TLRs（Toll样受体）

TLRs（Toll样受体）是I型跨膜糖蛋白，其结构特点是细胞外的富含亮氨酸重复序列（LRR），用于配体结合，以及细胞内的Toll-IL-1受体（IL-1R）耐受（TIR）同源结构域，用于下游信号传导。迄今为止，在人类基因组中已发现10种TLR（TLR1–10），在小鼠中发现了13种（TLR1–13），但由于序列中存在终止密码子，小鼠的TLR10并不具备功能。每种TLR都由特定的PAMPs（病原体相关分子模式）触发，详细见表1。TLR1、2、4和5定位于细胞表面，而TLR3、7、8和9负责核酸感应，位于细胞内区室中。

TLR4是第一个被鉴定为哺乳动物中Toll同源物的受体。Medzhitov等人首次展示了TLR4的活性形式能够诱导共刺激分子B7（即CD80）的表达，这一发现至关重要，因为它首次揭示了先天免疫受体与T细胞激活之间的联系。随后，小鼠模型的基因研究，确认TLR4是一种识别革兰氏阴性细菌产物脂多糖（LPS）的关键受体。

LPS是导致败血症的主要触发因素之一。当LPS与TLR4结合时，会激活一系列的免疫反应，最终可能引发强烈的炎症反应和败血症。在1960年代，Jackson实验室的C3H/HeJ小鼠群体中发生了一种自发突变，使得这些小鼠对LPS的毒性具有抗性。Beutler实验室的研究追踪到TLR4基因的外显子3处发生了一个错义突变（当时被称为Lpsd基因的突变）。Jules Hoffmann和Bruce Beutler因分别在果蝇中揭示Toll作为先天免疫传感器以及在小鼠中发现TLR4是LPS受体的工作，于2011年获得了诺贝尔生理学或医学奖。1999年，Akira实验室开发了TLR4缺失小鼠（KO小鼠），并证明这些小鼠对LPS无反应，再次确认TLR4是LPS的信号受体。然而，在LPS致死性方面，另一个重要发现是LPS能够诱导caspase-11并通过caspase-1促使一种叫做焦亡（pyroptosis）的细胞死亡。研究表明，LPS可以直接结合caspase-11并激活这一过程，这是LPS致死性的关键机制。有趣的是，低剂量的polyI:C能够绕过TLR4在LPS致死性中的作用。因此，TLR4在小鼠中的主要作用是诱导caspase-11，而caspase-11介导了LPS的效应。

TLR4是所有TLRs中下游信号最复杂的，因为它能够与多个适配蛋白相互作用。1997年，发现髓样分化蛋白88（MyD88）在IL-1R1信号传导中可以激活NF-κB。MyD88具有TIR结构域，并通过与TLRs中的TIR结构域的同源相互作用进行信号传递。在TLR4信号传递中，MyD88与适配蛋白MyD88样适配蛋白（MAL，亦称TIR结构域含蛋白TIRAP）共同作用以驱动NF-κB。MyD88还包含一个死亡结构域，该结构域介导其与IL-1R激活激酶-4（IRAK4）的相互作用，随后IRAK4通过自磷酸化激活IRAK1和IRAK2。TNF受体相关因子6（TRAF6）是一种泛素连接酶，它被招募到复合物中并启动K63型泛素链的形成，作为招募TGF-β激活激酶1（TAK1）和TAK结合蛋白（TAB2和3）的支架。接下来，IκBα激酶复合物被激活，通过磷酸化后发生K48连接的泛素化和降解，释放NF-κB转移到细胞核，激活促炎基因。

尽管大多数TLRs使用类似的MyD88依赖性信号通路，但TLR4的独特之处在于它还通过适配蛋白TRIF（TIR结构域含干扰素β诱导适配蛋白）和TRAM（TRIF相关适配分子）并行参与信号传递。下游信号包括TRAF3，其招募IKKε/TANK结合激酶（TBK1），随后磷酸化并激活干扰素调节因子3（IRF3），IRF3移入细胞核后诱导抗病毒蛋白的生成，包括I型干扰素。这些通过适配蛋白形成的高级复合物有时被称为Myddosome和Triffosome复合物，它们充当超分子组织中心（SMOCs），促进这些信号事件的发生。虽然MyD88信号发生在质膜，但Triffosome的激活需要受体复合物的内吞，并随后从细胞的内体区室中启动。

研究表明，TLR4的激活会在巨噬细胞中引发显著的代谢变化，增强糖酵解，并促进所谓的“Warburg效应”，即代谢转向有氧糖酵解，同时伴随线粒体代谢的改变。这是巨噬细胞对LPS（脂多糖）反应的关键过程，因为抑制糖酵解会减少主要促炎性细胞因子IL-1β的产生。这一过程需要糖酵解酶丙酮酸激酶M2同工酶（PKM2）的二聚化，PKM2会转移到细胞核，促进依赖HIF-1α（缺氧诱导因子1α）基因的表达，这些基因不仅编码糖酵解相关酶，还包括IL-1β。

在LPS激活的巨噬细胞中，发生了强烈的代谢重组，其中包括Krebs循环中间体琥珀酸的积累。研究表明，琥珀酸被琥珀酸脱氢酶（SDH）氧化，导致线粒体复合物I的逆向电子传递，进而驱动活性氧（ROS）的产生，进一步促进HIF-1α的激活。LPS还通过抑制Krebs循环中的富马酸水合酶以增加富马酸的产生。这一变化扰乱了线粒体，增加了线粒体膜电位，导致线粒体双链RNA（dsRNA）的释放，而这些RNA被RNA传感器视黄酸诱导基因-I（RIG-I）和黑色素瘤分化相关蛋白5（MDA-5）检测到，进而促进IFN-β的表达。

LPS还被证明能增加aconitate decarboxylase-1酶的表达，该酶由Irg-1基因编码，能将aconitate转化为itaconate，这种分子具有广泛的抗炎作用，可限制炎性巨噬细胞的活性。