TLRs（Toll樣受體）

TLRs（Toll樣受體）是I型跨膜糖蛋白，其結構特點是細胞外的富含亮氨酸重復序列（LRR），用于配體結合，以及細胞內的Toll-IL-1受體（IL-1R）耐受（TIR）同源結構域，用于下游信號傳導。迄今為止，在人類基因組中已發現10種TLR（TLR1–10），在小鼠中發現了13種（TLR1–13），但由于序列中存在終止密碼子，小鼠的TLR10并不具備功能。每種TLR都由特定的PAMPs（病原體相關分子模式）觸發，詳細見表1。TLR1、2、4和5定位于細胞表面，而TLR3、7、8和9負責核酸感應，位于細胞內區室中。

TLR4是第一個被鑒定為哺乳動物中Toll同源物的受體。Medzhitov等人首次展示了TLR4的活性形式能夠誘導共刺激分子B7（即CD80）的表達，這一發現至關重要，因為它首次揭示了先天免疫受體與T細胞激活之間的聯系。隨后，小鼠模型的基因研究，確認TLR4是一種識別革蘭氏陰性細菌產物脂多糖（LPS）的關鍵受體。

LPS是導致敗血癥的主要觸發因素之一。當LPS與TLR4結合時，會激活一系列的免疫反應，最終可能引發強烈的炎癥反應和敗血癥。在1960年代，Jackson實驗室的C3H/HeJ小鼠群體中發生了一種自發突變，使得這些小鼠對LPS的毒性具有抗性。Beutler實驗室的研究追蹤到TLR4基因的外顯子3處發生了一個錯義突變（當時被稱為Lpsd基因的突變）。Jules Hoffmann和Bruce Beutler因分別在果蠅中揭示Toll作為先天免疫傳感器以及在小鼠中發現TLR4是LPS受體的工作，于2011年獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。1999年，Akira實驗室開發了TLR4缺失小鼠（KO小鼠），并證明這些小鼠對LPS無反應，再次確認TLR4是LPS的信號受體。然而，在LPS致死性方面，另一個重要發現是LPS能夠誘導caspase-11并通過caspase-1促使一種叫做焦亡（pyroptosis）的細胞死亡。研究表明，LPS可以直接結合caspase-11并激活這一過程，這是LPS致死性的關鍵機制。有趣的是，低劑量的polyI:C能夠繞過TLR4在LPS致死性中的作用。因此，TLR4在小鼠中的主要作用是誘導caspase-11，而caspase-11介導了LPS的效應。

TLR4是所有TLRs中下游信號最復雜的，因為它能夠與多個適配蛋白相互作用。1997年，發現髓樣分化蛋白88（MyD88）在IL-1R1信號傳導中可以激活NF-κB。MyD88具有TIR結構域，并通過與TLRs中的TIR結構域的同源相互作用進行信號傳遞。在TLR4信號傳遞中，MyD88與適配蛋白MyD88樣適配蛋白（MAL，亦稱TIR結構域含蛋白TIRAP）共同作用以驅動NF-κB。MyD88還包含一個死亡結構域，該結構域介導其與IL-1R激活激酶-4（IRAK4）的相互作用，隨后IRAK4通過自磷酸化激活IRAK1和IRAK2。TNF受體相關因子6（TRAF6）是一種泛素連接酶，它被招募到復合物中并啟動K63型泛素鏈的形成，作為招募TGF-β激活激酶1（TAK1）和TAK結合蛋白（TAB2和3）的支架。接下來，IκBα激酶復合物被激活，通過磷酸化后發生K48連接的泛素化和降解，釋放NF-κB轉移到細胞核，激活促炎基因。

盡管大多數TLRs使用類似的MyD88依賴性信號通路，但TLR4的獨特之處在于它還通過適配蛋白TRIF（TIR結構域含干擾素β誘導適配蛋白）和TRAM（TRIF相關適配分子）并行參與信號傳遞。下游信號包括TRAF3，其招募IKKε/TANK結合激酶（TBK1），隨后磷酸化并激活干擾素調節因子3（IRF3），IRF3移入細胞核后誘導抗病毒蛋白的生成，包括I型干擾素。這些通過適配蛋白形成的高級復合物有時被稱為Myddosome和Triffosome復合物，它們充當超分子組織中心（SMOCs），促進這些信號事件的發生。雖然MyD88信號發生在質膜，但Triffosome的激活需要受體復合物的內吞，并隨后從細胞的內體區室中啟動。

研究表明，TLR4的激活會在巨噬細胞中引發顯著的代謝變化，增強糖酵解，并促進所謂的“Warburg效應”，即代謝轉向有氧糖酵解，同時伴隨線粒體代謝的改變。這是巨噬細胞對LPS（脂多糖）反應的關鍵過程，因為抑制糖酵解會減少主要促炎性細胞因子IL-1β的產生。這一過程需要糖酵解酶丙酮酸激酶M2同工酶（PKM2）的二聚化，PKM2會轉移到細胞核，促進依賴HIF-1α（缺氧誘導因子1α）基因的表達，這些基因不僅編碼糖酵解相關酶，還包括IL-1β。

在LPS激活的巨噬細胞中，發生了強烈的代謝重組，其中包括Krebs循環中間體琥珀酸的積累。研究表明，琥珀酸被琥珀酸脫氫酶（SDH）氧化，導致線粒體復合物I的逆向電子傳遞，進而驅動活性氧（ROS）的產生，進一步促進HIF-1α的激活。LPS還通過抑制Krebs循環中的富馬酸水合酶以增加富馬酸的產生。這一變化擾亂了線粒體，增加了線粒體膜電位，導致線粒體雙鏈RNA（dsRNA）的釋放，而這些RNA被RNA傳感器視黃酸誘導基因-I（RIG-I）和黑色素瘤分化相關蛋白5（MDA-5）檢測到，進而促進IFN-β的表達。

LPS還被證明能增加aconitate decarboxylase-1酶的表達，該酶由Irg-1基因編碼，能將aconitate轉化為itaconate，這種分子具有廣泛的抗炎作用，可限制炎性巨噬細胞的活性。