TOLL样受体5；TLR5

TOLL/白细胞介素 1 受体样 5；TIL3

HGNC 批准的基因符号：TLR5

细胞遗传学定位：1q41 基因组坐标（GRCh38）：1:223,109,404-223,143,248（来自 NCBI）

▼ 说明

跨膜蛋白TLR5是免疫系统的一个组成部分，在肠粘膜中高表达并识别细菌鞭毛蛋白（Vijay-Kumar等人总结，2010）。

有关Toll样受体的背景信息，请参见TLR4（603030）。

▼ 克隆与表达

在果蝇中，Toll 跨膜受体在背腹轴形成中起着核心作用。此外，Toll 途径控制着成年果蝇中强效抗菌因子的诱导。果蝇免疫防御中的这种作用与白介素-1（IL1; 参见 147760）控制脊椎动物许多免疫和炎症反应的信号通路。通过在 EST 数据库中搜索人类 Toll 同源物，Chaudhary 等人（1998）鉴定了 2 个基因的 cDNA 序列，他们称之为 TIL3 和 TIL4（TLR2；TLR2）。603028）。TIL4和预测的858个氨基酸的TIL3蛋白都含有特征性的Toll基序：细胞外富含亮氨酸重复序列（LRR）结构域和细胞质白细胞介素1受体（IL1R；147810）类似区域。Northern 印迹分析显示，TIL3 以 3.3 kb 转录物的形式表达，在外周血白细胞、卵巢和前列腺中含量最丰富。

Rock 等人（1998）孤立地鉴定了部分 TIL3 或 TLR5、cDNA 以及来自其他 4 个 TLR 基因的 cDNA。

Muzio et al.（2000）利用Northern blot分析确定了白细胞中TLRs的差异表达模式。与 TLR2 和 TLR4 一样，TLR5 在骨髓单核细胞中表达，但水平较低。

▼ 测绘

Rock等（1998）通过荧光原位杂交将TLR5基因定位到染色体1q33.3。Chaudhary et al.（1998）使用相同的技术将该基因定位到染色体1q41-q42。

Gross（2013）根据TLR5序列（GenBank AB060695）与基因组序列（GRCh37）的比对，将TLR5基因定位到染色体1q41。

▼ 基因功能

Chaudhary et al.（1998）发现，与IL1R和TLR4一样，TIL3和TIL4能够激活NF-kappa-B（参见164011），尽管是以细胞类型特异性的方式。作者得出结论，TLR4、TIL3 和 TIL4 是参与免疫调节的具有保守结构和功能特征的基因家族。

Kadowaki等人（2001）利用RT-PCR和ELISA分析确定了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。

Hayashi et al.（2001）表明TLR5的表达诱导NF-kappa-B激活和TNFA（191160）产生。已知可刺激其他TLR家族成员的病原体相关分子模式（PAMPs）未能刺激TLR5；然而，荧光素酶报告基因检测表明革兰氏阳性和阴性细菌培养物上清液中存在 TLR5 激活。Hayashi 等人（2001）通过对李斯特菌培养物上清液进行分级分离，然后进行 SDS-PAGE，鉴定出鞭毛蛋白为 TLR5 配体。鞭毛蛋白是细菌鞭毛的主要成分，是植物、昆虫和哺乳动物先天免疫系统识别的毒力因子。无鞭毛细菌中鞭毛蛋白的表达导致 TLR5 激活，而有鞭毛细菌中鞭毛蛋白的缺失则消除了 TLR5 激活。Hayashi 等人（2001）证明，注射鞭毛蛋白可以诱导野生型小鼠产生 IL6（147620），但对于那些缺乏 TLR 信号转导所需的 MyD88（602170）转换因子蛋白的小鼠则不会。Hayashi等人（2001）得出结论，TLR5是一种模式识别受体，其PAMP是鞭毛蛋白，一种在广泛的运动病原体中具有保守的N和C末端的蛋白质。

Smith et al.（2003）将鞭毛蛋白上的TLR5识别位点定位到13个氨基酸的簇上。识别位点埋藏在鞭毛丝中，单体鞭毛蛋白而不是丝状分子会刺激 TLR5。共沉淀分析表明鞭毛蛋白与TLR5 相互作用密切。

Burdelya et al.（2008）研究了CBLB502（一种源自沙门氏菌鞭毛蛋白的多肽药物，结合TLR5并激活NFKB信号传导）是否可以保护健康细胞免受辐射的有害影响。在致命性全身辐射之前注射 CBLB502 可保护小鼠和恒河猴免受胃肠道和造血急性辐射综合征的影响，并提高生存率。照射后注射也能提高存活率，但照射剂量较低。该药物不会降低小鼠肿瘤的放射敏感性。Burdelya等（2008）提出TLR5激动剂可以通过作为肿瘤特异性抗凋亡机制的药理学模拟剂来提高癌症放疗的治疗指数。他们还建议 TLR5 激动剂可能在辐射紧急情况下有用。

Deng et al.（2009）将人颞动脉-SCID小鼠嵌合体暴露于TLR4配体脂多糖（LPS）或TLR5配体鞭毛蛋白中，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。其潜在机制涉及 T 细胞的选择性募集，TLR4 介导的 DC 刺激增强 CCL20（601960）的产生，从而偏向 CCR6（601835）阳性 T 细胞的募集。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。Deng et al.（2009）的结论是，原始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的过程。

张等人（2014）报道用细菌鞭毛蛋白治疗可预防小鼠轮状病毒（RV）感染并治愈慢性RV感染小鼠。保护作用孤立于适应性免疫和干扰素（参见147660），并且需要鞭毛蛋白受体Tlr5和Nlrc4（606831）。鞭毛蛋白诱导树突状细胞上Tlr5的激活引发细胞因子Il22（605330）的产生，其诱导肠上皮细胞中的保护性基因表达程序。鞭毛蛋白还诱导 Nlrc4 依赖性产生 Il18（600953）并立即消除 RV 感染的细胞。给小鼠施用 Il22 和 Il18 完全再现了鞭毛蛋白预防或消除 RV 的能力。张等人（2014）提出用鞭毛蛋白、IL22 或 IL18 激活先天免疫作为对抗新出现和顽固病毒病原体的策略。

▼ 生化特征

Andersen-Nissen等人（2007）基于其他LRR蛋白构建了TLR5模型，并表明小鼠和人TLR5对鞭毛蛋白分子的差异识别定义了胞外域凹β折叠上的保守表面。突变分析显示，TLR5 残基 268（人类中为丙氨酸，小鼠中为脯氨酸）的自然变异负责区分人类和小鼠鞭毛蛋白分子。Andersen-Nissen et al.（2007）提出配体结合在β折叠上导致TLR激活。

晶体结构

为了阐明TLR5-鞭毛蛋白识别的结构基础和机制意义，Yoon等人（2012）以2.47埃的分辨率测定了斑马鱼TLR5与沙门氏菌鞭毛蛋白D1/D2/D3片段复合物FliC的晶体结构。TLR5 主要利用其侧面与 FliC D1 结构域的 3 个螺旋相互作用。两个 TLR5-FliC 1:1 异二聚体组装成 2:2 尾对尾信号复合物，该复合物通过 FliC D1 结构域与相对 TLR5 凸面的四元接触来稳定。Yoon 等人（2012）得出的结论是，所提出的信号传导机制得到了对 CBLB502（一种源自 FliC 的治疗性蛋白）的结构引导诱变和缺失分析的支持。

▼ 分子遗传学

Hawn et al.（2003）在TLR5编码区鉴定出2个SNP，即第1174位核苷酸处的C-T转变，将arg392改变为终止密码子（R392X；603031.0001）以及核苷酸1775处的A到G转换，将asn592变为ser（N592S; 603031.0002），与军团病（LD；LD；608556）与吸烟无关，吸烟是 LD 的已知危险因素。他们提出，由于TLR5介导炎症信号通路并定位到染色体1q41，系统性红斑狼疮的易感位点（SLEB1；601744），也可能与自身免疫性疾病有关。

Hawn等人（2005）发现TLR5 R392X多态性与SLE发展的抵抗力相关（见603031.0001）。

West等人（2013）发现TLR5 R392X多态性与类鼻疽患者的生存相关（615557）（见603031.0001）。

▼ 动物模型

Feuillet et al.（2006）指出，TLR5在肠上皮细胞的基底外侧表达，但在肺上皮细胞的顶端表达，而肺上皮细胞通常不暴露于微生物。他们发现，健康、可育的 Tlr5 -/- 小鼠的骨髓树突状细胞或巨噬细胞在鞭毛蛋白刺激后表现出细胞因子 mRNA 表达和信号传导功能降低，但其他微生物分子则没有。Tlr5 -/- 小鼠对鞭毛蛋白的体内攻击也没有反应。Tlr5 -/- 和野生型小鼠对有鞭毛的鼠伤寒沙门氏菌表现出相似的易感性，但 Tlr4/Tlr5 双敲除小鼠比 Tlr4 -/- 或 Tlr5 -/- 小鼠更易感。鼻内用鞭毛蛋白攻击的 Tlr5 -/- 小鼠的支气管肺泡灌洗细胞减少了细胞因子反应和中性粒细胞募集。Tlr4/Tlr5 双敲除小鼠比 Tlr4 -/-、Tlr5 -/- 或野生型小鼠更容易受到铜绿假单胞菌鼻内感染的影响。骨髓嵌合体实验表明，非骨髓来源的 Tlr5 表达细胞对鞭毛蛋白的识别是引发肺部炎症反应所必需的。Feuillet et al.（2006）提出，鞭毛蛋白识别是由不同器官中不同的TLR5表达细胞介导的，并且先天免疫反应所使用的TLR4和TLR5信号通路在识别细菌病原体时可能存在协同作用。

Vijay-Kumar et al.（2007）发现，与野生型同窝小鼠相比，Tlr5 -/- 小鼠体重减轻，直肠脱垂频率较高。此外，超过三分之一的没有脱垂的突变小鼠表现出自发性结肠炎的临床和组织病理学证据。Tlr5 -/- 小鼠的共生细菌负担增加，结肠炎更明显的小鼠表现出肠道通透性增加。微阵列分析显示，在 Tlr5 -/- 小鼠中，Tlr5 调节基因的肠道表达降低，但造血源性促炎细胞因子的表达升高。尽管结肠细菌负荷升高，但 Tlr5 -/- 小鼠中 Tlr4 的缺失消除了结肠炎的免疫学、组织病理学和临床证据。Vijay-Kumar et al.（2007）提出先天免疫缺陷可能是某些炎症性肠病的基础。

Andersen-Nissen et al.（2007）用大肠杆菌经尿道攻击Tlr5 -/- 小鼠。感染两天后，与野生型小鼠相比，Tlr5 -/- 小鼠的炎症减轻。然而，感染5天后，与野生型小鼠相比，Tlr5 -/- 小鼠的膀胱和肾脏中的细菌和炎症明显增多。同样，鞭毛蛋白以 Tlr5 依赖性方式诱导膀胱中高水平的细胞因子和趋化因子表达。Andersen-Nissen et al.（2007）得出结论，Tlr5 调节泌尿道的先天免疫反应，并且对于小鼠对细胞外病原体的有效免疫反应至关重要。

Vijay-Kumar 等人（2010）证明，Tlr5 基因缺陷的小鼠（先天免疫系统的一个组成部分，在肠道粘膜中表达，有助于抵御感染）会表现出食欲过盛并出现代谢综合征的标志性特征，包括高脂血症、高血压、胰岛素抵抗和肥胖增加。这些代谢变化与肠道微生物群组成的变化相关，将肠道微生物群从 Tlr5 缺陷型小鼠转移到野生型无菌小鼠，给受体带来了代谢综合征的许多特征。在 Tlr5 缺陷小鼠中，食物限制可以预防肥胖，但不能预防胰岛素抵抗。Vijay-Kumar 等人（2010）得出结论，他们的结果支持了肠道微生物群导致代谢疾病的新观点，并表明先天免疫系统的功能障碍可能促进代谢综合征的发展。

Fulde 等人（2018）报道了宿主介导的细菌定植调节回路的鉴定，该回路仅在新生儿早期起作用，但影响终生微生物群组成。Fulde et al.（2018）证明了新生小鼠肠道上皮中鞭毛蛋白受体 Tlr5 的年龄依赖性表达。Fulde et al.（2018）利用竞争性定植实验证明，上皮Tlr5介导的Reg3-γ（REG3G；609933）的生产对于定植有鞭毛细菌的反选择至关重要。在新生儿和成年野生型以及 Tlr5 缺陷型无菌小鼠中进行的比较微生物群转移实验表明，新生儿 Tlr5 表达强烈影响整个生命周期的微生物群组成。Fulde et al.（2018）得出的结论是，成年宿主体内的有益微生物群是在婴儿早期形成的。

▼ 等位基因变异体（2个精选例子）：

.0001 军团病，易感性

系统性红斑狼疮，抵抗，1，包括

类鼻疽，抵抗力，包括

TLR5、ARG392TER（rs5744168）

军团病易感性

Hawn et al.（2003）在40名健康个体的TLR5编码区中鉴定出4个SNP。其中一个SNP，即1174位核苷酸处的C-T转换，将arg392更改为终止密码子（R392X），截短了胞外结构域并消除了跨膜结构域和胞质尾部。表达终止密码子变体（但不表达其他 3 个变体）的细胞无法对鞭毛蛋白或带鞭毛的嗜肺军团菌做出反应。Hawn et al.（2003）检查了 1999 年荷兰 Bovenkarspel 花展退伍军人病（LD; 608556）流行，发现其中2个变体，即终止密码子变体和核苷酸1775处的A到G转换，将asn592变为ser（N592S; 603031.0002），与 LD 易感性相关，与吸烟无关，吸烟是 LD 的已知危险因素。所有具有终止密码子变异的病例都是杂合子。18 名死亡病例的 DNA 无法用于分析。用鞭毛蛋白而非 TLR4（603030）配体脂多糖刺激肺细胞系，可有效诱导 IL8（146930）和 IL6（147620）的剂量依赖性产生。与具有野生型 TLR5 的个体相比，终止密码子变体杂合的个体产生的 IL6 显着减少，这表明该变体的显着效应与促炎细胞因子产生受损有关。Hawn et al.（2003）指出1174TC和1174TT的基因型频率约为10%。

对系统性红斑狼疮的抵抗力

系统性红斑狼疮（SLE；152700）是一种具有复杂遗传基础的自身免疫性疾病，其中包括染色体1q41-q42上的易感基因（SLEB1; 601744）。Hawn 等人（2005）在一个包含 199 名 SLE 患者及其 75 名未患病同胞和 326 名父母的 SLE 队列中进行遗传不平衡测试，发现 TLR5 的等位基因 1174C，而不是编码过早终止密码子的等位基因 1174T，优先遗传。到受 SLE 影响的后代。其他 3 个 TLR5 SNP 的等位基因没有优先遗传。先证者中 1174T 等位基因频率为 3.2%，而未受影响个体中的等位基因频率为 5.8%，与保护性关联一致。具有 TLR5 终止密码子的个体产生的促炎细胞因子水平显着低于具有野生型基因型的个体。Hawn等人（2005）得出结论，TLR5终止密码子多态性与SLE发展的抵抗力相关，特别是在那些抗dsDNA自身抗体血清阴性的患者中。他们提出，有鞭毛的细菌和先天免疫反应可能在系统性红斑狼疮的发展中发挥作用。

对类鼻疽的抵抗力

West et al.（2013）发现类鼻疽（615557）的病原体鼻疽伯克霍尔德氏菌（Burkholderia pseudomallei）在转染 TLR5 和 1174C 的人胚胎肾细胞中诱导 NFKB（参见 164011）信号传导，但转染 TLR5 和 1174T 的人胚胎肾细胞则不诱导 NFKB 信号转导。通过研究 600 名泰国类鼻疽患者，他们发现，在显性模型中，TLR5 1174T 与预防院内死亡相关（调整优势比（OR） = 0.20；95%置信区间（CI）=0.08-0.50；p = 0.001）和器官衰竭（调整后 OR = 0.37；95% CI = 0.19-0.71；p = 0.003）。用鞭毛蛋白或热灭活的类鼻疽杆菌刺激全血细胞并标准化单核细胞计数表明，与 1174C 相比，具有 TLR5 1174T 的健康个体中促炎细胞因子（尤其是 IL10（124092））和趋化因子的水平较低。West等人（2013）得出结论，编码截短的R392X蛋白的功能低下的TLR5变体1174C-T与类鼻疽病中器官衰竭的减少和生存率的提高有关，这可能是由于IL10介导的免疫调节作用的缺失所致。

.0002 军团病，易感性

TLR5、ASN592SER

Hawn et al.（2003）检查了 1999 年荷兰 Bovenkarspel 花展退伍军人病（LD; 608556）流行，发现其中2个变异，一个终止密码子变异（R392X；603031.0001）和核苷酸 1775 处的 A 到 G 转换（将 asn592 更改为 ser（N592S））与 LD 易感性相关，与吸烟无关，吸烟是 LD 的已知危险因素。所有具有终止密码子变异的病例都是杂合子。18 名死亡病例的 DNA 无法用于分析。