(一)Tlr4基因突變
C3H/HeJ和C57BL/ScCr為天然的內毒素耐受小鼠品系,廣泛用于內毒素的研究,通過基因篩選的方法已確定內毒素反應基因(Lps)位于小鼠4號染色體,上游為Mup-1(major urinary protein-1 locus),下游為Lyb2:4:6(后者控制B細胞活化)。Qureshi等對C3H/HeJ和C57BL/ScCr近交純合子小鼠品系進行大量回交,從小鼠后代中已分離出這種突變基因的表型,經遺傳和物理作圖分析,將Lps基因縮到0.9厘摩爾根內,有1.7×106個堿基。在C3H/HeJ小鼠品系中編碼TLR4的基因存在著點突變,即在第三個外顯子2342位核苷酸的C被A所取代,使受體胞質區原來高度保守的712位脯氨酸被組氨酸所取代,導致胞質區結構域的拓撲結構發生改變,LPS 刺激時不能與下游分子發生蛋白質-蛋白質相互作用,因而其生物學活性喪失。在C57BL/ScCr小鼠中,TIr4基因片段發生缺失,不能表達TLR4受體。對不同T1r4 基因突變株的研究表明,其突變涉及Lps基因。以上實驗闡明了天然內毒素耐受的遺傳基礎,而Tlr4基因敲除的小鼠中也出現了類似表型。
(二)MyD88基因突變
MyD88基因敲除或缺失、顯性失活突變也使細胞因子分泌減少,產生內毒素耐受現象,但較Tlr4突變的效應弱,同時也影響IL-1、IL-18的生物學效應。
(三)CD14 基因突變
CD14基因敲除或顯性失活突變也可引發內毒素耐受。在低內毒素血癥時,LPS的生物學效應對CD14具有依賴性,此時CD14突變能顯著降低LPS的信號轉導。而在高濃度內毒素血癥時,由于替代受體的參與,CD14分子即使發生失活或缺失,對LPS耐受效應的影響也并不顯著?;缄嚢l性睡眠性血紅蛋白尿的患者,由于GPI分子合成缺陷,使含GPI鏈的CD14,CD55等分子缺乏,故該患者易反復感染,但卻能抵御內毒素的致死性效應,因CD14、CD55缺乏時減弱了內毒素的信號轉導。
(四)Traf6基因突變
Traf6基因敲除或顯性失活突變也能引發內毒素耐受。TRAF6在LPS信號轉導中起著銜接蛋白的作用,連接IRAK與TAK1和ECSIT。TRAF家族有多個成員,在TRAF6缺乏時,其他成員可能會起到代償性的作用。若小鼠Traf6基因被敲除或發生顯性失活突變,則其巨噬細胞也對內毒素刺激亦產生耐受。
(五)MD-2基因突變
MD-2為分泌到細胞外的蛋白質,借助跨膜型TLR受體錨定在細胞膜外,也具有LRR結構。將該蛋白基因敲除,可導致LPS信號轉導顯著減弱。MD-2在LPS、紫杉醇等分子的信號轉導中,能穩定LPS、紫杉醇與TLR4胞外結構域的物理接觸,一旦MD-2發生缺失,TLR4 與LPS的能力結合減弱,TLR4構象的穩定性降低。
(六)Ran基因突變
Ran蛋白是一種GTP酶,有多種生物學功能,如核轉運(nuclear transport)、轉錄的活化、細胞分化、細胞周期以及微管星體和紡錘體形成、維持mRNA的穩定等。Ran在內毒素信號轉導中也發揮重要作用。C3H/HeJ小鼠細胞Ran(或Lps/Ran)基因存在點突變使其功能缺陷,參與C3H/HeJ小鼠內毒素耐受。
其依據有:①來自C3H/HeJ小鼠的Lpsd/Ran cDNA 的3'非翻譯區在870位點上胸腺密啶突變為胞密啶,但編碼的蛋白質依然相同。②進行Lpsd/Ran基因作圖分析發現,Lpsd/Ran基因位于C3H/HeJ品系小鼠第4號染色體上,在Lps基因位點范圍內。③導入Lpsd/Ran cDNA可以恢復Lpsd/RanB細胞對內毒素的反應,而導入Lpsd/Ran的cDNA無類似現象。④使用腺病毒載體將Lpsd/RancDNA轉移到敏感小鼠體細胞內,能使敏感小鼠對內毒素反應發生耐受,表型類似于C3H/HeJ小鼠,而轉入Lpsd/Ran的cDNA則無內毒素耐受現象。因此,Lps/Ran在某個環節也參與內毒素信號轉導反應和耐受的發生。Lpsd/Ran和Lpsn/Ran兩者mRNA的穩定性無顯著差異,但在蛋白質表達水平上有所不同,起初兩者總量類似,但在穩定狀態時,原代巨噬細胞和B細胞的Lpsd/Ran是Lpsn/Ran的5~10倍,同時Lpsn/Ran遷移率比Lpsd/Ran要慢得多。細胞在穩定狀態時,Lpsn/Ran的總量下降。兩者的mRNA結構不同,在胞內分布存在差異,更多的Lpsd/Ran積聚在細胞核內,影響核物質如NF-κB、細胞因子mRNA等的轉運功能,改變LPS信號轉導的效力,故下調LPS信號轉導效應。