Lps基因的等位基因突变可引起内毒素耐受，但对免疫反应和免疫发育无影响。Lps基因突变株对其他病原体及产物反应正常。Beutler认为，只有一个独一无二的途径转导LPS跨膜信号发放，Tlr4 基因可能是哺乳动物中LPS惟一的感受器，因为假如存在替代途径，纯合子的Lps 基因突变株不应该完全阻止内毒素信号转导效应；但此时对牙龈卟啉单胞菌的LPS反应正常，故无法解释；C3H/HeJ小鼠巨噬细胞慢性感染卡介苗（BCG）后，对LPS的低反应性可以恢复，这可能是TLR2取代TLR4的结果。但这种推断仍有争议，有关细节有待进一步阐明。但关于TLR受体作为细胞膜的膜表面受体参与宿主的天然免疫应答，已经达成共识。

有人认为TLR2可以介导LPS的信号转导作用，后来其他学者将商品化的内毒素再经过提纯，使其变成无蛋白质的 LPS，或用人工合成的LPS分别刺激只表达TLR2或TLR4的细胞，发现只有表达TLR4的细胞可以介导LPS的信号效应，而表达TLR2的细胞对LPS刺激不发生细胞因子表达效应。可能的原因是，商品化的LPS中含有“内毒素蛋白（endotoxin protein）”，该物质可以通过TLR2发生信号转导效应。由此可见，在机体细胞内，革兰阴性菌在崩解时或繁殖时释放出内毒素分子，由于存在LPS和“内毒素蛋白”，可以通过TLR4和TLR2共同发挥效应，促使基因表达，这是一种综合性效应。

LPS 内化后，作用于TLR4，使相对应的TLR4发生同源性TLR4二聚化，通过激活一些酶，促使细胞因子表达，TLR家族其他成员也可以发挥协同作用。TLR的特异性与不同的TLR的协作可能有关。如TLR2能够识别支原体、革兰阳性菌、分枝杆菌中的成分，TLR2在识别革兰阳性菌的肽聚糖时，需要TLR6的参与：TLR2和TLR6均募集到巨噬细胞的吞噬体（phagosome）内，在物理上与肽聚糖发生联系，进行识别活动；相反在TLR2识别革兰阳性菌的另一成分脂肽（lipopeptide）时，TLR6并不参与。可见TLR受体在识别配体的特异性时，不同TLR之间是互相协作的。TLR4则以同源性受体二聚化进行特异性识别内毒素。

细菌的DNA也可以刺激宿主免疫细胞，其机制是通过未甲基化的DNA进行，但哺乳动物细胞DNA的CpG未甲基化的频率很低，绝大多数都已甲基化，因此没有免疫刺激作用。CpG的 DNA能够诱导T_Hl样炎症反应，所以许多学者运用CpG的 DNA作为免疫佐剂治疗癌症及过敏性和感染性疾病。当细胞中Tlr9（Tlr9^-/-）基因敲除后，即不对CpG发生作用，包括脾细胞增生、巨噬细胞的炎性细胞因子的生成及树突状细胞的成熟等。TIr9^-/-大小鼠能够抵抗CpG的致死性效应，其血清中前炎症因子无变化，体内CpG介导的T_Hl样反应消失，可见，TLR9能识别细菌DNA中的CpG。脊椎动物免疫系统经过进化后靠产生特异性的TLR9以区别细菌CpG和自我DNA。TLR5可识别细菌鞭毛蛋白，以及参与天然免疫应答反应。