TLR4信号转导通路中胞外分子之间的相互作用

TLR4信号转导通路中胞外分子之间的相互作用 TLR4信号转导通路中胞外分子之间的相互 作用 ? 522?医学综述2006年5月第12卷第9期Me~egRecapitulate,May20O6.Vo1.12,No.9 TLR4信号转导通路中胞外分子之间的相互作用 陈伟(综述).史忠(审校) (中国人民解放军第三军医大学新桥医院急救部,重庆400037) 中图分类号:R392.11文献标识码:A文章编号:1006.2os4(2ooe)o9.0522,03 摘要:细菌脂多糖(LPS)介导的炎症信号主要通过一种跨膜蛋白toll样受体4(toll—likereceptor4. TLR4)传入胞内,引起一系列相应的细胞效应.近年来对该信号通路的研究取得了 一些新的进展,本 文综述了该信号通路中胞外的主要分子LPS,脂多糖结合蛋白(LBP),cDl4,TLR4和 髓样分化蛋白.2 (MD.2),及其各分子之间的相互作用.通过这些分子之间的相互作用激活TLR4并 触发信号转导. 关键词:TLR4;信号转导;分子相互作用 InteractionofExellularMelecul档 InTLR4signalTransductlonPathwayCHENWei.SillZhong. (EmergencyDepartment,XinqiaoHcsptial,胁 aryMedicalUniversity,Chongqing400o37,China) Abstract:InflammationBjgnaImediatedbylipopolysaeeharide(LPS)i日 Imnsdueediriteeellsbya~smem. braneproteinofToll— likereceptor4(TLR4).~sdtinginaseriesofeytolo@e~effect.Somenewprogressin山eBjg— haltransduetionpathwayhasbeenmadeinrecentyeats.11lisarticlesummarizesthemainexl Taeellularmeleeule8in thesignaltranaductionpathwaysuch88LPS,LSP(1ipopolysaeeharidebindingprotein),CD 14,TLR4andMD2 (Myeloiddifferentiation一2),andtheinteractionsanlongofthesemeleeuleB.Iti8{usttheinteractionof山e?mele. culesthatactivatesTU【4andtriggerstheBi印altransduefion, Keywords:r011.1ikerecept0r4;sis,~transduefion;Meleeularinteraction t0It样受体4(t0l1一likereceptor4,TLR4)是T0u样受体 (TLRs)家族中的一员.革兰阴性菌外膜的脂多糖(1ipopolysac— chande.LPS)是其识别的主要配体.LPS通过TLR4向胞内转 导信号,近年研究发现TLR4信号通路的胞外部分不仅包括 LPS和TLR4,尚有其他一系列分子参与,并通过这些分子在胞 外的相互作用激活TLR4. 1TLR4信号通路中胞外的主要分子 1.1LPsLPS是革兰阴性菌(G一)外膜的一种糖脂成分.因 细菌的种类不同其组成有所差异.来自于大肠杆菌的LPS由 三个部分通过共价键连接组成,从内到外分别是:脂质A,核 心低聚糖,O特异多糖链.其中最内层的脂质A是LPS的毒 性成分,由6条脂肪酰链连接于2个分子葡萄糖胺残基骨架 上组成.核心低聚糖由1O个单糖残基构成.最外层的O特 异多糖链是由许多4个单糖组成的重复单位构成.这个部分 在细菌中高度变异,决定LPs的抗原特异性.保留在细菌外 膜上的LPs对天然免疫系统的激活作用很弱,它必须通过宿 主的一系列处理才能激活免疫系统. 1.2LBP脂多糖结合蛋白(LPSbindingprotein,LBP)是一种 60×10的血浆糖蛋白,它能以3.5nmol/L的解离常数结合到 LPS的脂质A部分.LBP实质是一种能催化LPS从细菌外 膜转移到CD分子的一种类脂转移酶. 1.3CDlCD是一种约50×103的糖蛋白,它可以通过一 种糖基磷脂酰肌醇锚定分子 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达于髓源性细胞表面,称为膜 结合CDI4(membraneCDmCD);也可以以游离形式出现在 循环系统内,称为可溶性CDI4(solubleCDl4,吕l=Dl4).据报道 cD.和LPS结合的解离常数为30—74nmol/L,做了cDl基因剔 除的小鼠对LPs保持低反应性,并能抵抗其致死效应乜],但缺 失CD..的小鼠对高浓度的LPS仍能产生反应,LPS对循环中 的急性期蛋白的诱导作用并不受影响nj,可见CD..对LPS的 反应并非必需,但对该过程可能有增效作用. 1.4TLR4.rLR4是在哺乳动物中发现的第一个果蝇TOLL 蛋白的同系物.它是一典型的I 型跨膜蛋白,胞外区由富含亮氨 酸的高度重复序列构成,胞浆区 与人类IL-I受体高度同源.它 在CD,的下游发挥作用并传递 LPS信号,对LPS耐受小鼠系 C3H/HeJ进行定向克隆分析,发 现在TLR4氨基酸序列712位的 脯氨酸被组氨酸替代;而另一 个LPS耐受小鼠系C57BL/10ScCr 则缺TLR4基因的完整序列,可见 TLR4在宿主对LPS的反应中扮 演着极其关键的角色. 1.5MD一2髓样分化蛋白一2(myeloiddifferentiation-2,MD一2)是 一 种分泌性的糖蛋白,由二硫键连接成稳定的二聚体,寡聚体 或多聚体.它在TLR4被LPS激活的过程中作为一种胞外衔 接蛋白,MD一2的一种突变体C95Y对LPS不产生反应.而野生 型MD.2可以恢复此过程j,基因剔除小鼠研究也证实缺失 MD.2后对LPS无反应】,可见MD一2对LPS信号转导是不可 缺的. 2胞外分子之间的相互作用 LBP将Lt%从细菌外膜上转移下来,与sCD..结合并形成 由三者构成的复合物,复合物中的LPS再传递给mCD由 mCD.把LPs传递给TLR4(复合物中的LPS亦可直接传递给 TLR4),在D一2的协助下LPS激活TLR4并触发信号转导.同 时LBP及CD.将LPS传递给高密度脂蛋白颗粒(HDL)促进其 清除(如图I). (G一:革兰阴性茁,LBP:脂多糖结合蛋白,LPS:脂多糖,sCD可 溶性CD…mCDl4膜结合CD…MD-2:髓样分化蛋白一2,TLR4:Toll样受 体4,HDL:高密度脂蛋白) 图1TLR4信号通路中胞外分子之间的相互作用 2.1LPS,LBP及CD..之间的作用LBP通过其N末端的疏 医学综述2OO6年5月第l2卷第9期MedicalRecaPifu!,ay!o1.,,! 水性氨基酸残基与LPS的脂质A结合,将LPS从细菌外膜上 转移下来,再通过其C末端与CD分子相连,三者形成临时 复合物,这些复合物将其中的LPS进一步传递给mCD.并发 挥信号作用.另外,人CD能通过其N末端的151个氨基酸 残基与LPS相互作用],鼠CD,与LPS相互作用尚需要其C 末端的亮氨酸重复序列】.同时,LPS通过LBP和CDl从革 兰阴性菌外膜转运到HDL,再通过肝脏排除体外,LPS通过此 过程得以失活.可见LBP与CD不仅促进LPS信号的产生, 同时也终止这种信号作用,这可以解释小鼠缺失这些分子的 的复合表现.例如,小鼠缺失LBP能抵抗通过实验诱导的内 毒素休克,但LPS刺激肿瘤坏死因子一(TNF-a)的产生并不受 影响].LPs通过LBP和CD.的清除可以减轻局部炎性反 应,加速革兰阴性菌的清除.因此LBP与cD在这个过程中 具有双重作用. 2.2LPS与MD一2之间的作用Kawasaki等发现MD一2肽链 上102116位富含碱性芳香族氨基酸,这个区域可形成一环 形结构并与LPS结合.在小鼠MD一2的Tyr34,Tyr36,Gly59, Va182,Ile85,Phe126,Pro127,Gly129,Ile153,Ile154和His155引进 单一氨基酸突变,能明显降低LPS刺激机体的反应能力,说明 MD一2可能通过这些氨基酸残基与LPS有相互作用.对人类 MD-2的氨基酸序列进行分析,发现它有与鲎抗LPS因子 (IJmulusanti—LPSfactor,LALF)和杀菌/渗透性增加蛋(bacteri- cidal/permeability—increasingprotein,BPI)的LPS结合基序相似的 结构,其中14个氨基酸序列是LPS识别的最小序列,已经证 实这个序列能够结合LPS_1.对人类MD一2突变体的进一步 研究,证实LPS与人MD.2的结合依赖于LPS所识别的14个 氨基酸序列中的Lys128和Lys132…. 2.3MD一2与TLR4之间的作用MD.2能促进TLR4与LPS 相结合,促进细胞对LPS产生反应.仅表达TLR4或TLR4/ CD,的转染细胞,未发现TLR4与LPS的结合,只有当CD., TLR4,MD一2共同表达时,才能检测到,I'LR4与LPS的结合.对 于MD.2与TLR4结合后是否能使TLR4的空间构象发生变 化,使其更易于与LPS结合还有待进一步研究.在鼠和人 MD一2突变体的研究中发现有些氨基酸残基在与TLR4的相互 作用中起着关键作用,鼠和人MD一2与,I'LR4的结合都依赖于 Cys95,Tyrl02和Cysl05,估计在MD一2蛋白分子中存在一个包 含这些氨基酸的结构域,这个结构域构成为与,I'LR4的结合位 点?. 有研究证实MD一2对TI.~4细胞表面的表达尚有重要作 用,在缺失MD.2的成纤维细胞中,瞬时表达的鼠,I'LR4堆积 在高尔基体,而在野生型的成纤维细胞中,,IfLR4能从高尔基 体迁移到细胞表面,对人MD.2也有相似的实验结果.进一 步研究发现MD.2与TLR4的相互结合发生在内质网,在内质 网伴侣蛋白gp96缺失的细胞中,TLR4.MD一2二聚体不能够形 成,因此推测伴侣蛋白p96对11LR4与MD.2的结合及随后 TLR4.MD.2在细胞表面的表达有重要作用.Ohnishi等认 为,MD.2对人TLR4分子上Ash526和Ash575的糖基化作用是 必需的,没有这两个位点的糖基化作用,人TLR4不能转运到 细胞表面,甚至不能与MD.2相结合,因此MD.2有利于TLR4 的糖基化作用. - 523- 2.4LPS与TLR4.MD,2之间的作用正如前述,TLR4与MD-2 可形成二聚体,研究清楚LPS与,I'LR4一MD一2在什么位置相互 作用,以何种方式相互作用是非常重要的.在对HEK293细 胞瞬时表达人CD和人1LR4一MD一2的的研究中发现,LPS与 TLR4一MD一2是以化学的方式彼此结合,因此认为二者之间是 一 种直接作用.Akashi等进一步研究认为,LPS与TLR4 而mCD可以促LPS一 MD一2可以在细胞表面形成了一复合物, ,I'LR4一MD一2复合物在细胞表面的形成.但mCD.不能与此复 合物共沉淀出来,说明mCD.的作用是将LPS传递给TLR4一 MD一2.共聚焦成像显示,在LPS暴露的环境下,TLR4的衔接 蛋白MyD88将向细胞表面易位,这个结果说明LPS与 ,I'LR4一MD一2的相互作用将在细胞表面触发信号转导.然而, 肠上皮细胞对LPS的识别有别于巨噬细胞,研究显示在肠上 皮细胞,I'LR4位在于高尔基体,在肠上皮细胞阻止LPS的胞内 摄取作用可以削弱LPS反应,但在巨噬细胞无此现象,因 此在肠上皮细胞中的LPS与TLR4相互作用发生在高尔基体. 2.5胞外分子相互作用介导的信号转导胞外分子之间的 相互作用结果除了对LPS有一定的清除作用,主要还是激活 ,I'LR4并将LPS信号传人胞内.那么TLR4是怎么被激活的 呢?用一种抗抑郁药融合,I'LR4胞浆区使TLR4胞外区相互作 用而形成嵌合体,发现这种嵌合体具有组成性活性,因此认为 LPS信号通过TLR4胞浆区的二聚体形成所触发.脂质 IVA是脂质A的前体产物,对鼠TLR4.MD一2表现为竞争性结 合,但对人TLR4一MD一2表现为拮抗活性;Akashi等用人 MD.2替代鼠TLR4一MD.2中的MD.2.构成鼠TLR4一人MD2新的 的嵌合体,发现脂质IVA对鼠,I'LR4一MD一2的竞争性结合活性 变成了拮抗活性,因此认为人MD一2能够改变鼠TLR4的特异 性.如果LPS信号是被TLR4二聚体形成激活的话,那么 MD.2在调节TLR4的二聚体形成过程中有重要作用.当然, TLR4对配体特异性的识别亦有重要作用,估计在与配体相互 作用时,TI.~4和MD.2一起共同作用并触发信号转导. 3小结与展望 最近对TLR4信号通路中胞外分子之间的相互作用的研 究取得了一些进展,进一步认识到这是多分子参与的复杂过 程,正是通过这个复杂的过程激活TLR4,将LPS信号传人胞 内.但是,现在对这些作用的理解还非常肤浅,尚不能完全理 解这些分子之间是怎么相互作用的,其作用的确切机制是什 么,还有其他分子或其他因素参与吗?而且现在的结论多数 是建立在体外转染实验的基础上,获得非转染条件下这些分 子之间的作用方式仍是所面临的课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 .值得注意的是,如果 能够进一步研究清楚,I'LR4信号通路中胞外分子之间相互作 用,就可以在胞外水平该对信号转导进行调节;也就是可以在 胞外水平调控LPS引起的细胞效应,这将为治疗由LPS引起 的疾病提供了全新有力的理论基础,其中包括病死率极高的 内毒素休克的治疗. 参考文献: [1]TobiasPS.SoldauK,GegnerJA,eta1.Lipopolysaccharidebindingpro— tein-mediatedcomplexationoflipopolysaccharidewithsolubleCDI4 [J].JBiolChem,1995,270(18);10482—10488. 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Keywords:Brain;Cerebraliachemiaandreperfusion;Matrixmetulloproteases;Ti88ueinhibitorofmetallopretdnaaes 脑缺血时根据缺血部位不同而出现相应的症状,体征,血 管再通随时间不同而发生不同程度的再灌注损伤,在此过程 中,降解细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)的酶类是重要的 损伤因素"j.ECM存在于细胞之间,由胶原,蛋白聚糖及糖 蛋白等大分子物质组成,构成细胞生活的微环境,具有支持, 连接,营养和防御等作用,基底膜主要由ECM构成.基质金 属蛋白酶(matrixmetallopmteinases,MMPs)是一类依赖金属离子 锌并以ECM成分为底物的蛋白水解酶.通常在中性条件下发 挥活性.MMPs在基底膜降解中起着主要作用,微血管的完整 .在读硕士研究生 性在局灶性缺血及再灌注 时被破坏,脑缺血再灌注 时血.脑屏障(BBB)的破坏 均与MMPa的水平异常关 系密切,组织特异性抑制 剂(TIMPs)可特异性地抑 制异常增高的MMPs而对 缺血脑组织起到保护作 用,现仅就MMPs,TIMPs 与脑缺血/再灌注损伤之 问的联系综述如下. 1概述 自从1962年Gross等"发现蝌蚪尾巴组织中含有一种问 质蛋白酶(MMP-I)以来,已有加多种MMPs得到证实.MMPs 是降解ECM的蛋白酶类之一,其编码基因具有同源性,依据 基质金属蛋白酶受体(MMPR)的组织特异性不同可分为:胶原 酶,明胶酶(明胶酶一A/MMP-2和明胶酶一B/MMP-9),基质溶紊 (MMP-3/基质溶紊一1)和金属弹性蛋白酶(MMP-12)C2,3J,MMP-3 酶原分子质量为57x10;MMP-2酶原分子质量为72xtO', 活性分子质量为66×10;MMP-9酶原分质子量为92×103,活 性分子质量为83×10.金属蛋白酶以酶原的形式分泌至组 织中,生理激活过程是其调控的关键.纤溶酶(vlasmln)和尿