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志尹诺、淑然尹、金泰东、崔英友、海英荣, ”自然杀伤细胞中的Toll样受体及其在免疫治疗中的应用",免疫学研究杂志, 卷。2020, 文章的ID2045860, 9 页, 2020. https://doi.org/10.1155/2020/2045860
自然杀伤细胞中的Toll样受体及其在免疫治疗中的应用
摘要
先天免疫是宿主抵御微生物感染的第一道屏障。toll样受体(Toll-like receptor, TLRs)是与PAMP识别和诱导先天性免疫反应有关的最明确的PRRs。它们识别病原体相关分子模式(PAMPs)并通过诱导炎症细胞因子、趋化因子、抗原呈递分子和共刺激分子触发先天免疫反应。tlr在细胞表面或固有免疫细胞内的核内体中表达。NK细胞是天然免疫细胞之一,也表达tlr来识别或应答PAMPs。NK细胞中的TLRs通过诱导NK细胞毒性和细胞因子的产生,诱导对细菌和病毒感染的先天性免疫应答。在这篇综述中,我们将讨论TLR在NK细胞中的表达和细胞功能,并介绍TLR激动剂在NK细胞介导的免疫治疗中的一些应用。
1.介绍
参与先天免疫应答的细胞最初被推测可以非特异性地消除微生物而无需预敏;然而,研究报告表明,先天免疫细胞通过其模式识别受体(PRR)识别微生物相关或病原体相关的分子模式(PAMP)包括Toll样受体(TLR)、NOD样受体(NLR)、C型凝集素受体(CLR)和RIG-I样受体(RLR)[1- - - - - -3.].特别是20世纪90年代中期tlr的发现表明先天免疫系统对病原体的识别实际上依赖于prr [1]TLR是关于PAMP识别和先天免疫反应诱导的定义最为明确的PRR。TLR在细胞表面或内体中表达[4- - - - - -6].不同PAMPs与同源tlr的相互作用诱导了大量的细胞内信号转导,导致先天免疫相关基因的激活,包括那些编码炎症细胞因子、共刺激分子、粘附分子和抗菌介质的基因[6].
先天免疫由上皮屏障、血浆蛋白和组织驻留或循环白细胞协调,包括巨噬细胞和中性粒细胞、树突状细胞(DC)、自然杀伤细胞(NK)和先天淋巴细胞[7].参与先天免疫反应的细胞识别并防止可能导致传染病的潜在病原体入侵[8,9].在感染期间,通过识别出这种病原体,涉及先天免疫反应的细胞快速认识并激活复杂的反应。其中,NK细胞是淋巴细胞,其介导多种效应器功能并检测和消除转化或病毒感染细胞。然而,据报道,NK细胞表达了细胞表面TLR并直接识别或响应病原体[6,10].TLR在NK细胞中的表达和功能被揭示,这是因为它们通过诱导NK细胞介导的细胞毒性和细胞因子的产生,参与了对细菌和病毒感染的固有免疫应答[6,8,11,12].
最近的研究进一步了解了TLR的表达及其在NK细胞介导的先天性免疫应答中对感染的关键作用。本文就TLRs在NK细胞诱导的抗病毒和抗菌反应中的表达及其细胞功能的研究进展作一综述。此外,本文还讨论了TLR激动剂作为潜在增强剂在肿瘤免疫治疗和感染性疾病治疗中刺激NK细胞免疫效应功能的潜在应用。
2.TLR及其配体/激动剂的一般特征
TLR识别作为TLR激动剂/配体(TLRL)的保守PAMP[13,14].最近的一些研究报告说,内源性,宿主衍生的组分,包括纤维蛋白原,热休克蛋白,RNA和DNA,也用作TLRL [14- - - - - -16].TLRS以涉及先天免疫应答(髓样和NK细胞)的细胞和适应性免疫系统(调节和活化T细胞)的细胞和介导针对微生物病原体的先天免疫应答,并诱导适应性免疫应答[16,17].
在人类和小鼠中分别鉴定了十和13汤匙,在两种物种中保守TLR1-TLR9。由于逆转录病毒插入,小鼠TLR10不起作用,而TLR11,TLR12和TLR13已从人类基因组丢失[1,18].TLRs是I型跨膜蛋白,其外结构域包含丰富亮氨酸重复序列(LRR),介导PAMP识别,跨膜结构域和一个约200aa的细胞内Toll-interleukin 1 (IL-1)受体(TIR)域,是下游信号转导所必需的[1,13,19]除TLR3外,所有TLR均诱导髓系分化主要反应蛋白88-(MyD88-)依赖性通路[20.]这些传感器TLR在免疫细胞中有差异表达,在PAMP识别和免疫反应方面具有不同的功能。根据亚细胞定位,TLR分为两种类型:细胞表面类型(TLR1、2、4、5、6、10和11)和内体类型(TLR3、7、8、9、12和13)[18].TLR2与TLR1或TLR6异二聚体,它们共享m形结构。TLR2-TLR1异二聚体识别来自革兰氏阴性细菌和支原体的三酰基脂肽,而TLR2-TLR6异二聚体识别来自革兰氏阳性细菌和支原体的二酰基脂肽。例如,在TLR2-TLR1异二聚体中,TLR2相互作用Pam3CSK4(一种三酰化脂肽)的三条脂链中的两条与TLR1的疏水通道结合[1,17,21,22]以前有报道称TLR3可识别多种病毒在复制过程中产生的双链RNA(dsRNA)或dsRNA的合成类似物聚肌苷酸聚胞苷酸(poly(I:C)),它模拟病毒感染并通过诱导I型干扰素(IFN)诱导抗病毒免疫反应通过外结构域与dsRNA的相互作用而产生炎症细胞因子[23- - - - - -25]TLR4被鉴定为长期寻求的受体,对细菌脂多糖(LPS)产生反应,细菌脂多糖是革兰氏阴性细菌外膜的一种成分,可引起败血症性休克[18,26].TLR4异二聚体与细胞表面MD2结合,复合物作为lps结合组分[27].TLR5认识到细菌鞭毛中的鞭毛蛋白[18].TLR7据报道可识别咪唑喹啉衍生物、鸟嘌呤类似物,包括洛索里滨;ssRNA来源于RNA病毒,如水泡性口炎病毒、A型流感病毒和HIV;和某些siRNA[18,28,29].小鼠TLR8与TLR7同源性最高;然而,它可能是无功能的,人类TLR8识别咪唑喹啉和ssRNA。单核细胞中TLR8在细菌感染时上调[1,30.- - - - - -32].TLR9识别未甲基化的2 -细菌和病毒中的脱氧核糖CpG DNA基序,以及DNA的糖骨干对TLR9识别很重要[33- - - - - -35].TLR9直接识别不溶性结晶血色素,血色素是被宿主血红蛋白消化后解毒过程中产生的副产物恶性疟原虫[36,37].TLRs识别PAMP触发细胞内信号通路,产生炎性细胞因子、I型ifn和先天免疫反应的趋化因子(图)1).
3. NK细胞中TLR的蜂窝功能
3.1.NK细胞上tlr的表达
先前(在20世纪70年代)报告的NK细胞作为大的粒状循环淋巴细胞,占总血细胞的约10-15%,并通过释放含有流通素和含颗粒酶的细胞毒性颗粒来对抗肿瘤细胞的“天然细胞毒性”[38- - - - - -40].此外,它们通过激活巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞,在启动适应性免疫应答之前限制病毒和细菌感染,从而保护宿主[12,38].虽然在巨噬细胞中TLRs的表达和细胞功能已经被广泛研究,但最近的许多研究报道,TLRs是NK细胞中通过tlr介导的信号通路抵御细菌、病毒和真菌病原体的第一线防御[38,41- - - - - -43].NK细胞中表达不同的TLR, TLR配体可以直接或间接激活NK细胞。在人类NK细胞中,TLR1- - - - - -TLR9据报道,mRNA被表达,TLR1mRNA水平达到峰值,然后是TLR2,TLR3,TLR5,及TLR6中等水平的mRNA,而TLR9mRNA表达水平低或检测不到[6,44,45].
3.2.TLR诱导的细胞信号通路
TLR的存在已通过TLR配体和激动剂激活纯化的NK细胞直接证明。TLR在NK细胞上独立表达,并可与趋化因子或细胞因子协同激活NK细胞功能,包括细胞因子产生和细胞毒性[11,45].如图所示1在NK细胞中,tlr通过特定的PAMPs激活,然后差异化诱导信号通路。在配体或激动剂与TLRs结合后,TLRs二聚并发生构象变化以募集下游的适配器蛋白[13包括髓样分化初级反应基因88 (MyD88)、TIR结构域接合蛋白(TIRAP)/MyD88-接合子样(Mal)、TIR结构域接合子诱导IFN-β(TRIF)/TIR结构域包含衔接分子-1(TICAM-1)和TRIF相关衔接分子(TRAM)。MyD88介导除TLR3之外的所有TLR下游的细胞内信号[38] (数字1).受体蛋白与tlr的相互作用既受tlr与配体的结合作用,也受tlr寡聚作用的影响。tlr激活核因子κB-(核因子)-κB-)依赖和NF-κ产生细胞因子和趋化因子的B非依赖性途径[38].MyD88与IL-1R相关激酶(IRAK)的相互作用激活包含TNF受体相关因子6(TRAF6)和TAB2的复合物,从而激活TGFβ-激活激酶1 (TAK1)。TAK1对于确定激活NF-的不同途径至关重要κB信号通路和丝裂原活化蛋白激酶通路[45- - - - - -47].简而言之,MyD88包含N末端死亡域(DD),其通过短链接器序列与其C末端TIR域分离[13,48- - - - - -50].TIRAP是包含适配器的第二个TIR域。与MyD88不同,TIRAP不包含DD[51,52]TRIF是第三个含有转接器的TIR结构域,被鉴定为TLR3结合分子,也称为替卡米[53,54].电车是在数据库搜索中序列同源识别的第四个包含域的适配器[55].TRAM与TRIF和TLR4交互,但与TLR3交互[13,56].
IRAK家族包括IRAK1、2、3、4和IRAK- m。IRAKs包含一个n端DD和一个中央丝氨酸/苏氨酸激酶结构域。IRAK1和4发挥激酶活性,而IRAK2和IRAK-M没有可检测到的激酶活性[57].TRAF6由哺乳动物TRAF家族的6个成员组成,它们包括一个n端螺旋-螺旋结构域和一个保守的c端结构域。TAK1和TAB1/2调节traf6诱导的NF-激活κB和活化蛋白1(AP1)转录因子。最后,转录因子被激活以转录其靶细胞因子、趋化因子和免疫反应介质(图2).
此外,TLR配体或激动剂对NK细胞中TLR介导的信号通路有差异调节作用。许多研究已经证明TLR配体或激动剂可以刺激TLR,并报道了它们对NK细胞的不同激活。肺炎克雷伯菌据报道,OmpA和鞭毛蛋白刺激TLR2和5并诱导IFN-γ和α-人类NK细胞产生防御素[44].牛分枝杆菌和幽门螺杆菌(HpaA脂蛋白)刺激TLR2,诱导CD69和CD25表达以及IFN-γ肿瘤坏死因子和干扰素的产生-γ分别在人类NK细胞中产生[58,59].此外,据报道,二酰脂肽诱导IFN-γTLR2刺激小鼠NK细胞的产生和细胞毒性[60].Poly (I:C)刺激TLR3诱导细胞毒性和CXCL10和IFN-γ人NK细胞的产生[61]另一项研究报道聚(I:C)和洛索里滨刺激TLR3和7并诱导IFN-γ人NK细胞的产生及其细胞毒性[62]聚(I:C)和CpG刺激人NK细胞中的TLR3和9,上调CD69和CD25,增加细胞毒性和IFN-γ肿瘤坏死因子的产生[63].肽聚糖、Poly (I:C)、LPS和鞭毛蛋白刺激TLR2、3,4和5,并诱导细胞毒性和IFN-γ人NK细胞的产生[45].肽聚糖和聚(i:c)刺激TLR2,3和7,诱导IFN-γ小鼠NK细胞的产生和细胞毒性[64].据报道,CpG寡核苷酸作为TLR9激动剂,诱导CD69表达,从而分别抑制人和小鼠NK细胞中的细菌生长[65,66].尽管TLR激动剂可以直接激活NK细胞,但微环境在激活其在TLR介导的活化期间激活它们的细胞毒性和调节功能来诱导后续免疫应答的潜在作用1,67,68].
4.TLR激动剂在NK细胞介导治疗中的应用
tlr介导的信号通路可有效激活NK细胞的效应功能体外和体内. 许多临床试验研究了不同患者群体中NK细胞的免疫治疗抗癌特性[69].有趣的是,TLR激动剂可能适用于增强NK细胞对CARER免疫疗法的治疗效应功能。
曲妥珠单抗是一种人源化抗HER2单克隆抗体(mAb),是美国食品和药物管理局批准的第一种HER2靶向治疗。曲妥珠单抗显著提高了HER2患者的临床治疗水平+通过延长早期乳腺癌患者的无病生存期和总生存期,以及转移性乳腺癌患者的无进展生存期和总生存期[70,71].曲妥珠单抗治疗的疗效部分依赖于功能性NK细胞。抗体包被肿瘤细胞表面Fc对NK细胞的识别γRIII/CD16提供有效的激活信号,导致抗体依赖性细胞介导的细胞毒性(ADCC)[72,73]一种多糖krestin(PSK),一种从药用蘑菇中提取的天然产物云芝,最近被认为是一个有效的TLR2激动剂。研究了PSK对人NK细胞的影响以及PSK提高HER2靶向MAB治疗的潜力。PSK激活人NK细胞以产生IFN-γ并溶解K562靶细胞,增强曲妥珠单抗介导的抗SKBR3和MDA-MB-231乳腺癌细胞的ADCC活性,激活人NK细胞并增强曲妥珠单抗介导的ADCC活性。同时,PSK和曲妥珠单抗治疗是诱导曲妥珠单抗抗肿瘤作用的一种潜在的新方法[74].
TLR3是一种能感知病毒dsRNA的内体受体[75].TLR3对病毒性DSRNA的感测导致I IFN和其他促炎细胞因子的分泌[23].据报道,TLR3激动剂聚(I:C)抑制小鼠肿瘤生长[76,77],和TLR3激动剂已在I/II期试验中评估为黑色素瘤和乳腺癌治疗性疫苗接种的佐剂[78]据报道,TLR3限制了实验性B16F10肺转移,这是一种依赖于两种干扰素的免疫抑制-γ而来自Tlr3缺失小鼠的NK细胞对细胞因子刺激反应较低,这表明内源性Tlr3刺激在获得完整的NK细胞功能和对实验性转移的免疫保护中起着关键作用[79].
合成的TLR7配体通过招募MyD88、干扰素调节因子和NF,诱导1型干扰素反应以及促炎细胞因子(包括IL-1b、IL-6和IL-12)的分泌-κB[80- - - - - -82].一种新的小分子激动剂,SC1,已经开发了TLR7体内研究试图确定SC1的作用模式。NK细胞敏感淋巴瘤RMA-S小鼠经反复s.c. SC1给药治愈。据报道,SC1处理可激活TLR7-和IFN-中的NK细胞α-依赖的方式,因此SC1逆转NK细胞的无能,从而有效地裂解肿瘤细胞[83].
据报道,抗cd20单克隆抗体(mAb)利妥昔单抗显著改善患者生存;然而,许多患者最终会复发,因此需要开发新的治疗方法和改进的抗cd20单克隆抗体[84,85].通过TLR7激活联合obinutuzumab进行免疫刺激,可以进一步增强淋巴瘤清除和产生长期抗肿瘤免疫应答。据报道,在同基因人CD20- (hCD20-)表达淋巴瘤模型中,全身给药TLR7激动剂(R848)与obinutuzumab联合给药后,反应增强,从而防止肿瘤复发。此外,原代抗肿瘤活性同时依赖于NK细胞和CD4细胞+T细胞,但不在CD8上+提示TLR7激动剂联合治疗可能改善obinutuzumab治疗的结果[86].
ADCC是一种完善的效应通路,有助于单抗介导的治疗,包括西妥昔单抗,一种表皮生长因子受体(EGFR-)特异性单抗,被批准用于治疗头颈部鳞状细胞癌(SCCHN)。VTX-2337是一种选择性TLR8激动剂,比resiquimod (R848)或3M-002 (CL075)更有效,目前正处于多种肿瘤适应症的II期临床试验[87].西妥昔单抗是一种经临床批准的表皮生长因子受体特异性单克隆抗体,通过与Fc相互作用激活NK细胞γ并促进肿瘤细胞ADCC。一项包括13名复发或转移性SCCHN患者的I期开放标签剂量递增试验报道,患者NK细胞对NKG2D或Fc的刺激更加敏感γVTX-2337治疗后RIII,表明VTX-2337对TLR8的刺激和炎症体的激活可能补充Fcγ西妥昔单抗治疗SCCHN患者的RIII参与和临床反应增强[88].
NK细胞在宿主对抗各种病原体的反应中发挥着重要作用。NK细胞可以检测和损害各种病毒,细菌和真菌病原体,并在先天和适应性免疫系统中调节或激活各种细胞。NK细胞对抗病原体,动物研究表明,NK细胞可以应用于抗微生物免疫治疗[69].
在过去十年中,NK细胞在控制HIV-1感染方面的作用体内已被报告[89,90]。TLR激动剂是天然抗病毒免疫的有效增强剂,并可能逆转HIV-1潜伏期。研究试图使用TLR9激动剂改善NK细胞功能,表明新型TLR9激动剂MGN1703在HIV-1根除试验中可能有效[91].据报道,用MGN1703孵育外周血单个核细胞可激活NK细胞并增加NK细胞功能,从而在自体CD4培养中显著抑制艾滋病毒的传播+MGN1703在自体CD4中诱导强烈的抗病毒天然免疫反应,增强HIV-1转录,并增强NK细胞介导的对HIV-1感染的抑制+T细胞,表明HIV根除临床试验的临床前基础是包含MGN1703[92].
TLR激动剂(包括细菌相关肽聚糖、LPS、病毒衍生的dsRNA和带有CpG基序的DNA)刺激TLR期间的NK细胞活化可由感染部位共存的树突状细胞(DC)和巨噬细胞释放的细胞因子潜在间接诱导[93- - - - - -95].DCs对NK细胞的激活依赖于细胞间相互作用和可溶性因子[96,97].DC衍生的IL-12、IL-15、IL-18和I型干扰素对产生干扰素至关重要-γ在NK细胞中,以及NK细胞衍生的IFN-γ然后促进DCs的激活。它们有一个正反馈回路,可以放大tlr诱导的NK细胞和DCs的激活[95,98- - - - - -100.]巨噬细胞分泌IL-12、IL-18和I型干扰素,通过TLR信号通路在微生物感染期间激活NK细胞。活化的NK细胞通过产生IFN诱导巨噬细胞的抗菌功能-γ和肿瘤坏死因子-α[94,95].虽然NK细胞与DCs或巨噬细胞之间的这些正反馈回路有助于微生物清除功能的发挥,但过度产生细胞因子可能会诱发全身炎症体内[95] (数字3.).
5.结论
NK细胞在宿主对抗各种病原体的反应中发挥着重要作用。tlr表达于先天免疫细胞或某些适应性免疫细胞,介导先天免疫反应对抗微生物病原体,诱导适应性免疫反应。TLR在NK细胞中也有表达,TLR配体可以直接或间接激活NK细胞。最近的研究报道,TLRs通过诱导NK细胞的细胞毒性和细胞因子的产生,在NK细胞中执行对细菌和病毒感染的第一线防御。TLR激动剂被认为是促进NK细胞免疫效应功能的潜在增强剂,可用于癌症免疫治疗和感染性疾病治疗。然而,为了开发靶向TLR的新药,我们必须了解TLR在NK细胞中定位和功能的复杂机制。这将为包括tlr及其激动剂在内的新型治疗工具提供数据,这些方法可能有前途,并在未来使用NK细胞进行免疫治疗方面具有重要的临床影响。
的利益冲突
作者声明没有利益冲突。
致谢
这项工作得到了韩国国家研究基金会(NRF) (2019R1A2C3002034)和韩国政府KRIBB研究计划的部分支持。
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