]。TLR胞外區(氨基端)也稱為外功能區，主要組成部分是18～31個富含亮氨酸的重復序列(leucine-rich repeat,LRR)[22]。不同的TLR的胞外區氨基酸組成的差異較大，決定了其所識別的配體具有特異性[15]。TLR識別PAMP及是機體啟動和擴大固有免疫的重要機制。TLR是連接固有免疫和適應性免疫的主要橋梁，通過多種途徑影響適應性免疫應答，具有對適應性免疫的識別和調控作用[19]。TLR是微生物成分引起DC活化的橋梁；多數TLR活化后可以誘導抗微生物防御系統，產生炎性細胞因子和趨化因子，從而調節機體Th1、Th2細胞的分化和功能平衡；TLR誘導調節性T細胞活化是其調控適應性免疫的另一重要途徑[15]。

3 Toll樣受體與萊姆關節炎

固有免疫應答和特異性免疫應答均參與有關萊姆關節炎的發生過程。針對伯氏疏螺旋體基因組的生物信息學分析未發現其有明顯的毒力因子，如內毒素、外毒素及致病性酶類等。進一步研究發現，伯氏疏螺旋體的主要致病物質為作用類似于脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)的外膜表面脂蛋白(outer surface protein,Osp)[23-24]。TLR在萊姆病固有免疫中發揮關鍵作用。研究表明，當機體感染伯氏疏螺旋體后，螺旋體的脂蛋白可激活TLR2，引起巨噬細胞活化和白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、白細胞介素-8(interleukin-8，IL-8)及腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等促炎細胞因子(pro-inflammatory cytokines)的釋放。促炎細胞因子誘導中性粒細胞啟動炎癥過程。巨噬細胞具有對螺旋體抗原的加工、處理和提呈作用，可活化CD4+T細胞，使其發揮細胞免疫反應，進一步釋放細胞因子，加重關節炎，并使其慢性化[24-25]。Dennis等[26]用活的伯氏疏螺旋體體外刺激人單核細胞THP-1誘導產生炎性介質，用RNAi技術分別使MyD88、TLR1和TLR2基因表達減少，均可使炎性細胞因子TNF-α、IL-8和IL-6減少，研究結果表明，伯氏疏螺旋體脂蛋白主要通過TLR信號通路刺激細胞產生炎性細胞因子。Liu等[27]通過研究顯示MyD88依賴型信號通路雖然不是伯氏疏螺旋體誘導炎性因子產生所必需的途徑，但是吞噬細胞有效控制病原體所必需的途徑。Oosting等[28]通過在TLR1和TLR6基因缺陷小鼠腹腔巨噬細胞及分別使用特異TLR1和TLR6抗體封閉的人外周血單個核細胞接種伯氏疏螺旋體，檢測由螺旋體誘導細胞產生的細胞因子。研究顯示在伯氏疏螺旋體的刺激下TLR1和TLR6基因缺陷小鼠腹腔巨噬細胞均表現Th1/Th2細胞因子表達的失衡，使用特異TLR1抗體封閉的人外周血單個核細胞在螺旋體刺激下細胞因子的產生減少，而使用特異TLR6抗體封閉的人外周血單個核細胞細胞因子產生未受抑制，說明TLR1/TLR2異二聚體在對伯氏疏螺旋體的早期炎癥反應中起重要作用。使用TLR1/TLR2異二聚體的合成配體和伯氏疏螺旋體，作為TLR1/TLR2受體的激活劑，Tanja等[29]發現TIR基域接頭分子(TRIF)可介導針對伯氏疏螺旋體的TLR2依賴的炎癥反應。TLR2利用TRIF的方式與其他TLR不同，而依賴于MyD88的存在。在小鼠感染伯氏疏螺旋體的模型上，TRIF的缺失并不像MyD88的缺失會導致機體對感染控制的減弱，這可能與清道夫受體(scavenger receptor)(如MARCO)參與MyD88介導吞噬作用有關。Tschirren等[30]首次發現TLR2的多樣性與野生嚙齒動物種群螺旋體感染有關，攜帶有一個特異簇的TLR2單體型(TLR2c2)比其他單體型更易患病。近來研究表明，在單核細胞和巨噬細胞的胞內噬菌小室(phagosomal compartment)中，伯氏疏螺旋體被內化和降解，釋放脂蛋白和包括RNA和肽聚糖等其他微生物產物[31]。這可能會在固有免疫細胞表面引發更廣泛和復雜的炎癥反應，TLR家族中具有識別核酸功能的TLR7、TLR8、TLR9可能通過識別螺旋體的DNA和RNA，引發Ⅰ型干擾素(TypeⅠIFNs)的產生[32]。

4 展 望

固有免疫應答和特異性免疫應答均參與萊姆關節炎的發生。TLR可有效識別“非己”成分而發揮重要作用，是機體抵抗感染性疾病的第一道屏障，不僅在固有免疫中發揮關鍵作用，而且還是連接固有免疫和適應性免疫的主要橋梁，通過多種途徑影響適應性免疫應答，具有對適應性免疫的識別和調控作用[31-32]。TLR在萊姆病的產生和慢性化過程中起到重要作用。目前，對伯氏疏螺旋體致萊姆關節炎的機制還有待進一步研究和探索。

[1]Steere AC.Lyme disease[J].New Engl J Med,2001,345(2):115-125.[2]Steere AC,Coburn J,Glickstein L.The emergence of Lyme disease[J].J Clin Invest,2004,113(8):1093-1101.

[3]Feder Jr HM,Johnson BJ,O′Connell S,et al.A critical appraisal of "chronic Lyme disease"[J].New Engl J Med,2007,357(14):1422-1430.

[4]Wormser GP.Early Lyme disease[J].New Engl J Med,2006,354(26):2794-801.

[5]Gerstenblith TA,Stern TA.Lyme Disease:a review of its epidemiology,evaluation,and treatment[J].Psychosomatics,2014,55(5):421-429.

[6]艾承緒，溫玉欣，張永國.萊姆病在我國的首次報告[J].山東醫科大學學報，1987，25(2)：1-4.

[7]賈月萍,周國萍,張曉芳,等.黑河地區小興安嶺林場首次分離培養出伯氏疏螺旋體[J].中國預防醫學雜志，2003，4(1)：54-55.

[8]谷存國,曹興平,賈月萍,等.小興安嶺部分林區萊姆病血清流行病學調查[J].現代預防醫學,2014,14(6):1125-1129.

[9]李靜,梁張,寶福凱,等.萊姆病流行病學研究進展[J].中國熱帶醫學,2013,13(8):1035-1042.

[10]Takeuchi O,Akira S.Pattern recognition receptors and inflammation[J].Cell,2010,140(6):805-820.

[11]李靜,寶福凱,柳愛華.萊姆病臨床表現研究進展[J].現代預防醫學,2014,41(22):4181-4183.

[12]Stanek G,Wormser GP,Gray J,et al.Lyme Borreliosis[J].Lancet,2012,379(9814):461-473.

[13]Flemming DJ,Hash II TW,Bernard SA,et al.MR imaging assessment of arthritis of the knee[J].Magn Reson Imaging Clin N Am,2014,22(4):703-724.

[14]Nomura N,Miyajima N,Sazuka T,et al.Prediction of the coding sequences of unidentified human genes.I.The coding sequences of 40 new genes (KIAA0001-KIAA0040) deduced by analysis of randomly sampled cDNA clones from human immature myeloid cell line KG-1[J].DNA Res,1994,1(1):27-35.

[15]Wang X,Smith C,Yin H.Targeting Toll-like receptor with small molecule agents[J].Chem Soc Rev,2013,42(12):4859-4866.

[16]Smith SA,Jann OC,Haig D,et al.Adaptive evolution of Toll-like receptor 5 in domesticated mammals[J].BMC Evol Biol,2012,12(1):122.

[17]Liang J,Fu J,Kang H,et al.The Stimulatory effect of TLRs ligands on maturation of chicken bone marrow-derived dendritic cells[J].Vet Immunol Immunopathol,2013,155(3):205-210.

[18]Akira S,Takeda K.Toll-like receptor signalling[J].Nature Rev Immunol,2004,4(7):499-511.

[19]Roach JM,Racioppi L,Jones CD,et al.Phylogeny of toll-like receptor signaling:adapting the innate response[J].PLoS One,2013,1(8):e54156.

[20]Ruslan M,Jr JC.Innate immune recognition:mechanisms and pathways[J].Immunol Rev,2000,173(1):89-97.

[21]Falgarone G,Jaen O,Boissier MC.Role for innate immunity in rheumatoid arthritis[J].Joint Bone Spine,2005,72(1):17-25.

[22]Blasius AL,Beutler B.Intracellular toll-like receptors[J].Immunity,2010,32(3):305-315.

[23]李靜,寶福凱,柳愛華,等.萊姆病致病機制研究進展[J].生命科學研究,2014,18(2):173-178.

[24]汪玉嬌,寶福凱,柳愛華.Toll樣受體和趨化因子與萊姆關節炎發病的相關性[J].中國熱帶醫學,2012,12(11):1412-1415.

[25]Bao FK,Fikerig E.The joint-specific expression profile of Borrelia burgdorferi in the murine hosts[J].Bull Sci Technol,2008,24(6):832-838,846.

[26]Dennis VA,Dixit S,O′Brien SM,et al.Live Borrelia burgdorferi spirochetes elicit inflammatory mediators from human monocytes via the Toll-like receptor signaling pathway[J].Infect Immun,2009,77(3):1238-1245.

[27]Liu N,Montgomery RR,Barthold SW,et al.Myeloid differentiation antigen 88 deficiency impairs pathogen clearance but does not alter inflammation in Borrelia burgdorferi-infected mice[J].Infect Immun,2004,72(6):3195-3203.

[28]Oosting M,Hofstede HT,Sturm P,et al.TLR1/TLR2 Heterodimers Play an Important Role in the Recognition of Borrelia Spirochetes[J].PLoS One,2011,6(10):e25998.

[29]Tanja PO,Erin C,Acosta DI,et al.TRIF mediates Toll-like receptor 2-dependent inflammatory responses to Borrelia burgdorferi[J].Infect Immun,2013,81(2):402-410.

[30]Tschirren B,Andersson M,Scherman K,et al.Polymorphisms at the innate immune receptor TLR2 are associated with Borrelia infection in a wild rodent population[J].Proc R Soc B,2013,280(1759):364.

[31]Cervantes JL,Hawley KL,Benjamin SJ,et al.Phagosomal TLR signaling upon Borrelia burgdorferi infection[J].Front Cell Infect Microbiol,2014(4):55.

[32]Oosting M,Buffen K,van der Meer JW,et al.Innate immunity networks during infection with Borrelia burgdorferi[J].Crit Rev Microbiol,2014,25(1):1-12.

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.05.041

國家自然科學基金資助項目(81060134，81371835)；云南省自然基金資助項目(2010CD221，2011FB244，2012FB011，2013FZ057，2014FA011,2014FB001)。 作者簡介：王艷紅(1988-)，在讀碩士研究生，主要從事熱帶傳染病和結核病的研究。#共同第一作者：馮時(1989-)，在讀碩士研究生，主要從事熱帶傳染病的防治研究。△

，Tel：13888369882；E-mail:baofukai@126.com。▲通訊作者，Tel：13529279792；E-mail:lunaliu123@yahoo.com.cn。

R514

A

1671-8348(2016)05-0694-03

2015-07-20

2015-10-14)