2011年10月3日上午，瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔生理学或医学奖评审委员会宣布，本年度获奖的是美国科学家布鲁斯·博伊特勒、生于卢森堡的法国籍科学家朱尔斯·霍夫曼，以及加拿大科学家拉尔夫·斯坦曼。

三位获奖者的成果

霍夫曼发现了一种称为Toll的基因参与了果蝇胚胎发育，同时也在构建果蝇的防御病毒和真菌的先天性免疫中扮演了关键角色。如果没有Toll基因，果蝇就会死于病菌的感染。1996年，他与其同事把这一研究结果发表于《细胞》杂志。

两年后，博伊特勒在《科学》杂志上发表了一项类似的研究结果。他的研究团队发现了另一种类似Toll基因的突变基因，称为Toll样受体(TLR)，它编码的蛋白称为Toll样受体蛋白，这种蛋白在小鼠天然的免疫系统中同样起着重要作用。博伊特勒也发现，这种Toll样受体能识别大多数革兰氏阴性细菌产生的脂多糖，免疫系统能对后者产生可致命的过度危险反应。这些发现揭示，在遭遇病原微生物时，哺乳动物和果蝇在使用相似的分子来激活体内的先天免疫系统。这也意味着，Toll样受体是先天免疫系统的感应器，是它们启动了先天免疫反应。这也是免疫系统的第一道防线。

这些发现迅速扩大了对Toll样受体的研究，以及后来的适应性免疫研究(又称获得性免疫)。后者是免疫系统的第二道防线，这道防线会集中火力消灭已被感染的细胞和病原菌，消除它们对人体健康的威胁。斯坦曼正是在从事获得性免疫研究中获得了重要成果。

发现一个大家族

Toll基因编码的蛋白称为Toll受体，后来研究人员在不同的动物和人身上也发现了类似的Toll受体，称为Toll样受体(TLR)。霍夫曼发现Toll样受体在果蝇对抗真菌感染的免疫过程中起了重要作用，因为它能调控抗真菌多肽果蝇霉素的合成，而果蝇霉素能让果蝇对抗真菌感染。这种抗感染的功能首先要归功于Toll样受体识别病原微生物，即外来入侵者的能力。

越来越多的研究发现，Toll样受体是一个大家族，迄今在哺乳动物及人类中已经发现的Toll样受体家族成员有13个，可分布在20多种细胞上。它们能感知入侵的外来微生物以及机体内变异的细胞，如癌细胞，从而启动免疫反应。

博伊特勒发现，TLR4能够探测到细菌脂多糖的存在，从而促发免疫系统抗御细菌，称为免疫应答。博伊特勒等人同时发现，如果使小鼠中的TLR4突变而丧失功能，小鼠就不会识别和对脂多糖起反应。除了细菌本身和细菌的脂多糖，细菌身上的其他物质，如鞭毛蛋白、非甲基化DNA、透明质酸酶、硫酸肝素、纤维蛋白原、酵母多糖、脂蛋白、脂肽、脂磷壁酸、肽聚糖和酵母多糖等(统称为抗原，也称为Toll样受体的配体)，都能够激发宿主(人)免疫应答，但是如果这样的应答持续过久或者强度过大，也会对人造成伤害。

由于Toll样受体扮演着免疫应答感应器的角色，它首先起到的是免疫监视和识别的作用，每种TLR可识别不同的一类抗原，也就构成了监视与识别各种不同的病原相关分子模式；其次Toll样受体可抗御和限制病原菌对宿主的伤害；最后Toll样受体也参与获得性(适应性)免疫反应，尽管这种反应主要是由树突细胞所引发的。

这种抗御病菌的第一道免疫防线可以概括为：单核巨噬细胞、树突细胞等抗原递呈细胞通过膜表面表达的TLR感受入侵病原的相关分子模式刺激后，由细胞内信号传导通路进入细胞核内活化NF-кB，启动核内相关基因，转导出相应的信使核糖核酸(mRNA)，从而合成白介素1、6、8、12，α肿瘤坏死因子(TNF-α)和γ干扰素(IFN-γ)等细胞因子并释放到细胞外，引起粒细胞、巨噬细胞趋化聚集，毛细血管通透性增高，淋巴细胞浸润等，发挥攻击和消灭入侵病菌的免疫应答效应。

当然，Toll样受体启动的免疫效应还包括抗病毒感染。比如，通过诱导产生白介素6等，促进机体清除呼吸道合胞病毒。这也限制了一些病毒对人的伤害。

Toll样受体启动的免疫效应同样可以参与获得性(适应性)免疫反应。多数Toll样受体可以诱导抗御病原微生物的防御系统，产生白介素、肿瘤坏死因子和干扰素等，介导细胞免疫应答。