内毒素分子从革兰阴性菌的外膜上脱落后,可以与血液中多种成分结合,其中主要有LBP(lipopolysaccharide-binding protein,脂多糖结合蛋白)、杀菌渗透增强蛋白(bactericidal/permeation increasing protein,BPI)、可溶性CD14(soluble CD14,sCD14),以及高密度脂蛋白(HDL)和极低密度脂蛋白(very density lipoprotein,VLDL)等血浆脂蛋白。
LPS(lipopolysaccharide,脂多糖)为两性物质,自身易于形成LPS聚集体或微团(micelle),LBP为急性期蛋白,在内毒素血症时表达显著升高。血液LBP会迅速与LPS结合,能促使LPS聚集体或微团解离为LPS单体,并形成LBP-LPS复合物,该复合物可以将LPS转递给血液中的sCD14,或者转递给单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞膜上的膜结合型CD14(membrane-bound CD14,mCD14)以及脏器实质细胞如肝细胞上的mCD14受体;也可以直接以LPS-LBP-sCD14复合物的形式转递给mCD14阴性细胞,如内皮细胞、上皮细胞等。
另外,sCD14本身也可将LPS传递给mCD14阳性细胞。低浓度内毒素血症时,在有LBP和CD14存在的情况下,内毒素可引发出显著生物学效应,也就是说对LBP和CD14具有依赖性;而在高浓度内毒素血症时,即使无LBP和CD14存在,也可引出显著的生物学效应,此时LBP通过其他受体,如CD11/CD18类整联蛋白(in-tegrin)、清道夫受体(scavenger receptor)、膜外突蛋白(moesin)、L-选择素(L-seletin)、CD55(即 decay accelerating factor,DAF,衰变加速因子)等,甚至直接同细胞膜上跨膜分子TLR4胞外结构域相结合,诱发信号转导效应。
在内毒素发挥生物学效应的过程中,LBP的主要作用是催化LPS聚集体解离为单体并促使LPS同CD14等结合,当LPS同TLR4等受体结合后,LBP随即又从细胞表面复合物上解离出来,参与其转运功能的再循环,甚至可促使革兰阴性菌细胞膜上的LPS发生脱落。
CD14分子以两种形式存在,即mCD14和sCD14。不同表达形式的CD14分子分布在不同细胞上,mCD14主要分布在单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等;sCD14则分布在上皮细胞、内皮细胞上。具有一定立体化学构象(如锥体型或凹槽形,这里指在X线的横切面中LPS的疏水区大于亲水区)的LPS能够更好地与TLR4的胞外结构域发生密切的物理接触,只有形成稳定的受体配体复合物后才能诱导TLR4发生受体同源性或异源性受体二聚化或受体多聚化,发生受体聚合效应,最后导致其胞质结构域的空间构象改变,这样方可募集其信号下游分子锚定到TLR4受体的胞质结构域上。也就是说TLR的胞质结构为其他分子提供锚定的部位。
另外,LPS要充分发挥生物学效应也需要MD-2的参与,MD-2的结构类似与CD14和TLR,具有亮氨酸富集域(leucine-rich region,LRR)结构,其N端仅具有一个疏水性伸展区(stretch),无法锚定到细胞膜上,属于分泌到细胞外的蛋白质,凭借其LRR与TLR的同源结构LRR发生蛋白质相互作用而共同表达在细胞膜上。当细胞表面无TLR表达时,MD-2则分泌到组织液中,而在细胞膜无法检测到MD-2分子的存在。由于该蛋白质的氨基酸序列与MD-1氨基酸序列具有显著的同源性,故命名为MD-2。对MD-2的进行性突变,如通过基因敲除或反义核苷酸技术来阻止其表达,则细胞对内毒素的反应性会显著下降,并导致内毒素耐受的发生,可见MD-2也参与LPS的生物学效应。MD-2和TLR均具有LRR的结构,能够通过LRR结构同具有类似结构的分子发生蛋白质-蛋白质相互作用,结果加速LPS与TLR4结合,稳定TLR受体聚合后的空间构象,降低LPS与TLR4结合时所需要的能量,为LPS提供更多的结合位点等。
最近证实,在NF-kB活化之前,CD14已同TLR4发生紧密靠近,说明CD14可以作为LPS的中继站加速LPS同TLR4的接触,也可能为它们的结合提供能量。由于CD14在每个巨噬细胞上的表达近106,而TLR4估计为103,所以有CD14的参与更有利于LPS同TLR4发生效应,也就是说CD14具有浓集LPS的作用。