TLR及信号通路课件(Toll样受体及其信号转导).pptx

1、Toll样受体及样受体及其信号转导其信号转导Toll like receptor(TLR)and its cell signaling 病源体相关的分子模式病源体相关的分子模式（PAMP）与模式识别受与模式识别受体体(PRR)Toll样受体样受体（TLR）内内 容：容：病源体相关的分病源体相关的分子子模模式式（PAMP）小偷小摸小偷小摸 交通违规交通违规 违章摆摊违章摆摊 官员腐败官员腐败 劫持人质劫持人质外敌入侵外敌入侵模式识别受模式识别受体体(PRR)治安联治安联防防/片警片警 交通警察交通警察 铁铁血城管血城管中纪委中纪委 防暴防暴警察警察陆海空三军陆海空三军社会有机社会有机体的：体的：

2、Health-threatening pathogensa|OH HOHO HOHO._HO P OHO P OH HOH M I PAMPHO病源体相关的分病源体相关的分子子模模式式（PAMP）的特点）的特点结构恒结构恒定定,进化保守；进化保守；可被固有免疫的特定受体所识可被固有免疫的特定受体所识别别;病原体赖以生存、变化较小的主要部病原体赖以生存、变化较小的主要部分分(如病如病 毒的双毒的双链链RNA和细菌的脂多和细菌的脂多糖糖)，因此病原体因此病原体 很难发生突变逃逸固有免疫的作用。很难发生突变逃逸固有免疫的作用。PAMP分分类：类：PAMP病毒病毒/细菌细菌胞胞核核/产物产物CpGDN

3、A单链单链RNA双链双链RNA脂多糖：革兰阴脂多糖：革兰阴性菌性菌肽聚糖：革兰阳肽聚糖：革兰阳性菌性菌糖类糖类/脂类脂类细菌胞壁细菌胞壁糖糖脂脂：分枝杆菌分枝杆菌甘露糖甘露糖：酵母菌酵母菌PAMP主要成分脂多主要成分脂多糖糖(A)和肽聚和肽聚糖糖(B)的结构的结构Mur(MurNac)：乙酰胞壁酸：乙酰胞壁酸；Glc(GIcNac)：乙乙酰酰葡葡糖糖胺。胺。认识脂多糖认识脂多糖（LPS）脂多糖是PAMP的一个典型代表。对脂多糖的识别在固有免疫中有特殊的地位。首先，脂多糖为革兰阴性菌的胞革兰阴性菌的胞壁壁成分，免免疫疫刺刺激激作作用最用最 强强，全身感染会引起内毒素休克内毒素休克。这一致致命命的

4、的综综合合征征是全 身细菌感染后大量细胞因子特别是TNFa的分泌所引起，可导致脑、心、肾、肝脑、心、肾、肝等等要要害害器器官官的的衰衰竭竭，因而LPS又称 内毒内毒素素。LPS还是固有免疫信号转导研究的突破口之一，由此发现 了相应的受受体体TLR4，及一些当初未知的炎症基因信炎症基因信号转号转 导和激活方导和激活方式式，开拓了研究固有免疫识别的新局面。模式识别受体模式识别受体Pattern recognition receptor，PRR模式识别受模式识别受体体是是主主要要由由免免疫疫系系统统细细胞胞 表达的、识表达的、识别别微微生生物物特特定定分分子子结结构构即即 病原相关分子模病原相关分子

5、模式式的的免免疫疫受受体体。模式识别受体特点：模式识别受体特点：胚系基因编码；胚系基因编码；组成性地持续表达；组成性地持续表达；快速应答；快速应答；识别各种病原体表达识别各种病原体表达的的PAMP。模式识别模式识别受体种受体种类类与分布：与分布：体液中的模式识体液中的模式识别别分分子子:PRR的游的游离离形形式式-五聚体蛋白五聚体蛋白：识别识别PAMP成分中的磷成分中的磷酸胆碱。酸胆碱。-甘露糖结合甘露糖结合凝集凝集素素：识：识别别PAMP的的碳碳水水化合物。化合物。-脂多糖识别脂多糖识别蛋白蛋白模式识别模式识别受体种受体种类类与分布：与分布：细胞表面模式识别受体细胞表面模式识别受体-甘露糖受

6、甘露糖受体体 （巨噬细胞）（巨噬细胞）-清道夫受清道夫受体体 （巨噬细胞（巨噬细胞）:LPS;脂蛋白；氧脂蛋白；氧化化LDL等等-Toll样受样受体体 (TLR 1/2/4/5/6/10)识识别别PAMP的甘露糖受体的甘露糖受体（A）和清道夫受）和清道夫受体体(B)模式识别模式识别受体种受体种类类与分布：与分布：细胞内模式识别受体细胞内模式识别受体-Toll样受样受体体 (TLR3/7/8/9)-NOD样受体样受体-RIG-1样受体样受体NLR:MDP系吞噬溶酶体中解离的革兰阳性菌胞壁肽聚糖相关成分，系吞噬溶酶体中解离的革兰阳性菌胞壁肽聚糖相关成分，属属PAMPNLRTLRRLRToll样样受

7、体受体（TLR）：）：TLRTLR发现；发现；TLRTLR的分子结构与配的分子结构与配体体；TLRTLR的胞内分布和定的胞内分布和定位位；TLRTLR信号转导与调控；信号转导与调控；TLRTLR的生物学功能；的生物学功能；靶靶向向TLRTLR的疾病治疗的疾病治疗TLR发现发现Toll mutationDiscovery of Toll/TLRsTLRs 发发现现/研究进研究进展展 /潜在应用：潜在应用：TLR基因克隆和功能基因克隆和功能鉴鉴定；定；TLR信号传导通路鉴信号传导通路鉴定；定；TLR在发育、抗感染在发育、抗感染免免疫疫和和其他其他生生物物学学过过程程中中的的作作用；用；TLR:疾病

8、干预的靶点。疾病干预的靶点。人类与果人类与果蝇蝇Toll/TLR进化树比较进化树比较hTLR1 hTLR6 hTLR10 hTLR2dToll9hTLR9hTLR7 hTLR8 hTLR5 hTLR3 hTLR4dToll6 dToll8 dToll718Wheeler dToll dToll5 dToll3 dToll4人类人类果蝇果蝇*果蝇：果蝇：9Toll;人类人类：10TLR;鼠：鼠：9TLR;II:TLR的分子的分子结结构构与配体与配体TLR 的配体：的配体：*aTLR8If?o(?l?A配体（配体（PAMP）介导）介导TLR的活化的活化TLR结构结构示意图示意图胞外区胞外区跨膜区跨

9、膜区：富富含含Cys胞内区胞内区:TIR，蛋蛋白白 相互作用区相互作用区TLR 二聚化二聚化：比比如如TLR3/4二聚体二聚体，TLR2/TLR1异二聚体等。异二聚体等。TLR结构结构简图简图富含亮氨酸富含亮氨酸重复序列重复序列(TLR/IL-1R)23 LRR；Dimer:LRR12/20 LRR20:参与配体结合参与配体结合TLR3 ectodomainLRRTIR 结构域介导结构域介导的细胞互作的细胞互作TIRTIR 结构域介导结构域介导的信号传递的信号传递与与调控调控TLR的胞内分布和定位的胞内分布和定位 TLR广泛分布于免疫器官和心、脑、肺、肝、肾广泛分布于免疫器官和心、脑、肺、肝、

10、肾 等器官组织内；等器官组织内；TLR主要表达在免疫细胞，在某些上皮细胞和成主要表达在免疫细胞，在某些上皮细胞和成纤维细胞也有表达；纤维细胞也有表达；不同的不同的TLR可表达于不同细胞上；可表达于不同细胞上；同一细胞可表达多同一细胞可表达多种种TLR。TLR的组的组织分布织分布Expression patterns and PAMP specificitiesTLR胞内定胞内定位位:细胞膜配体；细胞膜配体；内体、溶酶体和内质内体、溶酶体和内质网网TLR$gTLRTLRTrlacyl/2/4/5/6/1LPSHF-BEndosorneTRAMTRJ FHF-BTLR2-TLR1M088NF-BT

11、yw IIFLIInflammatory cytokinesTIRAP klyDBBdependoI pet:hwayTLRVirus-infected cellsPlesma membraneEndolysosomepoly(I:C)dsRNAdsRNAInflammatory cytokinesT,AutophagosomeUNC93B1IRF3TLRsERMyDB8(TLR3/7/8/9):BacteriaDNATLRBInflammatory cytokinesT I lFNIRF7TLR信号转导与调控信号转导与调控接头蛋白接头蛋白：MyD88衔接蛋白衔接蛋白蛋白激酶蛋白激酶：IRAK

12、转录因子转录因子：NF-B病原体杀伤病原体杀伤炎症基因炎症基因TLR通路组成通路组成LPS配体配体受体受体MyD88依赖非依依赖非依赖信号转导通路赖信号转导通路AP1Target geneMyD88依赖的信号转导通路依赖的信号转导通路MyD88非依赖的信号转导通路非依赖的信号转导通路Toll is activated by the processed Sptzle(left).Toll activation leads to intracellular signaling via cytoplasmic proteins Tube and Pelle,leading to the degrad

13、ation of Cactus and nuclear localization of NF-B proteins Dorsal and Dif.These transcription factors bind to promoters of target genes,such as d r o s o m y c i n,a c t i v a t i n g t h e i r t r a n s c r i p t i o n.果果蝇蝇Toll 受体通路：受体通路：TLR信号转导的调控信号转导的调控Cao XT:Nature ImmunologyTLR信号转导调控的意义信号转导调控的意义

14、 正常生理状态下正常生理状态下，机机体体存存在在着着多多种种TLRs 的调控机制，的调控机制，以以维维持持免免疫疫反反应应的的平衡平衡；既既适度活适度活化化TLR信信号号通通路路清清除除病病原原体体，又又防止防止TLR信号过信号过度度活活化化，以以免免发发生生过过 强的免疫反应，强的免疫反应，造造成成内内毒毒素素休休克克和和自自身身 免疫性疾病等。免疫性疾病等。TLR信号转导信号转导的的正调控正调控 酪氨酸激酪氨酸激酶酶Btk参与参与TLR2/4/9 信号途径，增信号途径，增强强NF-B 活性，活性，促进下游基因表达。促进下游基因表达。TLR信号转导信号转导的的负调控负调控免疫细胞存免疫细胞存

15、在在多多层层次次的的针针 对对不同靶不同靶点点的的负向调负向调控控因因子子，可对可对TLR信信号转导的号转导的的的开启和开启和传传 导导 起起 到到 精精 确确 的的 调调 控控 作作 用用 。TLRSBP-2TLR 信号通路的负调控的方式信号通路的负调控的方式胞外负调控因子胞外负调控因子如如sTLR4，竞争性抑制；，竞争性抑制；跨膜负调控分子跨膜负调控分子促促使使TLR连接复合体的解离连接复合体的解离，ST2；干扰功能复合体的形成干扰功能复合体的形成，RP105胞内负调控因子胞内负调控因子泛素化降解，泛素化降解，如如Triad3A降解降解TLR49；竞争抑制等；竞争抑制等；病原体源性负调控因

16、子病原体源性负调控因子病原体来病原体来源的负源的负调调控因子控因子Bacteria fights back against TLRs!TLR 的生物学功能的生物学功能TLR 的生物学功能的生物学功能 调节固有调节固有免疫和免疫和获获得性免得性免疫疫;抗微生物抗微生物感感染染;组织损组织损伤伤;发发育育;肿瘤发生肿瘤发生与治疗与治疗TLRs 与免疫应答与免疫应答I:Toll 突变果蝇对真菌和细菌等病原体易感性增强突变果蝇对真菌和细菌等病原体易感性增强Nature 2000(CpG DNA)Which TLR is responsible to CpG DNA stimulus?Alignment

17、 of human and mice toll like receptor 9Identity of 75.5%+Conserved LRRAlignment of the cytoplasmic domains ofhuman TLR family membersConserved TIR domainTLR9 expression in immune tissueConstruction of TLR9 knockout miceImpaired responses to CpG ODN in TLR9-/-cells(SplenocytesCpG oligodeoxynucleotide

18、(ODN)and non-CpG ODN?Impaired responses to CpG ODN in TLR9-/-cells.(Peritoneal macrophages)Resistance to CpG ODN-induced shock in TLR9-/-micedh$hb t 0 ih S SMD88-D9 cI9htMyD88 KO Mice Are Resistant to LPS-Induced Endotoxin ShockLack of LPS Responsiveness in MyD88 KO MacrophagesLack of LPS Responsive

19、ness in MyD88 KO B CellsTLRs 在固有免在固有免疫疫中中的作用的作用 上调吞噬相关基因的表达，直接增强天上调吞噬相关基因的表达，直接增强天然免疫然免疫细胞的吞噬与杀伤能力；细胞的吞噬与杀伤能力；促进免疫相关细胞因子和趋化因子的分泌；促进免疫相关细胞因子和趋化因子的分泌；促进抗微生物肽（如防御素）的分泌。促进抗微生物肽（如防御素）的分泌。TLRs 识识别别PAMP是是机机体启体启动动并并扩扩大大天天然然免疫免疫效效应应的的重重要要机机制。制。TLRs可诱导树突状细可诱导树突状细胞胞成成熟熟；TLRs可诱可诱T细胞细胞向向Th1或或Th2分分化；化；TLRs可诱导调节可诱

20、导调节性性T细细胞胞活活化化；其他其他TLRs多环多环节节调节调节获获得得性性/特特异异性性免免疫疫应应答答TLR 与肿瘤与肿瘤Nature Med 2007TLR4-MyD88 controls antigen presentation by DCs engulfing apoptotic bodies in vitroTLR4 expression by DCs is required for the immune response against dying tumor cells in vivoThe immunogenicity of dying tumor cells after

21、chemotherapy or radiotherapy depends on the release of the TLR4 ligand HMGB1TLR4 and its ligand HMGB1 are both required for thesuccess of vaccination against tumor cellsTLR4 dictates the efficacy of antitumorchemotherapy and radiotherapy in miceTLR4 dictates the efficacy of antitumor chemotherapy in

22、 humansTLR与组织损伤与组织损伤OxPLsCell,2008Identification of Oxidative Stress and Toll-like Receptor4 Signaling as a Key Pathway of Acute Lung InjuryTLR4 Is a Susceptibility Gene for Acute Lung InjuryIdentification of Oxidative Stress and Toll-like Receptor 4 Signaling as a Key Pathway of Acute Lung InjuryTR

23、IF-TRAF6-NFkB-Cytokine Signaling Mediates the Severity of Acid Aspiration-Induced Acute Lung InjuryIdentification of Oxidative Stress and Toll-like Receptor 4 Signaling as a Key Pathway of Acute Lung InjuryTLR4-TRIF-TRAF6-NFkB-Cytokine（IL-6）OxPLs靶靶向向TLR的疾病治疗的疾病治疗TLR拮抗剂与激动剂拮抗剂与激动剂I aagjun wwjojnqClin

24、ical development:vaccines and vaccine adjuvantsClinical development:allergic diseasesClinical development:cancerClinical development:infectious diseases and other indicationsClinical development:TLR antagonists抑制抑制TLR信号通路信号通路：拮抗剂拮抗剂阻断阻断TLR配配体体受受体相互作用体相互作用（sTLR2/sTLR4）阻断阻断TLR配配体体受受体相互作用体相互作用（TLR 抗体抗体/小分子化合小分子化合物）物）阻断阻断TLR胞胞内信号转导内信号转导（小分子（小分子化合物）化合物）活化活化TLR信号通路信号通路：激动剂激动剂 DNA疫苗佐疫苗佐剂剂 （CpG DNA）；）；治疗免疫治疗免疫缺陷；缺陷；增强机体增强机体抗病抗病毒毒/细细菌等免菌等免疫疫应答。应答。展展望望 进步长足；进步长足；问题尚多；问题尚多；TLR 与疾病发生与疾病发生与治疗。与治疗。Thank you!