TLR4是1997年由Medzhitov等^[9]在人类中发现的第一个TLRs相关蛋白，它是重要的固有免疫分子，能够识别PAMAs和损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）。PAMAs是微生物进化过程中的一些保守结构，如脂多糖、细菌DNA等。而被损伤的正常细胞和肿瘤细胞则可释放DAMPs，并能激活TLR4引起固有免疫反应。

TLR4属于Ⅰ型跨膜蛋白，由胞外区、跨膜区和胞内区3个部分组成。胞外区为一段富含亮氨酸的重复序列，可以与CD14结合，介导病原相关分子的识别。胞内区则是一段高度保守的序列，因其与白细胞介素1（interleukin-1，IL-1）受体结构相似，故称为Toll/IL-1 receptor（TIR）区。TIR区是TLR4与其下游相关的信号转导分子，如髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）、IL-1相关蛋白激酶、肿瘤坏死因子受体相关因子6和蛋白激酶等相互作用的关键部位^[10]。

TLR4几乎分布于所有的细胞系，不但表达于免疫系统细胞，如单核巨噬细胞、粒细胞、树突状细胞、淋巴细胞、内皮细胞和上皮细胞，以骨髓单核细胞的表达尤其多^[11]；近年来TLR4在肿瘤细胞中的表达也引起了广泛的关注。Sato等^[5]研究了人不同肿瘤组织中TLRs的表达情况，发现TLR4和其他类型的TLRs几乎表达于各种肿瘤组织中，如胃癌、结直肠癌、卵巢癌、宫颈癌、肺癌、前列腺癌、肝癌、喉癌、乳腺癌、黑色素瘤、胆囊癌、胰腺癌、人头颈部鳞状细胞癌等。

目前发现的TLR4的固有配体有脂多糖、热休克蛋白（如热休克蛋白60）、紫杉醇、透明质酸、呼吸道合胞体病毒蛋白F等^[5]。TLR4还能识别多种PAMPs，如肽聚糖、甘露糖、脂磷壁酸、RNA病毒的双链RNA等，产生相应的特异性免疫效应。其中，脂多糖是TLR4最重要的特异性配体^[12]，TLR4识别脂多糖后，通过与胞浆内不同的受体接头蛋白结合进行信号转导。

TLR4介导的信号转导途径，包括MyD88依赖性和非依赖性两条途径^[2]。在MyD88依赖性途径中，主要激活核因子κB和激活蛋白1，募集肿瘤坏死因子受体相关因子6，激活相关炎症因子转录，产生大量IL-1、IL-8等因子，诱导免疫反应，杀伤入侵病原体。在MyD88非依赖性途径中，TLR4通过β干扰素TIR结构域衔接蛋白相关接头蛋白分子将信息传递给β干扰素TIR结构域衔接蛋白，从而进行信号转导，这个途径主要负责脂多糖诱导干扰素诱导蛋白10、糖皮质激素衰减反应基因16、干扰素调节基因1的表达和树突状细胞的成熟，最后诱导免疫应答的发生^[13]。

越来越多的实验证明TLR4普遍表达于肿瘤细胞，其肿瘤生物学意义也开始引起人们的注意^[14]。肿瘤细胞上表达的TLR4能促进肿瘤的生长、转移和侵袭，但是Andreani等^[15]却发现，正常小鼠皮下接种经TLR4配体体外活化的肿瘤细胞，该肿瘤细胞在体内的生长反而受到抑制。Wolska等^[16]的研究也发现了这一现象，这与以前其他学者的研究结果完全不同。他们猜测，正常组织的微环境可能具有抑制TLR4功能活化的作用，而肿瘤微环境中的某些物质则可激活TLR4信号通路，即肿瘤微环境中存在TLR4的内源性配体。另外，类似于前列腺炎这样的无菌性炎症，它们也与肿瘤的发生、发展密切相关^[17]，这也从另一方面说明了肿瘤微环境中存在着某种物质能促进癌症的发生和发展。

Huang等^[18]用TLR4的天然配体脂多糖刺激肿瘤细胞，发现脂多糖能够促进肿瘤细胞产生和分泌促炎性细胞因子，如一氧化氮、IL-6和IL-12等。反之，若先用能抑制TLR4表达的药物如S-腺苷甲硫氨酸或TLR4抑制肽处理肿瘤细胞，脂多糖诱导产生的促炎性细胞因子则受到抑制，从而抑制肿瘤细胞的增殖。Yang等^[19]利用小干扰RNA沉默技术降低人类乳腺癌细胞系MDA-MB-231细胞中TLR4的表达，发现乳腺癌细胞的增殖率和存活率均显著下降，并且炎症细胞因子的分泌受到抑制。Chochi等^[20]发现幽门螺杆菌可通过脂多糖/TLR4途径促进胃癌的发生和发展，而且其脂多糖可以降低人类单核细胞的抗肿瘤活性。这些证据都从侧面证明了肿瘤细胞的生长、增殖和免疫耐受与肿瘤微环境有着密不可分的联系，而且TLR4在其中起着至关重要的作用。

目前，已知的TLR4内源性配体有热休克蛋白、可溶性透明质酸、纤维蛋白原、纤连蛋白及高迁移率族蛋白1（high mobility group box-1，HMGB-1）、硫酸肝素等^[5]。而纤维蛋白原、硫酸肝素、可溶性透明质酸这些内源性配体正好是肿瘤微环境中细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的主要组成部分，细胞死亡时向外周的肿瘤微环境释放的HMGB-1也是TLR4的内源性配体^[21]。HMGB-1是一个公认的与癌症相关的TLR4配体^[22]，许多研究结果也表明HMGB-1可以通过TLR4信号通路参与肿瘤的进展和转移^[23]。

在肿瘤的发生、发展过程中，TLR4配体与表达在肿瘤细胞上的TLR4结合后可活化肿瘤细胞，释放细胞因子和趋化因子，这些因子是肿瘤微环境的重要组成部分，它们对促进肿瘤进展与增殖、抑制免疫介导的免疫监视具有非常重要的作用。TLR4在肿瘤血管生成中也起着重要的作用，肿瘤微环境中的内皮细胞是肿瘤血管生成的基础，ECM通过释放各种生长因子和相关蛋白酶促进肿瘤血管的形成。血管内皮生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是与肿瘤血管生成相关的重要因子，也是与TLR4密切相关的异常分子模式^[24]。VEGF与内皮细胞上的VEGF受体结合后，激活促分裂素原活化蛋白激酶信号通路，诱导内皮细胞的增殖和迁移，从而促进肿瘤血管新生，诱导肿瘤向其他脏器转移。Johnson等^[25]研究证实，TLR4信号通路与肿瘤ECM的完整性密切相关，ECM完整时，TLR4信号通路被抑制；而一旦ECM被破坏，HMGB-1释放到肿瘤微环境中，其抑制效应便被解除。肿瘤细胞可以向外周微环境中释放蛋白酶，破坏ECM，促进肿瘤的侵袭和转移，而且被破坏的ECM向外周微环境中释放的TLR4的内源性配体可激活TLR4信号通路，从而促进肿瘤的免疫逃逸。

肿瘤细胞表达的TLR4能上调核因子κB级联反应并产生抗凋亡蛋白，从而促进肿瘤细胞的自我增殖，并能调节肿瘤细胞释放细胞因子和趋化因子，募集免疫细胞以增强肿瘤微环境中的免疫应答。这些浸润性免疫细胞被细胞因子活化后可以进一步释放更多的细胞因子，从而破坏抗原提呈细胞和效应T细胞的抗肿瘤作用，导致肿瘤的免疫耐受，最终介导原发肿瘤发生远处转移，产生免疫逃逸。

Kelly等^[6]的研究证实，TLR4激活后可以促进肿瘤生长，抑制TLR4则能减缓肿瘤生长；TLR4激活后促进肿瘤细胞分泌大量的炎症因子，有助于肿瘤细胞逃避细胞毒性T淋巴细胞和自然杀伤细胞的攻击，促进免疫逃逸。Wang等^[26]发现，激活的TLR4能促进肿瘤细胞的增殖，并且上调细胞因子如IL-6、IL-10和VEGF的分泌，从而抑制T细胞的增殖及其活性，诱导肿瘤的免疫逃逸。Apetoh等^[27]研究证实，死亡肿瘤细胞释放的HMGB-1和树突状细胞表达的TLR4的相互作用是肿瘤细胞免疫抗原交叉递呈所必需的，也可以促进细胞毒性T淋巴细胞特有的反应，进而促进免疫逃逸。

TLR4是介导肿瘤细胞免疫逃逸、凋亡抵抗的一个重要作用靶点。Hua等^[28]利用小干扰RNA沉默技术降低前列腺癌PC3细胞中TLR4的表达，结果显示前列腺癌细胞的侵袭性、致瘤性及凋亡抵抗均受到抑制。Tang和Zhu^[29]发现TLR4激活后能通过p38促分裂素原活化蛋白激酶依赖的方式促进人结肠癌细胞分泌大量的免疫抑制因子，如转化生长因子β、VEGF和IL-8；TLR4的配体亦能诱导肿瘤细胞抵抗肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和TNF相关的凋亡诱导配体诱导的凋亡，且核因子κB参与了这一过程。除了对TNF-α和TNF相关的凋亡诱导配体诱导的凋亡抵抗外，研究还发现TLR4能促进肿瘤细胞抵抗化疗药物诱导的凋亡^[30]。Szajnik等^[31]发现TLR4诱导IL-1相关蛋白激酶激活后，使核因子κB途径激活，促进卵巢癌细胞分泌IL-8、IL-6、VEGF和单核细胞趋化蛋白1，并参与肿瘤细胞抵抗紫杉醇诱导的细胞凋亡。

众所周知，电离辐射对肿瘤细胞具有杀伤作用，因此，现阶段临床多采用放疗的方法进行恶性肿瘤的治疗。然而，最近研究表明，表达于肿瘤细胞表面的TLR4可以通过不同的反应通路影响肿瘤放射敏感性，从而降低放射治疗的效果^[32]。笔者采用细胞克隆形成实验法检测TLR4对小鼠肿瘤细胞系Lewis（小鼠肺癌细胞）和MFC（小鼠胃癌细胞）的放射敏感性的影响，结果发现，应用TLR4信号通路抑制剂TAK-242（瑞沙托维）阻断TLR4后能明显抑制受照肿瘤细胞的增殖，促进肿瘤细胞的凋亡，细胞克隆形成能力（即存活分数）明显降低；而用脂多糖刺激后能明显促进肿瘤细胞的增殖，并使其凋亡率受到明显抑制，受照肿瘤细胞的存活分数明显升高^[33]。而且由于Lewis和MFC受照后表达TLR4能力的不同，它们在抑制或激活TLR4后再接受电离辐射，存活分数的变化幅度也有很大的差异。这说明TLR4的表达与肿瘤细胞的放射敏感性有关。

TLR4之所以会影响肿瘤放疗疗效，是因为TLR4还具有一定的辐射防护作用。研究表明，TLR4可依赖MyD88/TIRAP通路（其中，TIRAP为TIR结构域衔接蛋白）激活核因子κB，一方面抑制细胞凋亡，促进细胞增殖和分化，从而增强细胞及组织的辐射适应性^[34]；另一方面可启动下游多种靶基因的转录和表达，合成多种具有抗辐射作用的蛋白，如细胞生长因子（IL-3、TNF-α等）和细胞黏附分子（基质金属蛋白酶9、血管细胞黏附分子1等），清除自由基，降低辐射对细胞及组织的损伤。

在肿瘤的放射治疗中，免疫细胞表面的TLR4信号诱导的炎性反应能影响宿主的免疫应答，产生抗肿瘤免疫，帮助机体识别并杀死肿瘤细胞^[35]。然而，肿瘤细胞在受到照射后可释放内源性配体，激活TLR4信号通路，刺激核因子κB产生，从而促进各种细胞因子的释放，如IL-6、VEGF等，促进肿瘤细胞的增殖和转移，抑制凋亡，进而降低肿瘤的治疗效果。因此，我们可以以TLR4为作用靶点选择合适的药物，抑制其反应通路，降低肿瘤细胞的放射抵抗，也可以通过其他途径增强肿瘤细胞的放射敏感性，提高肿瘤放疗疗效。

TLR4表达于多种肿瘤细胞、肿瘤基质细胞和浸润性免疫细胞，炎症和放疗过程中激活的TLR4在周围微环境中起着重要的作用，它不但能促进肿瘤的发生、发展、免疫逃逸、凋亡抵抗、转移和侵袭，而且能够影响肿瘤细胞的放射敏感性，降低放疗疗效。显然，肿瘤的发生、发展和转移与TLR4及肿瘤微环境的相互作用密切相关，电离辐射在其中的影响亦不容忽视，但其具体机制尚未阐明。更好地解释TLR4在肿瘤微环境中的作用，及其如何影响肿瘤细胞的放射敏感性，无疑会为肿瘤的放射治疗提供一个新的作用靶点。