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マクロファージなどの免疫細胞に発現する自然免疫センサーである。TLR4はグラム陰性菌のリポ多糖を認識し感染防御に重要な役割を果たす。一方、両者共に内因性のリガンドを認識することが知られており、TLR4は飽和脂肪酸などを認識し炎症反応を誘導する。