内毒素激活效应细胞的分子机制
作者：陈建
单位：第三军医大学附属西南医院烧伤研究所，重庆 400038
关键词：内毒素；效应细胞
陈建 综述 罗向东 杨宗城 审校陈建 综述 罗向东 杨宗城 审校
中图法分类号 R392.11 文献标识码 B
The molecular mechanism of LPS activities
内毒素是G-细菌细胞壁中的脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)，由亲水性的多糖(O-特异性多糖、核心多糖)及疏水性的类脂Lipid A构成。其中Lipid A 是LPS结构中最保守的部分，无种属特异性，是LPS的主要生物活性成分。LPS 在细菌生长繁殖、死亡破裂或人工方法裂解后释放，一旦进入人或其它敏感动物体内，将对宿主各系统、器官产生广泛的影响。由于其作用机制广泛而复杂，在过去近20年里尽管针对性抗生素不断问世，G-细菌败血症的死亡率仍持续在30%左右居高不下。目前，关于LPS作用机制的研究尚在进行中，大多数学者均已肯定CD14、LBP在介导LPS的细胞反应中起重要作用，除此之外，其它膜结构、体液成分也被认为与LPS的作用机制有关。
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1 LPS与效应细胞
小鼠B淋巴细胞在LPS的作用下可产生强烈的多克隆反应，包括增生和抗体的产生，这种抗LPS的反应不依赖辅助性T细胞的参与。巨噬细胞在LPS的刺激下可增强吞噬功能、活化细胞膜表面的酶及补体包被的红细胞、产生杀肿瘤的细胞毒性、促进细胞的增殖与分化、刺激TF、IL-1a/β(LAF)、IL-6、8、12、interferon α/β 、TNF-α、 NO、IL-6 、GSF、PAF的合成及释放,通过对脂加氧酶和环氧化酶的激活，影响花生四烯酸代谢产生白三烯、前列腺素、血栓素[1]等。LPS还可刺激中性粒细胞产生活性氧自由基、与纤维蛋白原(Fibrinogen)粘附(由CD11b/CD18介导)。PMN也可在LPS下产生氧自由基、分泌蛋白酶、增强细胞的粘附等。
人类外周血树突状细胞DC(Dendritic cell)为CD14阴性细胞，是专职的抗原递呈细胞，在免疫反应中起重要作用，成熟的DC存在于非淋巴组织中，通过它们强大的吞噬和抗原处理能力捕获抗原，然后移入淋巴结、脾脏等T细胞区而失去处理抗原的能力，成为具有潜在免疫刺激能力的细胞。DC对病原体相关分子结构的识别和活化是它发挥抗原递呈功能的关键。LPS可作用于DC，促其成熟并移出非淋巴器官，产生高水平的TNF、IL-6、IL-8、IL-12，上调HDL-DR、B7-1、B7-2、CD40的表达[2]。
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LPS作用于内皮细胞(有血清情况下)，可产生ICAM-1、VCAM-1、ELAM-1、TF及Thrombomodulin等生物活性因子[3]，在介导白细胞与血管内皮粘附所致的血管损伤、血管内凝血的发生发展中起到了关键的作用。
2 CD14
1985年，Maliszewski用单克隆抗体发现了单核细胞表面、髓样细胞(Myeloid cell)的培养上清及正常人血浆中一种55KD的蛋白质My23，后来这种蛋白质在International Workshops on Leukocyte Antigens 上被命名为CD14，成为髓样细胞表面分化抗原中的一员。1986年，Bazil等测定了正常人血浆中sCD14的浓度是2～6 μg/ml。1988年前后，人们已对人、小鼠的CD14基因进行了克隆测序，推测CD14的蛋白结构中有富含亮氨酸片段的重复序列，由375个氨基酸组成。人CD14的基因定位于5号染色体q23-q31，小鼠CD14基因定位于18号染色体[4]。1988年Haziot等证实mCD14由糖酰磷脂酰肌醇链(Glycosylphosphatidyl-inositol linkage，GPI)锚着于细胞表面[5]，是一个非跨膜的蛋白质,并提出了sCD14产生的可能机制--由细胞表面脱落，失去GPI锚进入血液。
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1990年， Samuel D. Wright发现CD14单抗可极大的下调LBP-LPS复合物与巨噬细胞的结合并减少TNF-α的分泌[6]，这一发现使CD14成为第一个被公认的LPS在单核、巨噬细胞上的受体。Wurfel[7]提出了CD14是介导LPS反应中心的依据：①LPS可与CD14有比例的结合；②抗CD14的抗体可抑制LPS刺激吞噬细胞的能力；③sCD14可介导mCD14阴性细胞的反应；④mCD14阴性细胞转染CD14基因后可使其对LPS的反应增强1 000倍，而CD14阴性小鼠(CD14 knock-out mice)对LPS的敏感性下降10 000倍。
现已知道,mCD14在人和多种动物的单核细胞上有大量表达，粒细胞上有少量表达，在大多数组织巨噬细胞中也有表达，这些能在细胞膜表面表达CD14的细胞,被称为CD14阳性细胞[7]。mCD14 的表达与细胞的功能状态有关，当单核细胞的吞噬活性增强时，mCD14数目增加。无细胞情况下，LPS可与CD14直接结合，LBP的加入可加速LPS的结合，LPS与CD14的具体结合部位尚不清楚，Ulevitch、Netea认为Lipid A是LPS与CD14的结合部位；Todd S C Juan则发现CD14 N末端的152个氨基酸具有结合LPS、刺激细胞活化的能力。
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典型的CD14阳性细胞对LPS的反应模型是LPS先与LBP形成复合物，然后与mCD14结合，引起细胞内信号转导及细胞效应的产生[6]。但CD14是非跨膜分子，不直接参与信号转导，GPI锚在CD14 阳性细胞的活化中也不是必需的，引起信号转导的部分可能是一个包含跨膜蛋白酪氨酸激酶或受LPS/LPS-CD14刺激的蛋白质，它可活化细胞内蛋白酪氨酸激酶[8]。
机体内另一类细胞如上皮细胞、内皮细胞、星状细胞、树突状细胞、血管平滑肌细胞等均不能在细胞膜上表达CD14，称为CD14阴性细胞[9]。目前大多学者认为它们对LPS的反应需sCD14的介导。
sCD14与LPS的结合不论有无LBP均可，但LBP可加速LPS与sCD14的结合[9]。sCD14与LPS先形成复合物，然后与CD14阴性细胞上一种膜结构结合才能使细胞活化，这种膜结构可能是一种跨膜信号受体，也可能是与信号转导亚单位相连的结构，目前这一模式已为大多数人公认。Natalio Vita提出了这一膜结构存在的依据[9]：① 它可与125I-sCD14特异性、可饱和性的结合；② 只有LPS存在时有特异性结合，IL-6的产生也须LPS、sCD14同时存在；③ sCD14-LPS与受体以高亲合力结合；④ 细胞对LPS的快速反应有赖于LPS-sCD14复合物的形成。
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3 内毒素结合蛋白LBP
1986年，Tobias[10]等在研究HDL与LPS的关系时成功地从家兔急性期血清中分离出一种可与LPS结合的糖蛋白，分子量分为60.5/58KD，被正式命名为内毒素结合蛋白LBP(Lipopolysaccharide-binding protein)，后来证实LBP由肝脏合成，并且与LPS之间存在着直接作用。因为LPS与HDL的结合可改变LPS的生物活性，提示LPS与血浆蛋白的结合可修饰LPS的理化特性及生理功能，故提出LBP可能调节LPS活性的推论。
1990年，Schumann等测定了多种属动物LBP在血清中的含量小于0.5 μg/ml ，但各家报道稍有差别。Tobias证实LBP有Lipid A的结合位点，可与多种LPS(R/S型)以高亲合力结合，急性期反应时LBP可在24 h后上升到50 μg/ml，而血浆中0.2～0.5 μg/ml的LBP可完全结合直至5ng/ml的LPS[6]。
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编码人LBP的基因约1.7 kb，定位于20号染色体的q11.23-q12区，成熟LBP蛋白含452个氨基酸，其中有4个半胱氨酸和5个潜在的糖基化位点。兔LBP基因约1.8 kb，蛋白的一级结构由456个氨基酸残基组成，包括2个半胱氨酸和3个糖基化位点。比较人、家兔LBP与BPI发现：人与兔LBP有69%的氨基酸残基、78%核苷酸序列同源；人BPI与人LBP、兔LBP与人BPI分别有44%、40%氨基酸序列同源[4]。
除此之外，人LBP与人胆固醇脂转运蛋白(Cholesterol ester transport protein)有23%氨基酸残基相同，提示LBP可与脂质结合并将脂质转送至配基起作用，进一步推测 LBP可作为血浆中LPS的载体蛋白并控制LPS依赖的单核细胞反应。S Wright等首次对LBP的功能进行了定义：LBP可调理含LPS的颗粒和完整的G-细菌，介导包被的颗粒与巨噬细胞粘附，诱导TNF等细胞因子的产生和释放。
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由于识别LPS在宿主抵抗G-细菌的感染中占重要地位，推测LBP的主要功能是加强宿主在早期感染时识别LPS的能力，促进细胞释放细胞因子，由此增强宿主抵抗感染的能力。在急性期反应中LBP的含量升高，血管外的LBP随之升高，升高的LBP可依靠其调理活性提供其它防御机制。LBP与LPS在急性期血清(Acute-phase serum，APS)及单纯LBP与LPS在体外混合后可以高亲合力结合[10]，而 LBP-LPS复合物又可与巨噬细胞结合，因此LBP可能作为一个载体将LPS带到细胞表面，并极大限度的降低LPS刺激单核细胞/巨噬细胞的阈值[4]。
Wurfel的研究证实在LBP knock-out 小鼠，其全血在体外接受LPS刺激后产生TNF-α的能力下降，需较正常小鼠高1000倍的LPS方可引起相同的反应，而在反应体系中加入LBP后产生TNF-α的能力恢复[7]。
4 其它与LPS结合的细胞膜表面结构
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除了CD14是大家公认的LPS细胞表面受体外，因观察到无论CD14阳性还是阴性细胞均可在抗CD14抗体存在情况下对LPS发生反应，推测CD14不是LPS藉以反应的唯一细胞表面结构。许多学者的研究也证实了这些受体存在的可能性，他们在红细胞、血小板和粒细胞、淋巴细胞、肥大细胞、肝细胞等细胞膜上均发现了可与LPS结合的成分。
Schletter用免疫沉淀法在sCD14和LBP存在下，检测到单核细胞和红细胞表面一种可与Lipid A结合的80KD的蛋白质，认为这个80KD的蛋白质与CD59、CD55有关，可能介导LPS-sCD14复合物对CD14阳性及阴性细胞的反应[11]，相同分子量的蛋白也在其他学者的研究中发现。
Vassellon描述了一种蛋白酶敏感的白细胞膜上结构，它可将LPS从CD14转移到细胞膜上[7]。Acton等也发现了一种膜蛋白(The Class B Scavenger Receptor，SR-B1)可将脂质从HDL转运到肝细胞膜上，这一过程可能是体内导致LPS吞噬与失活的重要途径。除此之外，与LPS结合的膜结构还有：β-integrin、L-selectin、macrophage scavenger receptor、21 000 MW的膜结构等。
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Kirikae对巨噬细胞上的LPS膜受体作了总结，它包括CD14、73KD、40/45KD、55/65KD、97KD膜蛋白等。Weersink发现在白细胞上还有CD11/CD18、scavenger receptor；巨噬细胞样细胞Raw 264.7上还有73-80KD的膜蛋白发现。
以上这些蛋白与LPS的结合位点尚未明确。Couturier认为存在如此之多的LPS结合成分，可能反映LPS通过不同理化形式与细胞发生作用，如活菌体表的LPS、不同浓度下LPS的不同聚集形式、Lipid A、从R型到S型含不同长度多糖链的LPS等等。
在研究LPS与不同受体的相互作用中还发现，与不同受体结合决定了LPS的不同结局。LPS 与CD14的结合导致效应细胞的激活，产生多种生物活性物质；LPS与CR3(β2 integrin 家族，主要是CD11b/CD18)结合主要介导病原的吞噬而很少或不引起吞噬细胞的呼吸爆发(Respiratory burst)；而LPS与scavenger receptor 的结合则导致LPS的吞噬和清除。LPS与各种膜结构之间究竟如何结合，这种结合是否有倾向性，以及结合后如何导致不同的后果尚不明确。
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5 LPS激活细胞的信号转导机制
虽然机体最先识别LPS的是LBP和CD14，但它们本身与信号跨膜转导无关，还需将LPS提供给可引发信号转导的受体，它需要特定的蛋白——激酶的链式反应、蛋白激酶C、NF-κB等转录因子的活化以及产生细胞因子基因的转录等。
LPS与血清中LBP结合转运至CD14(或其它受体)，CD14与未知信号分子作用，产生一些蛋白酪氨酸激酶的活化，这些激酶包括Syk、Src家族的三个成员Hck、Fgr、Lyn。在单核细胞，LPS可活化Ras,由Ras活化丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Raf(巨噬细胞中也发现Raf的激活)，由此导致MEK1(Erk1/2 MAP Kinase)的活化，而Raf/MEK/Erk通路的活化与TNF-α的产生有关。LPS还可以活化哺乳动物巨噬细胞另两条MAPK通路：P38和JNK；另外，LPS活化巨噬细胞PI3-Kinase/P70s6kinase的信号通路也被发现，关于这些信号通路活化的意义目前尚未明确。
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近两年，在对动物和人类天然免疫的研究中倍受关注的是关于Toll的研究进展[12，14]。信号受体Toll最初是在研究果蝇(Drosophila)胚胎发育时发现的，但不久人们发现Toll与其配体结合可快速诱导产生多种抗微生物肽，在果蝇防御反应中起重要的作用。在人类，已发现5种果蝇Toll的类似物，被称为Toll-like receptors(TLRs)，尽管它们的天然配体尚不清楚，但似乎所有的TLRs均可参与天然免疫反应。TLR4可介导抗原递呈细胞活化NF-?B途径、诱导炎症因子的表达。TLR2 mRNA在CD14阳性细胞富集，LPS的刺激可使离体单核、巨噬细胞TLR2 mRNA表达增强。人类上皮细胞通过LBP、CD14的参与也可表达TLR2，并导致NF-κB的激活。甚至有证据指出TLR2可直接与LPS结合[13]。
Toll和TLRs是一类跨膜蛋白，由胞外富含亮氨酸的重复序列(Leucine-rich repeat，LRR)、跨膜区和胞内负责信号转导的作用域构成，其胞内部分与IL-1受体家族(IL-1R)的胞内作用域具有相当高的同源性，被称为Toll/IL-1R 同源作用域。这种同源作用域也在髓样细胞分化因子(Myeloid differentiation factor )MyD88和植物抗病蛋白(Plant disease-resistance proteins)中发现，由于它们在结构上的高度同源性，一个新的信号受体家族——Toll/IL-1R受体家族正被越来越多的学者所认识。它们可活化胞内信号分子，主要是NF-κB途径的活化，导致包括细胞粘附分子、细胞因子(IL-2,6,8,TNF-α等)、血细胞生长因子、急性期反应蛋白、转录因子及其亚单位、NO合成酶等基因的表达。
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Kopp和Medzhitov对Toll介导的信号通路作了初步的推测。它由两个阶段组成，第一阶段是MyD88的羧基末端与Toll的胞浆作用域相互作用，MyD88用它的死亡作用域(Death domain)募集下游同样含死亡作用域的丝/苏氨酸蛋白激酶(Serine/threonine-kinase)IRAK(IL-1R associated kinase)，导致IRAK自身磷酸化；第二阶段是磷酸化的IRAK脱离MyD88与TRAF6(TNFR-associated factor ,TRAF家族中的一员)结合，而TRAF可活化MPKKK(mitogen-activated protein kinase kinase kinase,或称 MAP3K)家族成员NIK(NF-κB -inducing kinase)，后者的磷酸化可激活IκB 激酶(IκB kinases ,IKKs),导致IκB的泛素化而从IκB/NF-κB复合物释放，NF-κB由此活化转位进核，导致一系列特定基因的表达。
结合以往研究，推测TLRs在自然免疫中极可能起哨兵的作用，作为机体对抗病原微生物的第一道防线；通过LBP、CD14将解聚LPS的递呈，TRLs以细胞外富含亮氨酸片段的重复序列识别LPS，将LPS的刺激信号跨膜转导，激活NF-κB信号途径，导致效应基因的表达。由此我们似乎可以将LPS激活效应细胞的全过程连结起来，解答了CD14作为非跨膜蛋白质不能介导进一步信号转导的问题，对于今后来说，如何证实TLRs全部或部分参与了LPS的信号转导、了解CD14怎样将LPS的刺激信号传递给TLR对揭示LPS的作用机制具有重要意义。
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作者简介：陈 建，女，27岁，住院医师，硕士
参考文献
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[14] Kopp E B, Medzhitov R. The Toll-receptor family and control of innate immunity.Curr Opin Immunol,1999,11(1):13-18.
收稿日期：1999-08-13；修回日期：1999-10-20, 百拇医药
单位：第三军医大学附属西南医院烧伤研究所，重庆 400038
关键词：内毒素；效应细胞
陈建 综述 罗向东 杨宗城 审校陈建 综述 罗向东 杨宗城 审校
中图法分类号 R392.11 文献标识码 B
The molecular mechanism of LPS activities
内毒素是G-细菌细胞壁中的脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)，由亲水性的多糖(O-特异性多糖、核心多糖)及疏水性的类脂Lipid A构成。其中Lipid A 是LPS结构中最保守的部分，无种属特异性，是LPS的主要生物活性成分。LPS 在细菌生长繁殖、死亡破裂或人工方法裂解后释放，一旦进入人或其它敏感动物体内，将对宿主各系统、器官产生广泛的影响。由于其作用机制广泛而复杂，在过去近20年里尽管针对性抗生素不断问世，G-细菌败血症的死亡率仍持续在30%左右居高不下。目前，关于LPS作用机制的研究尚在进行中，大多数学者均已肯定CD14、LBP在介导LPS的细胞反应中起重要作用，除此之外，其它膜结构、体液成分也被认为与LPS的作用机制有关。
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1 LPS与效应细胞
小鼠B淋巴细胞在LPS的作用下可产生强烈的多克隆反应，包括增生和抗体的产生，这种抗LPS的反应不依赖辅助性T细胞的参与。巨噬细胞在LPS的刺激下可增强吞噬功能、活化细胞膜表面的酶及补体包被的红细胞、产生杀肿瘤的细胞毒性、促进细胞的增殖与分化、刺激TF、IL-1a/β(LAF)、IL-6、8、12、interferon α/β 、TNF-α、 NO、IL-6 、GSF、PAF的合成及释放,通过对脂加氧酶和环氧化酶的激活，影响花生四烯酸代谢产生白三烯、前列腺素、血栓素[1]等。LPS还可刺激中性粒细胞产生活性氧自由基、与纤维蛋白原(Fibrinogen)粘附(由CD11b/CD18介导)。PMN也可在LPS下产生氧自由基、分泌蛋白酶、增强细胞的粘附等。
人类外周血树突状细胞DC(Dendritic cell)为CD14阴性细胞，是专职的抗原递呈细胞，在免疫反应中起重要作用，成熟的DC存在于非淋巴组织中，通过它们强大的吞噬和抗原处理能力捕获抗原，然后移入淋巴结、脾脏等T细胞区而失去处理抗原的能力，成为具有潜在免疫刺激能力的细胞。DC对病原体相关分子结构的识别和活化是它发挥抗原递呈功能的关键。LPS可作用于DC，促其成熟并移出非淋巴器官，产生高水平的TNF、IL-6、IL-8、IL-12，上调HDL-DR、B7-1、B7-2、CD40的表达[2]。
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LPS作用于内皮细胞(有血清情况下)，可产生ICAM-1、VCAM-1、ELAM-1、TF及Thrombomodulin等生物活性因子[3]，在介导白细胞与血管内皮粘附所致的血管损伤、血管内凝血的发生发展中起到了关键的作用。
2 CD14
1985年，Maliszewski用单克隆抗体发现了单核细胞表面、髓样细胞(Myeloid cell)的培养上清及正常人血浆中一种55KD的蛋白质My23，后来这种蛋白质在International Workshops on Leukocyte Antigens 上被命名为CD14，成为髓样细胞表面分化抗原中的一员。1986年，Bazil等测定了正常人血浆中sCD14的浓度是2～6 μg/ml。1988年前后，人们已对人、小鼠的CD14基因进行了克隆测序，推测CD14的蛋白结构中有富含亮氨酸片段的重复序列，由375个氨基酸组成。人CD14的基因定位于5号染色体q23-q31，小鼠CD14基因定位于18号染色体[4]。1988年Haziot等证实mCD14由糖酰磷脂酰肌醇链(Glycosylphosphatidyl-inositol linkage，GPI)锚着于细胞表面[5]，是一个非跨膜的蛋白质,并提出了sCD14产生的可能机制--由细胞表面脱落，失去GPI锚进入血液。
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1990年， Samuel D. Wright发现CD14单抗可极大的下调LBP-LPS复合物与巨噬细胞的结合并减少TNF-α的分泌[6]，这一发现使CD14成为第一个被公认的LPS在单核、巨噬细胞上的受体。Wurfel[7]提出了CD14是介导LPS反应中心的依据：①LPS可与CD14有比例的结合；②抗CD14的抗体可抑制LPS刺激吞噬细胞的能力；③sCD14可介导mCD14阴性细胞的反应；④mCD14阴性细胞转染CD14基因后可使其对LPS的反应增强1 000倍，而CD14阴性小鼠(CD14 knock-out mice)对LPS的敏感性下降10 000倍。
现已知道,mCD14在人和多种动物的单核细胞上有大量表达，粒细胞上有少量表达，在大多数组织巨噬细胞中也有表达，这些能在细胞膜表面表达CD14的细胞,被称为CD14阳性细胞[7]。mCD14 的表达与细胞的功能状态有关，当单核细胞的吞噬活性增强时，mCD14数目增加。无细胞情况下，LPS可与CD14直接结合，LBP的加入可加速LPS的结合，LPS与CD14的具体结合部位尚不清楚，Ulevitch、Netea认为Lipid A是LPS与CD14的结合部位；Todd S C Juan则发现CD14 N末端的152个氨基酸具有结合LPS、刺激细胞活化的能力。
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典型的CD14阳性细胞对LPS的反应模型是LPS先与LBP形成复合物，然后与mCD14结合，引起细胞内信号转导及细胞效应的产生[6]。但CD14是非跨膜分子，不直接参与信号转导，GPI锚在CD14 阳性细胞的活化中也不是必需的，引起信号转导的部分可能是一个包含跨膜蛋白酪氨酸激酶或受LPS/LPS-CD14刺激的蛋白质，它可活化细胞内蛋白酪氨酸激酶[8]。
机体内另一类细胞如上皮细胞、内皮细胞、星状细胞、树突状细胞、血管平滑肌细胞等均不能在细胞膜上表达CD14，称为CD14阴性细胞[9]。目前大多学者认为它们对LPS的反应需sCD14的介导。
sCD14与LPS的结合不论有无LBP均可，但LBP可加速LPS与sCD14的结合[9]。sCD14与LPS先形成复合物，然后与CD14阴性细胞上一种膜结构结合才能使细胞活化，这种膜结构可能是一种跨膜信号受体，也可能是与信号转导亚单位相连的结构，目前这一模式已为大多数人公认。Natalio Vita提出了这一膜结构存在的依据[9]：① 它可与125I-sCD14特异性、可饱和性的结合；② 只有LPS存在时有特异性结合，IL-6的产生也须LPS、sCD14同时存在；③ sCD14-LPS与受体以高亲合力结合；④ 细胞对LPS的快速反应有赖于LPS-sCD14复合物的形成。
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3 内毒素结合蛋白LBP
1986年，Tobias[10]等在研究HDL与LPS的关系时成功地从家兔急性期血清中分离出一种可与LPS结合的糖蛋白，分子量分为60.5/58KD，被正式命名为内毒素结合蛋白LBP(Lipopolysaccharide-binding protein)，后来证实LBP由肝脏合成，并且与LPS之间存在着直接作用。因为LPS与HDL的结合可改变LPS的生物活性，提示LPS与血浆蛋白的结合可修饰LPS的理化特性及生理功能，故提出LBP可能调节LPS活性的推论。
1990年，Schumann等测定了多种属动物LBP在血清中的含量小于0.5 μg/ml ，但各家报道稍有差别。Tobias证实LBP有Lipid A的结合位点，可与多种LPS(R/S型)以高亲合力结合，急性期反应时LBP可在24 h后上升到50 μg/ml，而血浆中0.2～0.5 μg/ml的LBP可完全结合直至5ng/ml的LPS[6]。
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编码人LBP的基因约1.7 kb，定位于20号染色体的q11.23-q12区，成熟LBP蛋白含452个氨基酸，其中有4个半胱氨酸和5个潜在的糖基化位点。兔LBP基因约1.8 kb，蛋白的一级结构由456个氨基酸残基组成，包括2个半胱氨酸和3个糖基化位点。比较人、家兔LBP与BPI发现：人与兔LBP有69%的氨基酸残基、78%核苷酸序列同源；人BPI与人LBP、兔LBP与人BPI分别有44%、40%氨基酸序列同源[4]。
除此之外，人LBP与人胆固醇脂转运蛋白(Cholesterol ester transport protein)有23%氨基酸残基相同，提示LBP可与脂质结合并将脂质转送至配基起作用，进一步推测 LBP可作为血浆中LPS的载体蛋白并控制LPS依赖的单核细胞反应。S Wright等首次对LBP的功能进行了定义：LBP可调理含LPS的颗粒和完整的G-细菌，介导包被的颗粒与巨噬细胞粘附，诱导TNF等细胞因子的产生和释放。
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由于识别LPS在宿主抵抗G-细菌的感染中占重要地位，推测LBP的主要功能是加强宿主在早期感染时识别LPS的能力，促进细胞释放细胞因子，由此增强宿主抵抗感染的能力。在急性期反应中LBP的含量升高，血管外的LBP随之升高，升高的LBP可依靠其调理活性提供其它防御机制。LBP与LPS在急性期血清(Acute-phase serum，APS)及单纯LBP与LPS在体外混合后可以高亲合力结合[10]，而 LBP-LPS复合物又可与巨噬细胞结合，因此LBP可能作为一个载体将LPS带到细胞表面，并极大限度的降低LPS刺激单核细胞/巨噬细胞的阈值[4]。
Wurfel的研究证实在LBP knock-out 小鼠，其全血在体外接受LPS刺激后产生TNF-α的能力下降，需较正常小鼠高1000倍的LPS方可引起相同的反应，而在反应体系中加入LBP后产生TNF-α的能力恢复[7]。
4 其它与LPS结合的细胞膜表面结构
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除了CD14是大家公认的LPS细胞表面受体外，因观察到无论CD14阳性还是阴性细胞均可在抗CD14抗体存在情况下对LPS发生反应，推测CD14不是LPS藉以反应的唯一细胞表面结构。许多学者的研究也证实了这些受体存在的可能性，他们在红细胞、血小板和粒细胞、淋巴细胞、肥大细胞、肝细胞等细胞膜上均发现了可与LPS结合的成分。
Schletter用免疫沉淀法在sCD14和LBP存在下，检测到单核细胞和红细胞表面一种可与Lipid A结合的80KD的蛋白质，认为这个80KD的蛋白质与CD59、CD55有关，可能介导LPS-sCD14复合物对CD14阳性及阴性细胞的反应[11]，相同分子量的蛋白也在其他学者的研究中发现。
Vassellon描述了一种蛋白酶敏感的白细胞膜上结构，它可将LPS从CD14转移到细胞膜上[7]。Acton等也发现了一种膜蛋白(The Class B Scavenger Receptor，SR-B1)可将脂质从HDL转运到肝细胞膜上，这一过程可能是体内导致LPS吞噬与失活的重要途径。除此之外，与LPS结合的膜结构还有：β-integrin、L-selectin、macrophage scavenger receptor、21 000 MW的膜结构等。
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Kirikae对巨噬细胞上的LPS膜受体作了总结，它包括CD14、73KD、40/45KD、55/65KD、97KD膜蛋白等。Weersink发现在白细胞上还有CD11/CD18、scavenger receptor；巨噬细胞样细胞Raw 264.7上还有73-80KD的膜蛋白发现。
以上这些蛋白与LPS的结合位点尚未明确。Couturier认为存在如此之多的LPS结合成分，可能反映LPS通过不同理化形式与细胞发生作用，如活菌体表的LPS、不同浓度下LPS的不同聚集形式、Lipid A、从R型到S型含不同长度多糖链的LPS等等。
在研究LPS与不同受体的相互作用中还发现，与不同受体结合决定了LPS的不同结局。LPS 与CD14的结合导致效应细胞的激活，产生多种生物活性物质；LPS与CR3(β2 integrin 家族，主要是CD11b/CD18)结合主要介导病原的吞噬而很少或不引起吞噬细胞的呼吸爆发(Respiratory burst)；而LPS与scavenger receptor 的结合则导致LPS的吞噬和清除。LPS与各种膜结构之间究竟如何结合，这种结合是否有倾向性，以及结合后如何导致不同的后果尚不明确。
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5 LPS激活细胞的信号转导机制
虽然机体最先识别LPS的是LBP和CD14，但它们本身与信号跨膜转导无关，还需将LPS提供给可引发信号转导的受体，它需要特定的蛋白——激酶的链式反应、蛋白激酶C、NF-κB等转录因子的活化以及产生细胞因子基因的转录等。
LPS与血清中LBP结合转运至CD14(或其它受体)，CD14与未知信号分子作用，产生一些蛋白酪氨酸激酶的活化，这些激酶包括Syk、Src家族的三个成员Hck、Fgr、Lyn。在单核细胞，LPS可活化Ras,由Ras活化丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Raf(巨噬细胞中也发现Raf的激活)，由此导致MEK1(Erk1/2 MAP Kinase)的活化，而Raf/MEK/Erk通路的活化与TNF-α的产生有关。LPS还可以活化哺乳动物巨噬细胞另两条MAPK通路：P38和JNK；另外，LPS活化巨噬细胞PI3-Kinase/P70s6kinase的信号通路也被发现，关于这些信号通路活化的意义目前尚未明确。
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近两年，在对动物和人类天然免疫的研究中倍受关注的是关于Toll的研究进展[12，14]。信号受体Toll最初是在研究果蝇(Drosophila)胚胎发育时发现的，但不久人们发现Toll与其配体结合可快速诱导产生多种抗微生物肽，在果蝇防御反应中起重要的作用。在人类，已发现5种果蝇Toll的类似物，被称为Toll-like receptors(TLRs)，尽管它们的天然配体尚不清楚，但似乎所有的TLRs均可参与天然免疫反应。TLR4可介导抗原递呈细胞活化NF-?B途径、诱导炎症因子的表达。TLR2 mRNA在CD14阳性细胞富集，LPS的刺激可使离体单核、巨噬细胞TLR2 mRNA表达增强。人类上皮细胞通过LBP、CD14的参与也可表达TLR2，并导致NF-κB的激活。甚至有证据指出TLR2可直接与LPS结合[13]。
Toll和TLRs是一类跨膜蛋白，由胞外富含亮氨酸的重复序列(Leucine-rich repeat，LRR)、跨膜区和胞内负责信号转导的作用域构成，其胞内部分与IL-1受体家族(IL-1R)的胞内作用域具有相当高的同源性，被称为Toll/IL-1R 同源作用域。这种同源作用域也在髓样细胞分化因子(Myeloid differentiation factor )MyD88和植物抗病蛋白(Plant disease-resistance proteins)中发现，由于它们在结构上的高度同源性，一个新的信号受体家族——Toll/IL-1R受体家族正被越来越多的学者所认识。它们可活化胞内信号分子，主要是NF-κB途径的活化，导致包括细胞粘附分子、细胞因子(IL-2,6,8,TNF-α等)、血细胞生长因子、急性期反应蛋白、转录因子及其亚单位、NO合成酶等基因的表达。
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Kopp和Medzhitov对Toll介导的信号通路作了初步的推测。它由两个阶段组成，第一阶段是MyD88的羧基末端与Toll的胞浆作用域相互作用，MyD88用它的死亡作用域(Death domain)募集下游同样含死亡作用域的丝/苏氨酸蛋白激酶(Serine/threonine-kinase)IRAK(IL-1R associated kinase)，导致IRAK自身磷酸化；第二阶段是磷酸化的IRAK脱离MyD88与TRAF6(TNFR-associated factor ,TRAF家族中的一员)结合，而TRAF可活化MPKKK(mitogen-activated protein kinase kinase kinase,或称 MAP3K)家族成员NIK(NF-κB -inducing kinase)，后者的磷酸化可激活IκB 激酶(IκB kinases ,IKKs),导致IκB的泛素化而从IκB/NF-κB复合物释放，NF-κB由此活化转位进核，导致一系列特定基因的表达。
结合以往研究，推测TLRs在自然免疫中极可能起哨兵的作用，作为机体对抗病原微生物的第一道防线；通过LBP、CD14将解聚LPS的递呈，TRLs以细胞外富含亮氨酸片段的重复序列识别LPS，将LPS的刺激信号跨膜转导，激活NF-κB信号途径，导致效应基因的表达。由此我们似乎可以将LPS激活效应细胞的全过程连结起来，解答了CD14作为非跨膜蛋白质不能介导进一步信号转导的问题，对于今后来说，如何证实TLRs全部或部分参与了LPS的信号转导、了解CD14怎样将LPS的刺激信号传递给TLR对揭示LPS的作用机制具有重要意义。
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作者简介：陈 建，女，27岁，住院医师，硕士
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收稿日期：1999-08-13；修回日期：1999-10-20, 百拇医药