TOLL样受体4； TLR4

Toll，果蝇，同源物；TOLL

HGNC 批准的基因符号：TLR4

细胞遗传学位置：9q33.1 基因组坐标（GRCh38）：9:117,704,403-117,724,735（来自 NCBI）

▼ 说明

在果蝇中，Toll 跨膜受体在控制背腹轴形成和先天非特异性免疫反应的信号通路中发挥着核心作用。TLR4 是果蝇 Toll 的人类同源物，是一种 I 型跨膜蛋白，其胞外结构域由富含亮氨酸的重复区域组成，胞内结构域与人白细胞介素 1 受体（IL1R; 147810）同源。通过 TLR4 和 Toll 的信号传导与哺乳动物细胞中 IL1R 诱导的信号传导途径平行，因为两者都通过 NF-kappa-B（参见 164011）途径发出信号（Medzhitov 等人总结，1997）。

▼ 克隆与表达

Medzhitov 等人通过在 EST 数据库中搜索人类 Toll 同源物（1997）鉴定了编码 TLR4 或人类 Toll 的序列。预测的 841 个氨基酸蛋白包含特征性 Toll 基序：细胞外富含亮氨酸的重复（LRR）结构域和细胞质 IL1R 样区域。Northern 印迹分析显示，TLR4 以组织特异性模式表达为 4 kb 和 5 kb 转录本。

孤立地，Rock 等人（1998）鉴定了 TLR4 和其他 4 个 TLR 基因的 cDNA 序列。通过 Northern blot 分析，他们确定了所有 5 个基因的表达模式。TLR4 仅在胎盘中表达为 7 kb mRNA。与 TLR4 一样，所有 TLR 都包含胞外 LRR 结构域阵列和细胞质信号传导（Toll 同源或 TH）结构域。结构分析预测 TH 结构域形成具有酸性活性位点的平行 β/α 折叠。预测的结构在拓扑上与细菌 2 组分信号通路中的反应调节器的结构相同，Rock 等人（1998）提出，昆虫、植物和动物中耦合形态发生和原始免疫的信号传导途径可能源于细菌双组分途径。

雷利等人（2000）确定Rock等人提出的氨基酸序列（1998）前面有一个框内终止密码子，导致截短的、无功能的蛋白质。引物延伸分析检测到主要起始位点位于起始密码子上游 190 bp 处，次要起始位点位于上游 74 bp 处。

▼ 测绘

洛克等人（1998）通过荧光原位杂交将TLR4基因定位到染色体9q32-q33。

▼ 基因功能

梅德泽托夫等人（1997）发现，组成型活性突变体 TLR4 在人类细胞中表达时可以激活 NF-kappa-B 以及 NF-kappa-B 控制基因的表达。

Frantz 等人注意到 TLR4 在心脏中的表达相对较高（1999）检查了心肌分离细胞成分以及正常和异常小鼠、大鼠和人类心肌中的 TLR4 mRNA 和蛋白质丰度。在正常心肌中发现了这种脊椎动物 Toll 同源物的组成型表达，几乎完全在心肌细胞内。分离心脏组织，然后分离和原代培养心肌细胞和冠状动脉微血管内皮细胞，发现这两种细胞类型均产生强烈的 TLR4 表达。在患有心肌病的人类和患有实验性心功能障碍的啮齿动物的心脏组织切片中，肌细胞 TLR4 表达变得更加集中和强烈。弗朗茨等人（1999）得出结论，TLR4 以及其他 Toll 同源物的表达和信号传导的增加可能有助于激活受损心肌中的先天免疫。

Muzio 等人使用 Northern blot 分析（2000）确定了白细胞中 TLR 的差异表达模式。TLR4 与 TLR2（603028）和 TLR5（603031）一样，在骨髓单核细胞中表达。接触细菌产物或促炎细胞因子会增加 TLR4 的表达，而 IL10（124092）会阻断这种作用。

哈尤等人（2001）发现胎鼠肺中 Tlr2 和 Tlr4 的表达随着年龄的增长而增加。出生后和成年后表达急剧增加。相反，在肝脏中没有检测到发育趋势。在胎盘中，Tlr4 的表达在妊娠后半期下降，而 Tlr2 的表达在整个妊娠期间保持恒定且显着降低。

脂多糖（LPS）与 LBP（151990）结合，LBP（151990）是膜锚定 CD14（158120）的调理素。在一篇综述中，Aderem 和 Ulevitch（2000）强调了跨膜 Toll 样受体，特别是 TLR4 在理解跨膜信号如何与 LPS 诱导的激活相关方面的重要性。LPS-LBP-CD14 三元复合物激活 TLR4，TLR4 通过接头蛋白 MYD88（602170）由 Toll 同源结构域发出信号。MYD88 的 N 末端死亡结构域与丝氨酸激酶 IRAK（300283）的死亡结构域发生同源相互作用；然后，IRAK 被自磷酸化并与 TRAF6（602355）形成复合物，最终导致 I-kappa-B（参见 164008）激活和 NFKB 易位至细胞核。一种分泌蛋白 MD2（LY96; 605243）与 TLR4 的胞外结构域结合，可能通过稳定 TLR4 二聚体来促进 LPS 反应。TLR4 似乎是从大多数革兰氏阴性生物体中分离出来的 LPS 的主要且可能是唯一的受体。

Rehli 等人注意到 TLR4 表达在内皮细胞、B 细胞和骨髓细胞中的限制，以及 TLR4 在 LPS 反应中的重要性（2000）使用启动子分析来定义控制巨噬细胞中 TLR4 表达的因素。Rehli 等人通过鸟枪法克隆和测序 BAC（2000）获得了含有TLR4基因的19-kb序列，并表明Rock等人提出的氨基酸序列（1998）前面有一个框内终止密码子，导致截短的、无功能的蛋白质。只有包含外显子 I、III 和 IV 的转录本才能产生正确的 TLR4 蛋白。引物延伸分析检测到主要起始位点位于起始密码子上游 190 bp 处，次要起始位点位于上游 74 bp 处。RT-PCR分析表明TLR4主要由骨髓细胞表达。荧光素酶报告基因检测将巨噬细胞特异性基因表达调控区定位于主要转录起始位点上游约 75 bp 的序列。序列分析显示，小鼠和人 TLR4 的近端启动子区域的特点是缺乏 TATA、SP1（189906）和 CCAAT 框、共有起始序列和富含 GC 的序列，而是包含几个富含嘌呤的元件，两条链上都有 5-prime-GGAA-3-prime 核心，这是许多骨髓特异性基因的特征。近端启动子区域还包含 ETS（例如 PU.1 或 SPI1；165170）转录因子的共有结合位点。凝胶位移和超位移分析确定 PU.1、干扰素共有序列结合蛋白 1（ICSBP1；601565）以及强度较弱的 PU.1 相互作用蛋白（PIP）与 -75 启动子内的相邻元件结合，并且参与骨髓细胞 TLR4 表达的基础调节。γ-干扰素（IFNG；147570）不会增强这种活性，表明 TLR4 表达是组成型而非诱导型。

Kadowaki 等人使用 RT-PCR 和 ELISA 分析（2001）定义了 TLR1 至 TLR10 的差异表达以及单核细胞和树突状细胞前体的病原体相关分子模式识别谱和细胞因子产生模式。他们的结论是，单核细胞和树突状细胞前体都不能对所有微生物抗原做出反应，并且它们的功能可塑性有限。

Re 和 Strominger（2001）使用 TLR4（LPS）和 TLR2（金黄色葡萄球菌肽聚糖）特异性激动剂，通过 RNase 保护和 ELISA 分析显示树突状细胞（DC）中不同的细胞因子表达模式。刺激 TLR4 但不刺激 TLR2 会促进 Th1 诱导细胞因子 IL12 p70 异二聚体（参见 IL12B；161561）和 IFNG 诱导趋化因子蛋白 IP10（CXCL10；147310）的表达。TLR2 刺激导致 IL12 抑制性 p40 同二聚体（有利于 Th2 发育）以及趋化因子 IL8（146930）和 IL23/p19（IL23A; 605580）的释放。Re 和 Strominger（2001）表明，TLR2 刺激的 DC 无法产生 CXCL10 可能会导致优先表达 CXCL10 受体 CXCR3 的 Th1 细胞募集缺陷（300574）。他们得出的结论是，TLR 可以将有关病原体性质的信息转化为 DC 产生的细胞因子和趋化因子的差异，从而使适应性免疫反应产生差异性极化。

LPS 与 LBP 和 CD14 相互作用，将 LPS 呈递给 TLR4，TLR4 通过 NF-κ-B 和 MAPK 信号传导激活炎症基因表达。博奇科夫等人（2002）证明，氧化磷脂通过阻断 LPS 与LBP 和 CD14。此外，在注射 LPS 的小鼠中，氧化磷脂抑制炎症并保护小鼠免受致命的内毒素休克。因此，在严重的革兰氏阴性细菌感染中，内源性形成的氧化磷脂可能起到钝化先天免疫反应的负反馈作用。此外，博赫科夫等人（2002）确定了能够抑制内毒素（例如 LPS）作用的化学结构，可用于开发治疗脓毒症的新药。

Doyle 等人使用微阵列技术比较用 CD40LG（300386）或 LPS 刺激的小鼠 B 淋巴细胞的基因表达谱（2002）将 IRF3（603734）鉴定为由 TLR3（603029）或 TLR4 刺激特异性诱导的因子，但不是由 TLR2、TLR9（605474）或 CD40（109535）刺激诱导的因子。这种激活诱导的主要反应基因受到 TLR 和 TNFR 常见的 NFKB 途径以及 IRF3 途径的共同调节。其他次级反应基因由 IFNB 的自分泌和旁分泌分泌激活（147640）。选择性 TLR3/TLR4-IRF3 通路激活可有效抑制病毒复制。多伊尔等人（2002）得出结论，TLR3 和 TLR4 在进化上与其他 TLR 不同，可激活 IRF3，IRF3 介导负责先天抗病毒反应的特定基因程序。

许等人（2004）观察到活病原性革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌诱导的细胞凋亡需要 TLR4 和 PKR（176871），这可能代表病原菌使用特定毒力因子来避免先天免疫系统检测和破坏的主要机制。许等人（2004）提出 TLR4 激活 PKR 并通过 TRIF（607601）和 TRAM（608321）接头蛋白触发细胞凋亡，并且抑制 PKR 可能会增强巨噬细胞介导的抗菌反应。

Blander 和 Medzhitov（2006）使用共聚焦显微镜表明，同一 DC 中的不同吞噬体含有凋亡宿主细胞（不诱导表面主要组织相容性类别（MHC） II 表达或 DC 成熟）或表达 TLR4 配体 LPS 的细菌或颗粒，这确实诱导了 MHC II 表达和 DC 成熟。只有成熟的 DC 才能刺激 T 细胞分泌 IL2（147680）。Blander 和 Medzhitov（2006）得出结论，DC 向 T 细胞受体呈递的抗原存在 TLR 依赖性和吞噬体自主选择，从而可以在亚细胞水平上区分自身和非自身抗原。

赛蒙等人（2006）发现 Sra（MSR1; 153622）配体未能触发 Tlr4 -/- 小鼠内质网（ER）应激的巨噬细胞凋亡。Sra 配体可以通过 Tlr4 刺激 Sra -/- ER 应激的巨噬细胞，从而激活 Nfkb 和 Jnk（参见 601158）。内质网应激的巨噬细胞中 Tlr4 诱导的 Jnk 激活和凋亡需要细胞质钙。细胞凋亡还需要 Sra 依赖性抑制 Irf3-Ifnb 信号传导，该信号与细胞存活有关。赛蒙等人（2006）得出结论，TLR4 和 SRA 之间的组合信号传导会导致功能性结果，即巨噬细胞凋亡，而单独使用任一受体都不会发生这种情况。

布林克曼等人（2004）报道称，活化的中性粒细胞释放颗粒蛋白和染色质，形成结合细菌的细胞外纤维。这些“中性粒细胞胞外陷阱”（NET）会降解毒力因子并杀死生物体。Clark 等人使用流式细胞仪分析（2007）证明 LPS 结合表达 TLR4 的人血小板。荧光显微镜显示，LPS 激活的血小板与中性粒细胞结合，而其他血小板激活剂，如凝血酶（F2；176930）则没有效果。Clark 等人使用内毒素血症小鼠模型（2007）表明血小板和中性粒细胞以中性粒细胞依赖性方式粘附在肝窦上。然而，在窦后小静脉中，只能检测到中性粒细胞粘附。LPS诱导的血小板-中性粒细胞相互作用引起明显的中性粒细胞脱颗粒。共聚焦显微镜显示，脓毒症血浆或 LPS 刺激的血小板在流动条件下引起 NET 形成。NETs 促进了细菌的捕获，并且通过 DNase 处理可以减少细菌的捕获。克拉克等人（2007）提出血小板 TLR4 是严重脓毒症中细菌捕获的阈值开关。

传统的癌症治疗依赖于放射疗法和化学疗法。据推测，此类治疗通过直接消除肿瘤细胞来发挥作用。阿佩托等人（2007）证明，一些抗癌治疗方案的成功取决于先天性和适应性抗肿瘤免疫反应。阿佩托等人（2007）在小鼠和人类中描述了一种以前未被认识的激活肿瘤抗原特异性 T 细胞免疫的途径，该途径涉及死亡肿瘤细胞分泌高迁移率基团 box-1（HMGB1; 163905）警报蛋白及其作用HMGB1 对树突状细胞表达的 TLR4 的影响。在化疗或放疗期间，树突状细胞需要通过 TLR4 及其接头 MYD88（602170）发出信号，以有效处理和交叉呈递来自垂死肿瘤细胞的抗原。携带 TLR4 功能丧失等位基因 D299G（603030.0001）的乳腺癌患者在放疗和化疗后比携带正常 TLR4 等位基因的乳腺癌患者复发更快。阿佩托等人（2007）得出的结论是，他们的结果描绘了由肿瘤细胞死亡触发的临床相关免疫佐剂途径。

沃格尔等人（2007）证明，缺乏Mrp8-Mrp14（123885, 123886）复合物的小鼠可以免受内毒素诱导的致死性休克和大肠杆菌诱导的腹部败血症的影响。这两种蛋白在吞噬细胞激活过程中都会释放，Mrp8-Mrp14 复合物会放大内毒素引发的吞噬细胞炎症反应。Mrp8 是诱导 MYD88 细胞内易位以及白细胞介素 1 受体相关激酶 1（IRAK1；300283）和核因子 kappa-B（NFKB；参见 164011）激活的活性成分，导致肿瘤坏死因子表达升高-α（TNF-α；191160）。Vogl 等人使用表达非功能性 TLR4 的吞噬细胞、转染 TLR4、CD14（158120）和 MD2（605243）的 HEK293 细胞，并通过体外表面等离子共振研究（2007）证明 MRP8 与 TLR4-MD2 复合物特异性相互作用，因此代表 TLR4 的内源配体。沃格尔等人（2007）得出结论，MRP8-MRP14 复合物是新型炎症成分，在 TNF-α 依赖性效应的脓毒症上游放大吞噬细胞的活化。

Weindl 等人使用 RT-PCR 和共聚焦显微镜（2007）在白色念珠菌感染的重建上皮（RHE）和多形核细胞（PMN）中检测到所有 TLR 的组成型表达相当。然而，当将 PMN 添加到 RHE 培养物中时，RHE 中 TLR4 的表达显着上调。电镜和免疫金标记显示TLR4直接识别白色念珠菌并在细胞内表达。TLR4 上调可保护上皮细胞层免受真菌感染，并且 TLR4 表达和保护可通过抗 TLR、TLR4 小干扰 RNA（siRNA）或 TNF 中和来逆转。温德尔等人（2007）提出 PMN 介导的、TLR4 依赖性的 RHE 保护发生在 3 个不同的阶段：病原体对 RHE 的初始启动以及趋化因子和细胞因子的分泌，招募和刺激 PMN，随后 TNF 启动 PMN 介导的 TLR4 上调在 RHE 中，最后，TLR4 直接保护口腔粘膜免受真菌侵袭和细胞损伤。

Mossman 等人通过用纯化的细菌 FimH 刺激小鼠腹膜巨噬细胞（2008）显示了对 Myd88 依赖的先天免疫反应的有效诱导，并且仅发生在表达 Tlr4 的细胞中。莫斯曼等人（2008）提出 TLR4 是 FimH 的功能性受体，FimH 是 1 型细菌菌毛的粘附素部分。

特罗姆佩特等人（2009）指出屋尘螨的主要过敏原 Der p 2 与 MD2 具有结构同源性。使用人类和小鼠细胞，他们发现螨过敏原也表现出与 MD2 的功能同源性，因为它通过与 TLR4 复合物直接相互作用促进信号传导，并在没有 MD2 的情况下重建 LPS 驱动的 TLR4 信号传导。野生型和 Md2 缺陷型小鼠的支气管肺泡灌洗液中嗜酸性粒细胞数量、IgE 产生和组织病理学分析显示，气道致敏和螨过敏原激发会导致实验性过敏性哮喘，但 Tlr4 缺陷型小鼠则不然。特罗姆佩特等人（2009）提出，Der p 2 和属于 MD2 样脂质结合家族的其他过敏原与其伴随的脂质货物一起具有内在的佐剂活性，因此可能解释过敏性现象。

德尔加多等人（2009）研究了福尔马林灭活呼吸道合胞病毒（FIRSV）疫苗，该疫苗未能产生保护性中和抗体，反而在 20 世纪 60 年代接触 RSV 的血清阴性疫苗接种儿童中诱发增强性呼吸道疾病（ERD）。他们发现野生型RSV在小鼠中诱导保护性免疫，而FIRSV或被紫外线灭活的RSV（UVRSV）反而诱导ERD。保护性免疫与抗体亲和力成熟和抗体亲和力增加相关。多次注射 UVRSV（而非 FIRSV）可以诱导适当的保护性抗体反应。添加 Tlr4、Tlr3 和 Tlr7（300365）激动剂（分别为 LPS、poly（I:C）和 PolyU），但不添加明矾佐剂，同时添加 UVRSV 显着增加抗体亲和力和中和能力。德尔加多等人（2009）得出的结论是，婴儿安全有效的 RSV 疫苗需要中和抗体，其对保护性抗原的亲和力与活病毒接种引起的保护性抗原相似。

邓等人（2009）将人颞动脉-SCID小鼠嵌合体暴露于TLR4配体LPS或TLR5配体鞭毛蛋白，发现所产生的炎症的结构根据与血管DC相互作用的配体而不同。具体来说，接触 LPS 后会发生透壁性全动脉炎，而接触鞭毛蛋白会促进外膜血管周围炎。潜在机制涉及 T 细胞的选择性募集，TLR4 介导的 DC 刺激可增强 CCL20（601960）的产生，从而使募集偏向 CCR6（601835）阳性 T 细胞。过继转移实验表明，CCR6 阳性 T 细胞产生动脉炎模式，其中介质侵入性 T 细胞损伤血管平滑肌细胞，而抗 CCR6 可以阻断这种损伤。CCR6 阳性 T 细胞在全动脉巨细胞动脉炎患者的血管炎浸润中占主导地位。邓等人（2009）的结论是，最初的危险信号导致血管 DC 编辑免疫反应，从而指导炎症性疾病过程。

格雷等人（2010）表明人类 MD2 的短亚型（MD2s）与 LPS 和 TLR4 相互作用，但未能介导 LPS 诱导的 NFKB 激活和 IL8 产生。MD2s 因 IFNG、IL6 和 TLR4 刺激而上调，并对 LPS 介导的 TLR4 信号传导产生负调节。MD2 竞争性抑制全长 MD2 与 TLR4 的结合。格雷等人（2010）提出MD2可能调节TLR4激活并具有治疗以LPS过度免疫反应为特征的疾病的治疗潜力。

卡斯图里等人（2011）证明，与使用包含抗原和单一 TLR 配体的纳米颗粒免疫相比，使用包含抗原和通过 TLR4 和 TLR7 发出信号的配体的合成纳米颗粒对小鼠进行免疫，可诱导抗原特异性中和抗体的协同增加。与此相一致的是，生发中心和浆细胞反应的持久性增强，在淋巴结中持续了 1.5 年以上。令人惊讶的是，与用单一 TLR 配体观察到的相比，早期短命浆细胞反应没有增强。免疫后 7 天分离的活化 B 细胞的分子分析表明，B 细胞记忆存在早期编程。抗体反应依赖于 B 细胞和树突状细胞上 TLR 的直接触发，以及 T 细胞的帮助。免疫接种可以完全保护小鼠免受致命的禽流感和猪流感病毒株的侵害，并在恒河猴中诱导针对流行性 H1N1 流感的强大免疫力。

韦斯特等人（2011）证明，Toll 样受体子集（TLR1, 601194；TLR2, 603028；和 TLR4）的参与会导致线粒体募集至巨噬细胞吞噬体，并增加线粒体活性氧（mROS）的产生。该反应涉及 TLR 信号转导接头 TRAF6（602355）易位至线粒体，并与蛋白质 ECSIT（608388）结合，而 ECSIT 参与线粒体呼吸链组装。与 TRAF6 的相互作用导致 ECSIT 在线粒体外周泛素化和富集，从而增加线粒体和细胞 ROS 的生成。ECSIT 和 TRAF6 耗尽的巨噬细胞降低了 TLR 诱导的 ROS 水平，并且杀死细胞内细菌的能力显着受损。此外，通过在线粒体中表达过氧化氢酶（115500）来降低巨噬细胞 mROS 水平会导致细菌杀灭缺陷，从而证实了 mROS 在杀菌活性中的作用。韦斯特等人（2011）得出的结论是，他们的结果揭示了一条将先天免疫信号传导与线粒体联系起来的新途径，表明 mROS 是抗菌反应的重要组成部分，并进一步确立了线粒体作为先天免疫信号传导的枢纽。

Zanoni 等人在小鼠细胞中使用流式细胞术和共聚焦显微镜（2011）证明 Cd14 陪伴 LPS 到达 Tlr4，导致 Tlr4 依赖于 Syk（600085）的内化并通过 Trif 发出信号。扎诺尼等人（2011）得出结论，病原体识别受体诱导膜转移和信号转导。

Henao-Mejia 等人（2012）证明 NLRP6（609650）和 NLRP3（606416）炎症小体以及效应蛋白 IL18（600953）通过调节肠道微生物群负向调节非酒精性脂肪肝/非酒精性脂肪性肝炎的进展以及代谢综合征的多个方面。不同的小鼠模型显示，炎症体缺乏相关的肠道微生物群结构变化与 TLR4 和 TLR9（605474）激动剂流入门静脉循环加剧的肝脏脂肪变性和炎症相关，导致肝脏 TNF-α 增强（191160）表达，驱动 NASH 进展。此外，将炎症体缺陷型小鼠与野生型小鼠共同饲养会导致肝脂肪变性和肥胖症加剧。因此，Henao-Mejia 等人（2012）得出的结论是，由缺陷的 NLRP3 和 NLRP6 炎性体感应产生的肠道微生物群与宿主之间相互作用的改变可能控制多种代谢综合征相关异常的进展速度，强调了微生物群在此发病机制中的核心作用看似无关的系统性自身炎症和代谢紊乱。

希雷等人（2013）报道，Eritoran（也称为 E5564）是一种有效的、耐受性良好的合成 TLR4 拮抗剂，治疗性给药可阻断流感诱导的小鼠死亡，以及肺部病理、临床症状、细胞因子和氧化磷脂的表达，并降低病毒滴度。CD14（158120）和 TLR2 也是 Eritoran 介导的保护所必需的，CD14 直接结合 Eritoran 并抑制配体与 MD2（605243）的结合。希雷等人（2013）得出的结论是，Eritoran 阻断 TLR 信号传导代表了一种治疗与流感和可能的其他感染相关炎症的新方法。

米利恩等人（2013）证明 TLR4 被气道蛋白酶活性激活，从而启动过敏性气道疾病和抗真菌免疫。这些结果是由凝血蛋白纤维蛋白原的蛋白酶裂解诱导的（参见 134820），产生纤维蛋白原裂解产物，充当气道上皮细胞和巨噬细胞上的 TLR4 配体。因此，米利恩等人（2013）得出结论，过敏性气道炎症代表一种由纤维蛋白原裂解和 TLR4 激活驱动的抗真菌防御策略。

张等人（2015）使用小鼠体内衰老分析来证明中性粒细胞促炎活性与其循环中的衰老呈正相关。作者发现，衰老的中性粒细胞代表了一个过度活跃的子集，在炎症条件下表现出增强的 α-M（120980）-β-2（600065）整合素激活和中性粒细胞胞外陷阱形成。张等人（2015）表明，中性粒细胞衰老是由微生物群通过 Toll 样受体（TLR4 和 TLR2，603028）和骨髓分化因子 88（MYD88；602170）介导的信号通路驱动的。在镰状细胞病（603903）或内毒素诱导的感染性休克模型中，微生物群的消耗显着减少了循环中老化中性粒细胞的数量，并显着改善了发病机制和炎症相关的器官损伤。张等人（2015）的结论是，他们的结果确定了微生物群在调节促进疾病的中性粒细胞亚群中的作用。

胡等人（2015）发现 WDFY1（618080）在 TLR3/TLR4 信号通路中发挥着至关重要的作用。过表达和敲低实验表明，WDFY1 促进 TLR3/TLR4 配体诱导的 IRF3 和 NF-κ-B 激活，以及人和小鼠细胞系中 IFN-β 和炎症细胞因子的产生。在 TLR3 信号通路中，TLR3 经历酪氨酸磷酸化并招募 TRIF，导致 IRF3 和 NF-kappa-B 的激活。WDFY1 在激酶 TBK1（604834）上游的 TLR3 水平发挥作用，并以配体结合依赖性方式与酪氨酸磷酸化 TLR3 相关，并介导 TRIF 募集至 TLR3。WDFY1 与 TLR3 的胞质 TIR 结构域相关，而 WDFY1 的第二个 WD 重复结构域是其与 TLR3 结合所必需的。WDFY1 的 FYVE 结构域对于 WDFY1 在 TLR3 信号传导中的功能至关重要。作者证明，WDFY1 也是 TLR4 招募 TRIF 所必需的，并且通过与 TLR3 信号传导相同的机制在 TLR4 信号传导中发挥作用。

唐等人（2017）确定 TLR4 和肠道微生物组是脑海绵状血管瘤（CCM; 116860）形成的关键刺激因素。革兰氏阴性细菌或脂多糖激活 TLR4 加速了 CCM 的形成，而 TLR4 信号传导的遗传或药理学阻断可阻止小鼠 CCM 的形成。唐等人（2017）发现 TLR4 和 CD14 表达与 CCM 中的病变负担相似。在携带 KRIT1 Q455X 变异（604214.0004）的 CCM 患者中，增加 TLR4 基因（rs10759930、rs10759931）或其辅助受体 CD14（rs778587、rs778588）表达的多态性与 CCM 病变数量增加显着相关。这些 SNP 位于每个基因的 5-prime 基因组区域，构成顺式表达数量性状位点（QTL），以与风险等位基因数量相对应的剂量依赖性方式正向调节 TLR4 和 CD14 的全血细胞表达。这些结果得到了 GTEx 联盟数据的证实。

▼ 生化特征

晶体结构

MD2 和 TLR4 受体复合物可识别具有有效免疫刺激活性的内毒素脂多糖（LPS）。奥托等人（2007）分别以 2.0 和 2.2 埃的分辨率报道了人 MD2 及其与 LPS 的抗内毒素四酰化脂质 A 核心的复合物的晶体结构。MD2显示出夹有2个β片层的深疏水腔，其中配体的4个酰基链被完全限制。磷酸化的葡萄糖胺部分位于腔的入口处。奥托等人（2007）得出结论，这些结构表明 MD2 在内毒素识别中起主要作用，并为抗菌药物的开发提供了基础。

帕克等人（2009）确定了TLR4-MD2-LPS复合物的晶体结构。LPS 结合诱导形成 m 形受体多聚体，该多聚体由对称排列的 2 个 TLR4-MD2-LPS 复合物拷贝组成。LPS 与 MD2 中的大疏水口袋相互作用，并直接桥接多聚体的 2 个组件。LPS 的 6 条脂质链中的 5 条深埋在口袋内部，其余链暴露于 MD2 的表面，与 TLR4 的保守苯丙氨酸形成疏水相互作用。MD2 的 F126 环经历局部结构变化，并通过与 TLR4 进行疏水相互作用来支持该核心疏水界面。与结合MD2的四酰化拮抗剂的结构比较表明，LPS中的另外2条脂质链将磷酸化葡萄糖胺主链向溶剂区域置换了大约5埃。这种结构转变使得 LPS 的磷酸基团通过与 TLR4 和 MD2 中的一簇带正电的残基形成离子相互作用来促进受体多聚化。

奥托等人（2012）获得了人 TLR4 的晶体结构，其中包含 asp299-to-gly（D299G; 603030.0001）和 thr399-to-ile（T399I; 603030.0002）变体（参见分子遗传学）与其辅助受体 MD2 和 LPS 在 2.4-埃分辨率。该变异复合体表现出与野生型复合体相似的竞争性“m”形2:2:2结构。用 D299G 替换更灵活和中性的残基引入了可能影响配体结合、折叠效率、细胞表面表达和蛋白质稳定性的结构变化，特别是在弱激动性配体刺激期间。相比之下，T399I 的影响较小，几乎没有观察到结构变化。

▼ 分子遗传学

个体之间对吸入毒素的反应存在很大差异。阿伯等人（2000）研究了影响小鼠 LPS 反应性的 TLR4 是否与人类吸入 LPS 气道反应性的变化有关。他们表明，影响 TLR4 受体胞外结构域的常见共分离错义突变（asp299 变为 gly，或 D299G 603030.0001；thr399 变为 ile，或 T399I 603030.0002）与人类对吸入 LPS 的反应减弱有关。THP-1 细胞系的转染表明，asp299 至 gly 的突变（而非 thr399 至 ile 的突变）中断了 TLR4 介导的 LPS 信号传导。此外，TLR4 的野生型等位基因挽救了从具有 TLR4 突变的个体获得的原代气道上皮细胞或肺泡巨噬细胞中的 LPS 低反应表型。研究结果提供了第一个遗传证据，证明 TLR4 的常见突变与人类 LPS 反应性差异相关，并证明基因序列变化可以改变宿主对环境压力的反应能力。

对细菌病原体产生显着炎症反应的能力赋予先天免疫防御优势，但可能预示着动脉粥样硬化风险增加。Toll 受体家族在微生物产生的免疫刺激剂和宿主防御的启动之间提供了关键的联系。对于革兰氏阴性菌感染，LPS是炎症的主要来源，而TLR4在介导其作用中至关重要。TLR4 在心肌细胞、巨噬细胞、气道上皮细胞、内皮细胞和平滑肌细胞中表达，在大多数其他组织中也有少量表达。基奇尔等人（2002）在一般人群的随机样本中评估了 2 个 TLR4 变异，D299G 和 T399I，并分析了这些多态性、全身炎症水平、严重感染风险和动脉粥样硬化发展之间的关系。通过高分辨率双功能超声检查评估颈动脉粥样硬化的程度和进展。研究的 810 人中有 55 人具有 D299G 等位基因。这些个体的某些促炎细胞因子、急性期反应物和可溶性粘附分子（例如白细胞介素 6（147620）和纤维蛋白原（参见 134820））的水平较低。尽管这些受试者更容易受到严重细菌感染，但他们患颈动脉粥样硬化的风险较低，颈总动脉内膜中层厚度也较小。

洛伦兹等人（2002）对 91 名感染性休克患者和 73 名健康献血者对照进行了 D299G 和 T399I 基因分型。D299G 仅在感染性休克患者中发现，而在对照中未发现。感染性休克以及 D299G 和 T399I 患者的革兰氏阴性菌感染患病率较高。

作为人类内毒素传感器的核心组成部分，TLR4 在革兰氏阴性菌感染的早期检测和反应中发挥作用。因此，斯米尔诺娃等人（2003）检查了大量脑膜炎球菌败血症患者，将罕见 TLR4 编码变化的频率与种族匹配的对照人群中的频率进行比较。将结果与TLR2的序列进行比较。使用消除连锁不平衡的混杂效应的方法，他们观察到 TLR4 的罕见杂合错义突变导致英国南部白人群体中系统性脑膜炎球菌疾病的发展（P = 0.02；比值比 8.2）。将所有白人群体的结果汇总起来，在患病个体中观察到此类突变的数量明显过多，比值比为 27.0。常见的白色 TLR4 变体 TLR4B、同义 TLR4 替换和变体 TLR2 等位基因在全身性脑膜炎球菌感染患者中并没有显着过高。TLR4 的单一变体在脑膜炎球菌群体中没有显着过高。然而，总的来说，罕见的 TLR4 编码变异明显过多。因此，通过 TLR4 进行传感可能有助于早期遏制脑膜炎球菌感染，而传感缺陷会增加疾病风险。

巴里斯特里等人（2004）报道称，与对照组相比，TLR4 基因的 D299G 等位基因在 55 名高龄西西里男性（平均年龄 100 岁）中比例过高（见 152430）。

莫肯豪普特等人（2006）指出，恶性疟原虫糖基磷脂酰肌醇锚通过 TLR2 和 TLR4 诱导信号传导，而疟原虫色素则通过 TLR9 激活免疫系统。在一项病例对照研究中，Mockenhaupt 等人对 290 名患有严重疟疾的加纳儿童、290 名感染但无症状的加纳儿童和 290 名健康匹配对照进行了病例对照研究（2006）发现没有常见的 TLR2 变异，并且 TLR9 启动子多态性与疟疾严重程度之间没有关联。然而，他们发现 TLR4 的 D299G 和 T399I 变体在健康对照中的出现频率明显低于患者，并且使患严重疟疾的风险分别增加 1.5 倍和 2.6 倍。

费韦达等人（2007）对来自非洲、欧洲、亚洲和南美洲 15 个人群的 2,491 名个体进行了 TLR4 多态性分析。10% 至 18% 的非洲人拥有 D299G 等位基因的单个副本。其中，2% 还具有 T399I，并且 T399I 总是在具有 D299G 的个体中发现。T399I 和 D299G 在亚洲和南美洲的人群中几乎不存在，只有来自印度尼西亚的个体仅具有 T399I 或仅 D299G。相比之下，6%至14%的印欧人是T399I和D299G的双杂合子，巴斯克人的频率达到18%。对欧洲家庭的分析证实了杂合单倍型的遗传。多态性的分布表明它们起源于非洲，其中D299G首先出现。在非洲 D299G 杂合子中，TNF（而非 IL10）的分泌因 LPS 的反应而增强，但在欧洲 D299G/T399I 双杂合子中没有变化。革兰氏阴性脓毒症患者和健康对照者在 D299G/T399I 单倍型的存在方面没有表现出差异。与携带野生型等位基因的儿童相比，患有疟疾和 D299G 等位基因的喀麦隆儿童的寄生虫血症要高得多，但脑型疟疾要低得多。费韦达等人（2007）得出的结论是，在非洲，D299G 对疟疾的有益作用似乎超过了其对败血症的负面作用。他们提出，在欧洲没有疟疾压力的情况下，由于严重革兰氏阴性细菌感染的有害后果，D299G 等位基因被消除。费韦达等人（2007）将欧洲人群中 D299G/T399I 单倍型的可变流行率归因于遗传漂变。

Bochud 等人在一项针对 336 名造血细胞移植受者及其无关供体的发现研究中分析了 4 个 TLR 基因中的 SNP（2008）发现 2 个供体 TLR4 单倍型增加了受者患侵袭性曲霉病的风险（614079）。一项对 103 名患者和 263 名接受相关和无关捐赠者移植的对照进行的验证研究证实，捐赠者 TLR4 S4 单倍型与无关受者患侵袭性曲霉菌病的风险增加有关。TLR4单倍型S4由4个SNP定义，包括2个编码SNP，D299G和T399I，在影响TLR4功能的外显子3中存在强连锁不平衡。该发现研究表明，与 CMV 和 S4 阴性结果相比，供体或受体巨细胞病毒（CMV）血清阳性、供体 S4 阳性或两者均与 3 年内侵袭性曲霉病的可能性增加以及与复发无关的死亡相关。博楚德等人（2008）得出的结论是，供体 TLR4 S4 单倍型与异体造血细胞移植后无关受者患侵袭性曲霉病的风险相关，他们提出，通过识别严重感染风险增加的无关供者，可以降低移植受者的风险。Pamer（2008）在评论中指出，接受具有高亲和力 TLR4 变异的捐赠者的移植物的人可能会获得更高的先天免疫张力，从而增强对感染的总体抵抗力。

为了回应 Bochud 等人的发现（2008），通讯员提出了该研究的几个潜在的混杂因素，包括抗真菌剂两性霉素 B 的免疫调节特性（Levitz 等，2009）、巨细胞病毒与曲霉病相关作为中间变量的潜力（Cervera 等） al., 2009），以及尽管亚洲人群中不存在 D299G 和 T399I 多态性，但亚洲患者在接受同种异体造血干细胞移植后仍然会发生侵袭性曲霉菌病（Asakura 和 Komatsu，2009）。博楚德等人（2009）引用 Carvalho 等人的研究结果回答说，D299I 多态性也与未接触两性霉素 B 的患者的空洞曲霉病相关（2008）。他们指出，他们研究中的多变量分析并不支持与 CMV 的关联。博楚德等人（2009）承认遗传风险可能是多因素的，并且在特定种族群体中存在差异，部分原因是真菌的复杂细胞壁结构可能与不同受体相互作用。他们注意到 IL10 对韩国人侵袭性曲霉菌病易感性的影响（Seo 等，2005）。

图利克等人（2007）发现，与表达含有 D299 或 T399 的 TLR4 的细胞相比，用含有 G299 或 I399 的 TLR4 构建体转染的支气管上皮细胞中响应 RSV 或 LPS 的 IL8、IL6 和其他细胞因子的产生减少。细胞因子表达减少与细胞内 TLR4 与 G299 或 I399 的正常水平相关，但未能将受体易位至细胞表面。表达相同 TLR4 变体的儿童外周血单核细胞对 RSV 的反应减弱也反映了这些发现。图利克等人（2007）得出结论，表达 TLR4 G299 或 I399 的儿童气道上皮表面针对 RSV 的一线防御受损可能会增加 RSV 感染后对严重细支气管炎的易感性。

RSV 是全球婴儿死亡的主要原因，RSV 融合蛋白通过 TLR4 激活细胞。阿沃莫伊等人（2007）评估了 105 个 DNA 样本中 TLR4 胞外域中 D299G 和 T399I SNP 的流行情况，这些样本是从参与疫苗试验的确诊 RSV 疾病的高危婴儿/儿童的存档鼻灌洗样本中提取的。在这个以早产为主的人群中，这两个 SNP 与有症状的 RSV 疾病高度相关，其中 89.5% 和 87.6% 的患者为 D299G 和 T399I 杂合子，而对照频率分别为 10.5% 和 6.5%。阿沃莫伊等人（2007）得出结论，这 2 个 TLR4 SNP 的杂合性与高危婴儿的症状性 RSV 疾病相关，并且数据支持 TLR4 SNP 在早产儿和 RSV 易感性增加中的双重作用。

Bochud 等人通过评估 441 名埃塞俄比亚麻风病患者（见 609888）和 197 名健康对照者的 4 个 TLR4 SNP（2009）发现 896G-A（D299G; 603030.0001）和 1196C-T（T399I; 603030.0002） SNP 的次要等位基因与针对该疾病的显着保护作用相关。TLR4 SNP 与疾病类型没有显着相关性。用麻风分枝杆菌刺激未分型的单核细胞部分抑制了它们随后对脂多糖的细胞因子反应。博楚德等人（2009）提出 TLR4 多态性与麻风病易感性相关，可能是由于麻风分枝杆菌介导的 TLR4 信号传导调节。

霍恩等人（2005）检查了 1999 年荷兰退伍军人病（LD；见 608556）爆发的 108 个病例和 508 个对照中的 896G-A（D299G）和 1196C-T（T399I） TLR4 SNP。89 名对照者在年龄、性别和居住地方面与患者匹配，而其余 421 名对照者则不匹配。霍恩等人（2005）发现等位基因 896G 与 LD 耐药相关，LD 患者中的频率为 2.5%，而所有对照中的频率为 6.5%（优势比 = 0.36；P = 0.025），匹配对照中的频率为 8.6%（优势比 = 0.36；P = 0.025）。比率 = 0.27；P = 0.008）。基因型频率分析表明 896G 具有类似的保护关联。等位基因 1196T 与 896G 共分离，因此具有相同的关联性。霍恩等人（2005）的结论是，尽管据报道这些 TLR4 SNP 与革兰氏阴性菌感染的易感性有关，但它们也可能与对革兰氏阴性病原体的抵抗力有关，例如 LD 的病原体嗜肺军团菌。

菲格罗亚等人（2012）用荧光野生型 TLR4 或具有 D299G 或 T399I 多态性的 TLR4 补充胚胎肾细胞，并观察到可比较的总 TLR4 表达、与 MD2 的相互作用以及 LPS 结合。FACS分析显示D299G对细胞表面TLR4水平的影响极小。表达 D299G TLR4 的细胞（而非表达 T399I TLR4 的细胞）表现出 LPS 诱导的 p38（MAPK14; 600289）和 TBK1（604834）磷酸化受损、NF-κ-B 和 IRF3 激活以及 IL8 和 IFNB mRNA 表达诱导受损。D299G 在 Tlr4 -/- 小鼠巨噬细胞中的表达未能引发 LPS 诱导的 Tnfa 和 Ifnb mRNA 表达。免疫共沉淀分析显示，与野生型 TLR4 相比，LPS 驱动的 MYD88 和 TRIF 与 D299G TLR4 的相互作用减弱。菲格罗亚等人（2012）得出结论，D299G 多态性会损害 MYD88 和 TRIF 向 TLR4 的募集，而不影响 TLR4 表达、TLR4-MD2 相互作用和 LPS 结合，这表明 D299G 干扰 TLR4 二聚化和细胞内对接平台组装。

▼ 进化

Nakajima等人通过分析灵长类动物中16个TLR相关基因的核苷酸序列（2008）将 TLR4 的胞外结构域确定为灵长类动物进化过程中达尔文正向选择的暗示目标。他们指出，人类 TLR4 中的 D299G 突变（603030.0001）与对 LPS 的反应减弱以及对革兰氏阴性菌的易感性增加有关。中岛等人（2008）发现D299在类人猿和长臂猿中高度保守，但在旧世界猴中D299已被天冬酰胺取代（由Nakajima（2009）证实），但在新世界猴中则不然。他们认为这些物种可能对某些类型的脂多糖有不同的反应。

▼ 动物模型

保守估计，仅在美国，每年就有 20,000 人死于革兰氏阴性菌感染引起的感染性休克。革兰氏阴性菌感染的致死作用部分与细菌脂多糖（内毒素）的生物效应有关，细菌脂多糖（内毒素）由所有革兰氏阴性菌产生。LPS 是宿主单核细胞的强大激活剂，可促进肿瘤坏死因子（TNF）和其他有毒细胞因子的合成和释放，最终导致脓毒症休克。尽管如此，先天免疫系统细胞对脂多糖的及时识别可以在革兰氏阴性感染广泛遗传之前将其有效清除。Sultzer（1968）、Michalek 等人（1980）等人发现C3H/HeJ品系的小鼠对细菌内毒素的反应有缺陷。对 LPS 抗性遗传基础的调查揭示了一个单基因座（Lps），其中共显性等位基因 Lps（d）的纯合性导致了内毒素无反应状态。在另一种品系的小鼠中发现了阻止对内毒素反应的第二种突变。Lps 基因的这些突变选择性地阻碍 LPS 信号转导，使小鼠对内毒素具有抵抗力，但对革兰氏阴性菌感染高度敏感。Poltorak 等人显示了共显性 Lps（d）等位基因（1998）对应于Tlr4基因第三外显子中的错义突变，预计在多肽链的712位（P712H）用组氨酸取代脯氨酸。第二个 Lps 突变的纯合小鼠被发现携带 Tlr4 无效突变。因此，哺乳动物 Tlr4 蛋白主要用于促进 LPS 的识别，并可能跨质膜转导 LPS 信号。Tlr4 的破坏性突变容易导致革兰氏阴性败血症的发生，而免疫功能的大部分方面却完好无损。

库尔特-琼斯等人（2000）确定，在 Cd14 或 Tlr4 缺失的小鼠中，促炎细胞因子对呼吸道合胞病毒（RSV） F 蛋白的反应不存在或减弱。重要的是，Tlr4 -/- 小鼠肺部的传染性病毒水平较高，并且无法清除病毒或比野生型小鼠晚几天清除病毒。作者得出的结论是，TLR4 和 CD14 似乎不仅在识别 LPS 等细菌结构方面很重要，而且在针对病毒的先天免疫反应中也很重要。

罗杰等人（2001）表明，用反义 Mif mRNA 转染的小鼠巨噬细胞和来自 Mif -/- 小鼠的巨噬细胞对 LPS 刺激反应低下，但对革兰氏阳性菌刺激则不然，如 TNFA（191160）和 IL6（147620）产量减少所示。Mif 缺陷细胞表达的 Tlr4 减少，但 Tlr2（603028）、mRNA 和蛋白质不表达。EMSA 和启动子分析表明，Mif 表达缺陷会损害小鼠 Tlr4 基因的基础 PU.1（165170）转录因子活性，导致 Tlr4 蛋白表达以及对 LPS 和革兰氏阴性菌的反应性降低。罗杰等人（2001）表明抑制 MIF 活性可能对革兰氏阴性败血性休克患者有益。

使用原位杂交，Wolfs 等人（2002）在小鼠近端和远端肾小管上皮细胞中检测到 Tlr2 和 Tlr4 的组成型表达。为了深入了解炎症期间 TLR 表达的调节，作者使用了肾脏炎症的小鼠模型。在肾脏炎症期间，两种受体的 mRNA 均被 TNFA 和 IFNG 增强，表达主要集中在远端肾小管、亨利袢细肢和集合管中。Western blot 分析显示肾脏 Tlr4 表达增强。沃尔夫斯等人（2002）表明上皮源性 TLR 信号传导在上行尿路感染期间的炎症反应中发挥作用。

永井等人（2002）生成了缺乏由外显子 1 编码的 37 个氨基酸的 Md2（605243）缺陷小鼠。RT-PCR 和流式细胞术分析表明 Tlr4 mRNA 表达，但细胞表面上的 Md2-Tlr4 复合物不存在。Md2 -/- B 细胞、巨噬细胞和树突细胞对 CpG、抗 RP105（602226）和蛋白聚糖有反应，但对 LPS 没有反应。对 CpG 的反应表明 Tlr9 是完整的，对蛋白多糖的反应表明 Tlr2 是完整的。在体内，Md2 缺失小鼠与 Tlr4 缺失小鼠一样，无法产生急性期反应物、血清淀粉样蛋白 A。Md2 缺陷小鼠均能在 LPS 攻击中存活下来，并且不会产生炎症细胞因子。然而，突变小鼠对鼠伤寒沙门氏菌的敏感性增强，这可能是由于 LPS 传感缺陷所致。共聚焦显微镜表明，来自 Md2 -/- 小鼠的小鼠胚胎成纤维细胞仅在高尔基体中表达 Tlr4，而不在细胞表面表达。永井等人（2002）得出结论，MD2 对于 TLR4 的正确细胞内分布、细胞表面表达和 LPS 识别至关重要。他们提出MD2可能是中和内毒素毒性作用的靶点。

苏帕贾图拉等人（2002）检查了缺乏 Tlr2 或 Tlr4 的小鼠骨髓来源的肥大细胞产生的细胞因子。肽聚糖（PGN）刺激肥大细胞以 Tlr2 依赖性方式产生 Tnf、Il4（147780）、Il5（147850）、Il6 和 Il13（147683），但不产生 Il1b。相反，LPS以Tlr4依赖性方式刺激肥大细胞产生Tnf、Il1b、Il6和Il13，但不产生Il4或Il5。Tlr2-而非Tlr4-依赖性肥大细胞刺激导致肥大细胞脱粒和钙动员。通过盲肠结扎和穿刺感染 Tlr4 -/- 小鼠揭示了 Tlr4 介导的腹膜肥大细胞激活和中性粒细胞募集对于防止革兰氏阴性细菌感染的必要性。皮内注射 PGN 通过 Tlr2 介导的皮肤肥大细胞激活导致血管舒张和炎症增加，这表明 Tlr2 依赖性皮肤肥大细胞激活可能会加剧特应性皮炎的炎症病变，其中革兰氏阳性细菌感染很常见。

肺炎链球菌是全世界侵袭性细菌性疾病的主要原因之一。马利等人（2003）检验了肺炎球菌溶血素与除 TLR2 之外的 TLR 家族表面蛋白相互作用的假设。他们提供了多项实验的证据，表明肺炎球菌溶血素与 TLR4 的相互作用与肺炎球菌的先天免疫反应密切相关。与野生型巨噬细胞相比，来自携带 Tlr4（P712H）自发突变的小鼠的巨噬细胞对单独的肺炎球菌溶血素以及肺炎球菌溶血素与肺炎球菌细胞壁的组合反应均较低。最后，这些 Tlr4 突变小鼠在肺炎球菌溶血素阳性肺炎球菌鼻内定植后，比对照小鼠更容易受到致命感染。

安多内吉等人（2003）研究了白细胞或内皮细胞中缺乏 Tlr4 的小鼠。给予LPS后，白细胞Tlr4 -/- 小鼠的肺部大量中性粒细胞募集，但内皮Tlr4 -/- 小鼠的肺部则没有。提睾肌外周微循环的活体显微镜显示，LPS 处理的内皮 Tlr4 -/- 小鼠中的白细胞 - 内皮细胞相互作用比 LPS 处理的白细胞 Tlr4 -/- 小鼠多约 30 倍，这一结果与白细胞隔离减少一致进入内皮 Tlr4 -/- 小鼠的肺部。安多内吉等人（2003）得出的结论是，他们的数据挑战了 LPS 直接激活中性粒细胞捕获肺部的观点。

为了检查 Toll 样受体信号传导是否调节吞噬作用，Blander 和 Medzhitov（2004）比较了野生型、Myd88（602170）无效和 Tlr2-Tlr4 双无效小鼠的巨噬细胞。Myd-null 和 Tlr2-Tlr4 双无效巨噬细胞对灭活的大肠杆菌没有反应。Blander 和 Medzhitov（2004）发现，细菌（而非凋亡细胞）激活 Toll 样受体信号通路可在多个步骤（包括内化和吞噬体成熟）调节吞噬作用。在缺乏 Toll 样受体信号传导的情况下，细菌的吞噬作用会受到损害。观察到两种吞噬体成熟模式：组成型和诱导型。它们的不同参与取决于货物触发 Toll 样受体信号传导的能力。

Toll 样受体和下游接头分子 Myd88 在先天免疫反应中发挥着重要作用。迈克尔森等人（2004）证明，Tlr4 或 Myd88 的遗传缺陷与易发生动脉粥样硬化的载脂蛋白 E（APOE; 107741）缺陷小鼠的主动脉斑块面积显着减少有关，尽管存在持续性高胆固醇血症，这意味着先天免疫系统在动脉粥样硬化。缺乏 Tlr4 或 Myd88 的 ApoE 缺陷小鼠表现出主动脉粥样硬化减少，这与促炎细胞因子 IL12（参见 161560）或单核细胞趋化蛋白 1（MCP1 或 CCL2；158105）循环水平、斑块脂质含量、数量的降低有关。巨噬细胞及其斑块中的环氧合酶 2（COX2; 600262）免疫反应性。

霍勒斯特尔等人（2004）发现，在动脉粥样硬化转基因小鼠的股动脉袖带模型中，LPS 激活的 Tlr4 刺激斑块形成和随后的向外动脉重塑。在野生型小鼠中发生了新内膜形成和向外重塑，但在 Tlr4 缺陷小鼠中没有观察到孤立于新内膜形成的向外动脉重塑。野生型小鼠（而非 Tlr4 缺陷型小鼠）的颈动脉结扎导致对侧动脉向外重塑，但没有新内膜形成，Tlr4 表达以及 Eda（300451）和 Hsp60（118190） mRNA 水平增加。

小山等人（2004）发现，与对照小鼠相比，Tlr4 缺陷小鼠在心肌缺血再灌注损伤后发生的梗塞明显更小。Tlr4缺陷小鼠心肌中的中性粒细胞浸润较少，与对照组相比，Tlr4缺陷小鼠心肌中脂质过氧化物和补体沉积较少。小山等人（2004）得出结论，TLR4 在小鼠心肌缺血再灌注损伤中发挥促炎功能。

Li 和 Cherayil（2004）表明，来自 C3H/HeJ 小鼠的腹膜巨噬细胞在 Tlr4 中携带自发点突变，导致细胞质结构域失活取代，在响应 Tlr2 配体肽聚糖时，Tnf 的产生受损。研究结果表明，野生型小鼠的巨噬细胞受到长期作用的 Tlr4 信号的启动，这可能是由于暴露于环境 LPS 引起的，并且这些信号是响应 Tlr2 刺激而产生最佳 Tnf 所必需的。

为了评估 TLR 在 B 细胞激活和抗体产生中的作用，Pasare 和 Medzhitov（2005）将野生型、Myd88 缺陷型、Tlr4 缺陷型和 Cd40 缺陷型小鼠的纯化 B 细胞转移到 B 细胞缺陷型 mu-MT 小鼠中，其 Ighm 基因（147020）发生突变。他们发现，初级 B 细胞激活，包括诱导 IgM、IgG1 和 IgG2 反应，但不需要 IgE 或可能 IgA 反应，除了辅助 T 细胞外，还需要 TLR。相反，Cd40 是同种型转换所必需的。

Tlr4 仅在啮齿动物中枢神经系统的小胶质细胞上表达。坦加等人（2005）发现，与对照组相比，用反义寡脱氧核苷酸鞘内治疗以降低 Tlr4 表达的 Tlr4 缺失小鼠和大鼠在 L5 神经横断后显着减轻了行为超敏反应。这与脊髓小胶质细胞标记物和促炎细胞因子的表达减少相关。研究结果表明，TLR4 有助于神经损伤后神经免疫激活的启动，并且神经性疼痛可能是由中枢神经系统/小胶质细胞对损伤的早期反应引起的。

透明质酸是一种具有重复二糖结构的细胞外基质糖胺聚糖，在组织损伤后产生，清除受损会导致持续的炎症。江等人（2005）指出 CD44（107269）对于调节透明质酸的周转至关重要，但肺损伤后巨噬细胞表达趋化因子不需要它。使用 Tlr 缺陷的小鼠巨噬细胞，他们发现透明质酸片段以 Tlr2 和 Tlr4 依赖性方式刺激 Mip2（CXCL2; 139110）、Mip1a（CCL3; 182283）和 Kc（CXCL1; 155730），这也需要 Myd88。缺乏Tlr2、Tlr4或Myd88的小鼠表现出炎性细胞的跨上皮迁移受损，但肺损伤后存活率降低并上皮细胞凋亡增强。肺上皮细胞过度表达高分子透明质酸可防止急性肺损伤和细胞凋亡，部分原因是通过 TLR 依赖性 NFKB 基础激活。江等人（2005）得出结论，TLR2 和 TLR4 与透明质酸的相互作用提供了启动炎症反应、维持上皮细胞完整性并促进急性肺损伤恢复的信号。

扎哈罗夫斯基等人（2006）发现Tlr4 -/- 小鼠的肾上腺明显增大，增大发生在肾上腺皮质而不是髓质。Tlr4 -/- 小鼠的肾上腺皮质酮水平也显着升高，但促肾上腺皮质激素（ACTH）水平却没有显着升高。在Tlr4 -/- 小鼠的皮质内，巨噬细胞和内皮细胞与皮质细胞频繁直接接触，并且Tlr4 -/- 肾上腺皮质细胞内的结构发生改变。LPS攻击后，Tlr4 -/- 小鼠中未检测到血浆皮质酮、ACTH或细胞因子升高，并且Nfkb未激活。扎哈罗夫斯基等人（2006）得出结论，TLR4 在下丘脑-垂体-肾上腺轴中具有关键作用。他们提出 TLR 多态性可能导致脓毒症患者肾上腺应激反应受损。

在小鼠脂肪细胞和巨噬细胞中，Shi 等人（2006）表明，营养脂肪酸激活 Tlr4 信号传导，并且脂肪酸诱导的炎症信号传导在 Tlr4 -/- 细胞中减弱。Tlr4缺失小鼠基本上免受全身脂质输注抑制肌肉中胰岛素信号传导和减少胰岛素介导的全身葡萄糖代谢变化的能力的影响。Tlr4缺失的雌性小鼠肥胖增加，但部分免受高脂肪饮食诱导的胰岛素抵抗。施等人（2006）提出TLR4是营养、脂质和炎症之间的分子联系，先天免疫系统响应营养环境的变化参与能量平衡和胰岛素抵抗的调节。

张等人（2006）发现 Tlr4 -/- 小鼠随着年龄的增长表现出肺气肿。肺气肿与炎症无关，并且与正常水平的基质金属蛋白酶（例如，MMP12；601046）、金属蛋白酶组织抑制剂（例如，TIMP1；305370）和组织蛋白酶（例如，CTSS；305370）和组织蛋白酶（例如，CTSS；305370）下的弹性蛋白酶抑制能力降低有关。 116845）。Tlr4 -/- 小鼠的抗氧化活性降低，肺气肿被抗氧化剂逆转。过继转移实验表明，肺结构细胞中 Tlr4 的表达是维持正常肺结构所必需的。Tlr4 -/- 肺内皮细胞由于 Nox3（607105）的诱导而增加了 NADPH 氧化酶活性，从而导致氧化剂生成和弹力分解活性增加。用 NADPH 抑制剂或 Nox3 siRNA 治疗 Tlr4 -/- 小鼠或内皮细胞可逆转观察到的表型。张等人（2006）得出结论，TLR4 通过调节氧化剂的产生来维持肺的组成性完整性。

关等人（2007）发现野生型小鼠在胆管结扎（BDL）后出现明显的肝纤维化，而 Tlr4 中存在 P712H 错义突变的 C3H/HeJ 小鼠却没有。通过肝脏转氨酶水平评估，肝损伤没有差异。Tlr4 突变小鼠的纤维发生标记物 Col1a1（120150）、Acta2（102620）、Tgfb（190180）和 Timp1 以及巨噬细胞招募趋化因子 Ccl2 和 Ccl4（182284）的 mRNA 表达降低。在 BDL 之前减少肠道菌群的抗生素治疗可减少野生型小鼠的肝纤维化，胶原蛋白积累、肝脏羟脯氨酸水平、巨噬细胞浸润和 Tlr4 表达减少就证明了这一点。用 LPS 处理 Kupffer 细胞耗尽的小鼠会导致肝星状细胞（HSC）中 Nfkb 的表达增加，但其他肝细胞不会增加。LPS 处理静止 HSC（肝肌成纤维细胞的主要前体），激活 Tlr4，上调趋化因子分泌，诱导 Kupffer 细胞趋化性，并下调 Tgfb 假受体 Bambi（604444）。Tlr4 通过 Myd88 和 Nfkb 介导 Bambi 下调，并使 HSC 对 Tgfb 敏感。关等人（2007）得出的结论是，肠道微生物群和功能性 TLR4，而不是 TLR2，是肝纤维形成所必需的。

罗尔斯等人（2007）发现缺乏 Tlr2 的小鼠具有较少的表达 Dcx（300121）的成年海马神经祖细胞（NPC），并且 Tlr2 似乎是 NPC 通过 Myd88 和 Nfkb 依赖性途径分化为神经元所必需的。NPC 也表达 Tlr4，但抑制 Tlr4 表达或删除 Tlr4 可通过 Myd88 依赖性和非依赖性途径增加球体形成、克隆效率和 NPC 分化。罗尔斯等人（2007）得出结论，TLR2和TLR4都参与成体神经发生，其中TLR2主要参与细胞命运决定，TLR4主要参与神经干细胞自我更新。

Cao 等人在 C3H/HeJ 和 CEH/OuJ 小鼠中使用具有线栓塞的大脑中动脉缺血再灌注模型（2007）证明，C3H/HeJ 品系小鼠的损伤不如携带野生型 Tlr4 基因的 C3H/OuJ 品系小鼠严重。曹等人（2007）提出TLR4参与脑缺血再灌注损伤过程。

Hammad 等人使用受辐射的嵌合小鼠（2009）表明，Tlr4 在抗辐射肺结构细胞上表达，但在 DC 上不表达，对于肺 DC 激活和启动效应 T 细胞对屋尘螨（HDM）过敏原的反应是必要且充分的。Tlr4 触发结构细胞导致先天性促过敏细胞因子 Tslp（607003）、Gmcsf（CSF2; 138960）、Il25（606746）和 Il33（608678）的产生。结构细胞上缺乏 Tlr4（但造血细胞上没有）的小鼠不会出现 HDM 驱动的气道炎症，并且 Tlr4 拮抗剂可抑制支气管高反应性和哮喘的其他特征。哈马德等人（2009）得出结论，气道上皮细胞具有先天免疫功能，可通过激活粘膜 DC 来驱动过敏性炎症。

St John 和 Abraham（2009）使用免疫组织化学分析和小鼠足垫模型来评估该部位的单个引流淋巴结（腘淋巴结）的结构，观察到鼠伤寒沙门氏菌感染后 B 细胞和 T 细胞区域被破坏，但不是由大肠杆菌或单核细胞增生李斯特氏菌引起的。破坏取决于沙门氏菌 msbB 基因和完整沙门氏菌 LPS（sLPS）的存在。感染野生型沙门氏菌（但不是缺乏 msbB 的突变体）会降低 Ccl21（602737）和 Cxcl13（605149）的表达，但不会降低另一种 T 细胞区趋化因子 Ccl19（602227）或另一种 B 细胞趋化剂 Cxcl12（600835）。sLPS 诱导的 Ccl21 和 Cxcl13 表达降低依赖于 Tlr4，并涉及 Socs3（604176）和 Smad3（603109）。St John 和 Abraham（2009）得出结论，sLPS 是一种毒力因子，利用 TLR4 信号传导破坏宿主淋巴组织。

马罗索等人（2010）表明，化学诱导小鼠癫痫发作导致海马星形胶质细胞中 Hmgb1（163905）的细胞质表达增加，以及锥体细胞层内神经元中 Tlr4 的表达增加。这些癫痫发作最类似于人类颞叶癫痫（TLE，参见例如ETL1；600512）。与对照组相比，TLE 患者的脑组织显示 HMGB1 和 TLR4 表达增加。作者指出，HMGB1 可以结合并激活 TLR4（Apetoh 等，2007）。体外研究表明，经历谷氨酸诱导的细胞毒性细胞死亡的神经元释放 Hmgb1。在小鼠中，Hmgb1被发现会导致野生型小鼠癫痫发作，但不会导致Tlr4基因失活的小鼠癫痫发作。Hmgb1 和 Tlr4 的拮抗剂可延缓癫痫发作并减少急性和慢性癫痫复发。总体而言，研究结果表明 HMGB1-TLR4 信号传导可能有助于癫痫发作的发生和持续。

安多内吉等人（2009）培育了仅在内皮上表达 Tlr4 的小鼠（内皮-Tlr4 小鼠）。野生型和内皮-Tlr4 小鼠在局部 LPS 给药后表现出相当的中性粒细胞募集，但内皮-Tlr4 小鼠在全身 LPS 或腹膜内大肠杆菌给药后表现出肺部中性粒细胞浸润减少。相反，内皮-Tlr4 小鼠将中性粒细胞动员到主要感染部位，清除细菌，并抵抗一定剂量的大肠杆菌，该剂量在 48 小时内杀死了 50% 的野生型小鼠。内皮-Tlr4 小鼠在气管内注射 LPS 后未能在肺部积聚中性粒细胞，这种反应需要骨髓源性免疫细胞上表达 Tlr4。安多内吉等人（2009）得出结论，内皮 TLR4 充当检测细菌的主要血管内哨兵系统，而骨髓源性免疫细胞对于屏障位点的病原体检测至关重要。

凯恩等人（2011）证明逆转录病毒小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）的遗传需要共生肠道微生物群，并且 MMTV 与 LPS 结合。缺乏Tlr4、Il6、Il10或Cd14的小鼠，但缺乏Tlr2的小鼠，在连续几代中消除了MMTV。凯恩等人（2011）得出结论，LPS 诱导的 TLR4 信号传导通过 IL6 依赖性 IL10 的产生驱动病毒“颠覆”途径，从而促进病毒遗传给后代。

Apoe -/- 小鼠在喂食高脂肪饮食时容易发生动脉粥样硬化。林等人（2012）发现同时缺乏 Apoe 和 Tlr4 的小鼠在口服感染牙龈卟啉单胞菌时容易出现无名动脉进行性狭窄的情况，而感染的 Apoe -/- 小鼠和未感染的 Apoe -/- 和 Apoe -/- Tlr4 -/- 小鼠不受影响。Tlr4 的缺乏与感染小鼠主动脉病变中巨噬细胞浸润和 Tlr2 表达的增加有关。Tlr4 缺陷还会促进感染后动脉粥样硬化病变中 Th17（参见 603149）/调节性 T 细胞失衡，以及 IgG 体液免疫和 Th1 反应的改变。林等人（2012）得出结论，TLR4 在应对牙龈卟啉单胞菌感染时具有动脉粥样硬化保护作用。

为了研究自发性脑海绵状血管瘤（CCM; 116860）形成中内皮 TLR4 的需求，Tang 等人（2017）使用来自 CCM 易感 Krit1（ECKO）群体的小鼠（Krit1 的内皮特异性缺失）培育出具有 floxed Tlr4 和 Krit1（604214）等位基因的小鼠。唐等人（2017）观察到，单个内皮 Tlr4 等位基因的缺失导致出生后第 10 天的 CCM 病变负担减少约 75%，而两个等位基因的缺失则几乎完全预防了 CCM 病变的形成。尽管不太完全，Cd14（一种结合脂多糖并促进 TLR4 信号传导的可溶性 TLR4 辅助受体）的整体丧失也阻止了易感 Krit1（ECKO）小鼠中 CCM 的形成。在无菌环境中出生和长大的 8 名 Krit1（ECKO）新生儿中，有 7 名没有出现任何 CCM 病变。相比之下，所有在无菌环境中分娩但由传统母亲抚养的 Krit1（ECKO）新生儿在出生后第 10 天均表现出强烈的 CCM 形成（2017）发现 CCM 易感性与革兰氏阴性菌相关，并且 Tlr4 阻断或改变微生物组可阻止易感小鼠中 CCM 的形成。他们得出的结论是，虽然 KRIT1 突变易导致脑海绵状血管瘤的形成，但内皮 TLR4 和微生物组驱动其发展。

▼ 等位基因变异体（2 个选定示例）：

.0001 TLR4 多态性
TLR4, ASP299GLY

内毒素反应性低下

阿伯等人（2000）表明，影响 TLR4 受体胞外结构域的 2 个常见共分离错义突变（asp299 变为 gly，thr399 变为 ile，603030.0002）与人类对吸入脂多糖的反应迟钝有关。在转染实验中，他们发现 asp299-to-gly（D299G）突变，而不是 thr399-to-ile（T399I）突变，会中断 TLR4 介导的 LPS 信号传导。TLR4 基因第 896 位核苷酸处的 A 到 G 转变导致了 D299G 氨基酸的变化。在气道反应性研究人群中，896G 替换的等位基因频率为 6.6%，在爱荷华州的对照人群中，该频率为 7.9%。这些发现表明，2 个群体在 TLR4 突变的分布方面处于 Hardy-Weinberg 平衡。研究结果表明，896G 替代改变了宿主应对环境压力的能力；然而，并非所有对 LPS 反应低的受试者都存在 TLR4 突变，也并非所有具有 TLR4 突变的受试者都对吸入 LPS 反应低。

在意大利布鲁内克的一项研究中，Kiehl 等人（2002）发现，在 810 名筛查者中，有 55 名受试者具有 D299G 等位基因，某些促炎细胞因子水平较低，更容易受到严重细菌感染，颈动脉粥样硬化风险较低，颈总动脉内膜中层厚度较小动脉。53 名受试者的 D299G 等位基因是杂合的，其中 2 名受试者的 D299G 等位基因是纯合的。在其中 46 名受试者中，观察到 T399I（603030.0002）多态性共分离，而 9 名受试者具有孤立的 D299G 多态性。

结直肠癌，易感性

在一项针对 89 名克罗地亚散发性结直肠癌患者（见 114500）和 88 名性别和年龄匹配的克罗地亚对照的研究中，Boraska Jelavic 等人（2006）发现 TLR4 基因的 gly299 等位基因在结直肠癌患者中比对照组更常见（p = 0.0269）。

黄斑变性，与年龄有关，10，易感性

扎雷帕西等人（2005）在 667 名不相关的白种人 ARMD 患者和 439 名对照样本中检查了 TLR4 的 D299G 和 T399I（603030.0002）变体是否与年龄相关性黄斑变性（ARMD10, 611488）易感性有关。多重逻辑回归表明，TLR4 残基 299 处 G 等位基因携带者的 ARMD 风险增加（比值比 = 2.65，P = 0.025），但 T399I 变体缺乏孤立效应。TLR4 D299G 通过载脂蛋白 E（APOE; 107741）和 ATP 结合框转运蛋白 1（ABCA1; 600046）等位基因变体（2 个参与胆固醇流出的基因）对 ARMD 风险显示出累加效应（比值比 = 4.13，P = 0.002）。TLR4、APOE 和 ABCA1 变异对 ARMD 易感性的影响与动脉粥样硬化风险的相关性相反。

对蒽环类药物治疗的反应

阿佩托等人（2007）分析了 280 名非转移性乳腺癌患者的转移时间，这些患者在局部手术后接受蒽环类药物治疗，显示淋巴结受累。杂合子和纯合子系D299G多态性（rs4986790）的频率分别为17.1%和0.7%。多态性携带者在任何经典预后因素方面与非携带者没有差异。携带 D299G 多态性的组术后 5 年的转移频率在统计上更高（40% vs 26.5%）。Kaplan-Meier 对无转移生存期的估计显示，D299G 携带者组中无转移患者的总体百分比显着较低。阿佩托等人（2007）发现 D299G SNP 减少了 TLR4 和 HMGB1（163905）之间的相互作用，并消除了单核细胞衍生的树突状细胞将死亡黑色素瘤细胞交叉呈递给 Mart1（605513）特异性 HLA-A2（参见 142800）限制性细胞毒性的能力T 淋巴细胞，一种依赖于野生型单核细胞衍生树突状细胞中 HMGB1 的生物学特性。基于这些和其他发现，Apetoh 等人（2007）得出结论，TLR4 中的 D299G 多态性可能影响人类癌症中基于蒽环类药物的化疗的免疫学成分。作者表示，D299G 变体存在于 8% 至 10% 的白种人中。

心肌梗塞

在西西里岛，Balistreri 等人（2004）对 105 名患有急性心肌梗塞的年轻男性、127 名年龄匹配的男性对照以及另一组 55 名老年男性（平均年龄，100 岁）进行了 D299G 多态性基因分型。他们发现 3 组之间存在显着差异（p 小于 0.001）：D299G 等位基因在急性心肌梗塞患者中代表性不足，而在老年男性中代表性较高，在健康年轻对照中具有中间值。调整危险因素后，急性心肌梗死患者和老年男性之间（p 小于 0.002）以及年轻对照和老年对照之间（p 小于 0.001）等位基因频率仍然存在显着差异。

.0002 TLR4 多态性
TLR4, THR399ILE

阿伯等人（2000）表明，影响 TLR4 受体胞外结构域的 2 个常见共分离错义突变（asp299 变为 gly，603030.0001；thr399 变为 ile）与人类对吸入脂多糖的反应迟钝有关。在转染实验中，他们发现 asp299-to-gly（D299G）突变，而不是 thr399-to-ile（T399I）突变，会中断 TLR4 介导的 LPS 信号传导。TLR4 基因第 896 位核苷酸处的 A 到 G 转变导致了 D299G 氨基酸的变化。在气道反应性研究人群中，896G 替换的等位基因频率为 6.6%，在爱荷华州的对照人群中，该频率为 7.9%。这些发现表明，2 个群体在 TLR4 突变的分布方面处于 Hardy-Weinberg 平衡。研究结果表明，896G 替代改变了宿主应对环境压力的能力；然而，并非所有对 LPS 反应低的受试者都存在 TLR4 突变，也并非所有具有 TLR4 突变的受试者都对吸入 LPS 反应低。