免疫学原理考试 TLR内容及评价

硕士生《免疫学原理》考试

要求：详细介绍该年度诺贝尔获奖者的主要贡献；选择3篇相关文献，写出摘要并翻译；在此基础上，联系自身的科研工作进行评述（意义，局限性，对今天科研的启示）。

第一部分Charles A Janeway Jr.TLR的发现和模式识别概念的提出从Mechnikov1883年发现吞噬细胞的吞噬现象起，固有免疫(innate immunity)研究已经历时130多年。然而，在20世纪中、后叶的免疫学研究的舞台上，细胞免疫和体液免疫一直是两个主角。相比之下，固有免疫应答的研究由于缺乏对其相应受体的系统认识，明显滞后于适应性免疫研究的进程，对固有免疫系统的分子基础了解甚少。

Charles Janeway Jr.推测与适应性免疫的识别机制不同，固有免疫第一时间识别病原微生物激活第二信号的表达很可能依赖一类完全不同于T细胞受体(TCR)的受体。

Charles Janeway Jr.在1989年冷泉港定量生物学研讨会上提出了“模式识别受体”(pattern recognition receptor，PRR)的假说。该假说主要包括以下几点：第一，激活T 细胞所需的第二信号受病原微生物感染的诱导，从而控制适应性免疫在正常情况下不被激活；第二，病原微生物自身的某些保守组分如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)能激活第二信号，这些保守组分在宿主体内不存在，Janeway将其命名为病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)，尽管这些组分具体的结构成分在当时还不清楚；第三，佐剂的作用是模拟病原微生物的感染，激活天然免疫系统产生第二信号，从而激活适应性免疫产生抗体，因此，PAMP可以用作免疫佐剂；第四，也是最重要的一点，宿主体内存在一类受体介导天然免疫的识别，这类受体不依赖于基因重排，能在第一时间识别病原微生物并激活第二信号，Janeway将其命名为模式识别受体，并进一步指出这类受体从无脊椎动物到脊椎动物在进化上保守，在脊椎动物体内天然免疫识别病原微生物并激活第二信号的表达对激活适应性免疫不可或缺，因此在脊椎动物体内与适应性免疫同等重要。

Charles的这一超前理论也称为“pattern recognition theory(模式识别理论)”。2011年诺贝尔生理医学奖中的两位获奖者Jules A Hoffmann和Bruce A Beutler证明了Charles模式识别受体的存在和模式识别理论的正确，进一步推展了该理论的内涵。Janeway等有关病原体相关分子模式以及识别PAMP模式识别受体概念的提出，标志着固有免疫研究进入了一个崭新的阶段，使固有免疫迅速跟上TCR、BCR、IgFcR和NK受体等免疫受体(immu-noreceptor)研究的步伐。

这一假说的提出具有划时代意义，指导了近二十多年来天然免疫的发展。然而，这一假说在当时并未得到关注，直到1996年第一个模式识别受体Toll的发现。

根据Janeway病原体相关分子模式以及识别PAMP模式识别受体假说，模式识别受体须满足三个标准：进化上保守，广泛表达于抗原提呈细胞表面以及激活第二信号。早期的研究集中在表达于细胞表面多样性的CD分子上，但这些分子如CD2和CD45在抗原提呈细胞中不表达；CD14参与LPS的识别，但由于其胞内区非常短或根本没有胞内区，不能诱导信号转导激活第二信号。

1994年，Nomuria等发现在哺乳动物有一种与果蝇Toll蛋白相似的蛋白，蛋白胞膜外结构域富含亮氨酸的重复序列；Taguchi等于1996年克隆并定位了编码这种蛋白的基因，此蛋白即是现在的Toll样受体1(Toll-like receptor1，TLR1)这是发现的人类第一个果蝇Toll 的同源物。1996年，Jules A.Hoffmann教授领导的研究小组发现Toll的激活突变体能持续表达抗真菌肽，而Toll或Pelle缺失突变体则不能表达抗真菌肽，失去了抵抗真菌感染的能力。Hoffmann发现果蝇抵抗真菌的感染也需要Spatzle-Toll的相互作用，但参与剪切的丝氨酸蛋白酶与背腹发育所需的酶不同，因此，他提出真菌感染激活某些丝氨酸蛋白酶剪切Spatzle，Toll识别有活性的Spatzle，启动一系列信号转导激活抗真菌肽的表达。尽管Toll 不直接识别PAMP，但Hoffmann的发现首次证实了以“模式识别受体”理论为基础的天然免疫存在于无脊椎动物中，开启了免疫学领域的新方向，受Hoffmann研究的启发，一年以后Janeway实验室克隆了人的TLR4，TLR4形成二聚体激活NF-kappaB和辅助刺激因子CD80和CD86，首次证明了人的天然免疫系统激活第二信号是激活适应性免疫的基础。然而，他们认为与果蝇Toll受体类似，人的TLR并非直接识别病原微生物，而是依赖于病原微生物感染诱导一系列蛋白酶反应加工后的多肽产物。在此之后的一年时间里，一系列的TLR陆续被克隆，但它们识别的配体都不清楚，很多实验室试图找到TLR4识别的配体，均以失败告终。直到1998年，Bruce A.Beutler实验室利用图位克隆技术发现C3H/HeJ 小鼠的Tlr4基因发生突变，不能识别LPS，因此对LPS处理不敏感。Beutler教授的工作首次证实了模式识别受体TLR直接识别病原微生物的PAMP，进一步发展了Janeway 的假说：PRR直接识别PAMP是启动天然免疫的第一步，也是获得性免疫反应的基础；另外一个启示则是TLR与配体的识别必须通过基因失活来证实。

目前模式识别受体家族仍在不断壮大，至今共有10种Toll的同源物已经被鉴定(TLR1～TLR10)。这些模式识别受体在不同类型的细胞内，感染的不同时期，识别不同的PAMP，协同作用启动天然免疫反应。此外，宿主受危险信号比如组织损伤、细胞坏死等因

素的刺激会释放或产生一些蛋白、核酸及其代谢物也被宿主的PRR所识别，激活天然免疫并引起炎症反应。因此，PRR在监控病原微生物感染保护宿主的同时，也识别宿主自身的某些组分引发自免疫疾病。

第二部分3篇相关文献摘要翻译一、Innate immune recognition[Annu Rev Immunol. 2002;20:197-216.]

Janeway CA Jr1,Medzhitov R

Abstract翻译

固有免疫应答系统是宿主抵抗感染的一种普遍而古老的形式。固有免疫应答对抗原的识别依赖于由种系编码的数量有限的受体。这些受体在进化中是为了识别由病原微生物所产生的具有保守结构的代谢产物，而并非宿主产生的。对这些微生物分子结构的识别有助于宿主免疫系统从自身的非传染性感染中区分出异己感染。Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）在病原体的识别、炎症反应初期以及免疫应答过程中发挥着重要作用。病原微生物产物对TLR的刺激激活了信号通路进而诱导了宿主的抗微生物相关基因的表达以及细胞因子的产量。此外，对TLR的刺激引起了树突状细胞的成熟以及诱导了共刺激分子的产生、抗原提呈能力的增强。因此，TLR对微生物的识别有助于指导宿主对由病原微生物衍生出的抗原的适应性免疫应答。

二、A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity

[Nature.1997Jul24;388(6640):394-7.]

Medzhitov R1,Preston-Hurlburt P,Janeway CA Jr.

Abstract翻译

适应性免疫应答的诱导依赖于抗原提呈细胞共刺激分子和细胞因子的表达。对控制感染信号初始诱导的机制了解甚少。有学者提出，在脊椎动物中它们的表达是受非克隆的或者比适应性免疫优先进的固有的免疫组分控制的。在这篇文章中，我们报道了与诱导成年果蝇初始免疫应答Toll蛋白同源的人蛋白的克隆和特征。像果蝇中的Toll蛋白一样，人的Toll蛋白也是I型跨膜蛋白，其胞外结构域是亮氨酸富集的重复序列，胞浆区与IL-1R家族成员胞浆区高度同源。果蝇的Toll蛋白和IL-1R都是通过NF-kappaB通路进行细胞信号转导的。人Toll蛋白转染到人细胞系中呈现组成型激活，并会激活NF-kappaB途径以及该途径所控制的相关基因（炎症因子IL-1、IL-6、IL-8基因以及共刺激分子B7.1基因）的表达，这些基因的表达对于活化T细胞是必须的。

三、RICK/Rip2/CARDIAK mediates signalling for receptors of the innate and adaptive immune

systems.[Nature.2002Mar14;416(6877):194-9.]

Kobayashi K1,Inohara N,Hernandez LD,Gal n JE,N ez G,Janeway CA,Medzhitov R, Flavell RA.

Abstract翻译

固有免疫和适应性免疫虽然在进化上不同，但它们密切相关共同组成了免疫系统。这两种免疫应答有自己的特点：固有免疫的Toll样受体以及适应性免疫的抗原特异性受体。实验发现Caspase活化的聚集结构域(CARD)包含丝氨酸-苏氨酸激酶Rip2（又名RICK，CARDIAK，CCK and Ripk2）在两种免疫应答中均参与来自受体的信号转导。配体刺激TLR2后Rip2被招募到TLR2的信号复合物。此外，在Rip2缺陷的细胞中，当脂多糖、肽聚糖以及双链RNA但并非细菌的DNA这些物质刺激TLR2受体时，细胞因子的产量降低，表明Rip2是位于TLR2/3/4下游的，而不在TLR9下游。在固有免疫应答中Rip2缺陷细胞对于通过IL-1、IL-18进行的信号转导也表现出低应答，同时丧失了通过Nod蛋白分子进行的信号转导。此外，Rip2缺陷的T细胞中NF-kappaB信号通路活性、IL-2产量、T细胞受体量显著降低，同时TH1细胞的分化受阻，表明Rip2对于TCR的最佳信号转导状态和T细胞的分化是必需的。因此，Rip2同时参与固有免疫应答和适应性免疫应答的信号转导以及整合。

第三部分在上述基础上，联系自身的科研工作进行评述（意义，局限性，对今天科研的启示）

Janeway等有关病原体相关分子模式以及识别PAMP的模式识别受体概念的提出，标志着固有免疫研究进入了一个崭新的阶段，使固有免疫的研究迅速跟上了TCR、BCR、NKR 等免疫受体研究的步伐。Janeway的假说以及TLR的发现，搭建了固有免疫应答和适应性免疫应答之间的桥梁，奠定了免疫学领域的基础理论。

随着免疫学的不断发展，研究者发现模式识别受体在不同类型的细胞内，感染的不同时期，识别不同的PAMP，协同作用启动天然免疫反应。此外，宿主受危险信号比如组织损伤、细胞坏死等因素的刺激会释放或产生一些蛋白也被宿主的PRR所识别，激活天然免疫并引起炎症反应。因此，PRR好像一把双刃剑，在监控病原微生物感染保护宿主的同时，也识别宿主自身的某些组分引发自免疫疾病。这也许是Janeway提出PRR理论时所没有料到的。

回顾Janeway提出模式识别受体理论以及Toll样受体的发现过程，尽管有些不完善甚至是现在证明错误的地方，一开始并没有得到重视甚至被质疑，但他们都坚持不懈地寻找证据证明或修正自己的观点或反驳他人的观点，最终为免疫学基础理论的完善做出了巨大的贡献！随着越来越多的人加入到研究的行列，他们的观点逐渐得到认可，理论也不断地被充实完善。近年来，这些研究领域取得了极大的进展，甚至开始了临床应用，但仍然有很多悬而未决的问题等待着研究者们去解答。除了目前已知的PRR外，宿主是否存在更多的未知的PRR？PRR介导的信号通路中是否存在新的信号分子激活或抑制免疫反应？这都将是需要科研工作者去潜心探索的。

作为初步接触科学研究的新人，我们不仅要夯实专业课程、医学统计学等理论基础，为以后的科学研究建立合理的知识体系并提供分析实验数据的有效途径，更要秉承着踏实、严谨、求真、务实的科研作风，去向生物医学领域中未知的那颗星出发，无论在途中什么样的困难，也要铭记“既然选择了远方，便只顾风雨兼程”！愿我们潜心为推动人类伟大医药事业的发展贡献自己的一份绵薄之力。