有人認為TLR2可以介導LPS的信號轉導作用，后來其他學者將商品化的內毒素再經過提純，使其變成無蛋白質的 LPS，或用人工合成的LPS分別刺激只表達TLR2或TLR4的細胞，發現只有表達TLR4的細胞可以介導LPS的信號效應，而表達TLR2的細胞對LPS刺激不發生細胞因子表達效應。可能的原因是，商品化的LPS中含有“內毒素蛋白（endotoxin protein）”，該物質可以通過TLR2發生信號轉導效應。由此可見，在機體細胞內，革蘭陰性菌在崩解時或繁殖時釋放出內毒素分子，由于存在LPS和“內毒素蛋白”，可以通過TLR4和TLR2共同發揮效應，促使基因表達，這是一種綜合性效應。

LPS 內化后，作用于TLR4，使相對應的TLR4發生同源性TLR4二聚化，通過激活一些酶，促使細胞因子表達，TLR家族其他成員也可以發揮協同作用。TLR的特異性與不同的TLR的協作可能有關。如TLR2能夠識別支原體、革蘭陽性菌、分枝桿菌中的成分，TLR2在識別革蘭陽性菌的肽聚糖時，需要TLR6的參與：TLR2和TLR6均募集到巨噬細胞的吞噬體（phagosome）內，在物理上與肽聚糖發生聯系，進行識別活動；相反在TLR2識別革蘭陽性菌的另一成分脂肽（lipopeptide）時，TLR6并不參與。可見TLR受體在識別配體的特異性時，不同TLR之間是互相協作的。TLR4則以同源性受體二聚化進行特異性識別內毒素。

細菌的DNA也可以刺激宿主免疫細胞，其機制是通過未甲基化的DNA進行，但哺乳動物細胞DNA的CpG未甲基化的頻率很低，絕大多數都已甲基化，因此沒有免疫刺激作用。CpG的 DNA能夠誘導T_Hl樣炎癥反應，所以許多學者運用CpG的 DNA作為免疫佐劑治療癌癥及過敏性和感染性疾病。當細胞中Tlr9（Tlr9^-/-）基因敲除后，即不對CpG發生作用，包括脾細胞增生、巨噬細胞的炎性細胞因子的生成及樹突狀細胞的成熟等。TIr9^-/-大小鼠能夠抵抗CpG的致死性效應，其血清中前炎癥因子無變化，體內CpG介導的T_Hl樣反應消失，可見，TLR9能識別細菌DNA中的CpG。脊椎動物免疫系統經過進化后靠產生特異性的TLR9以區別細菌CpG和自我DNA。TLR5可識別細菌鞭毛蛋白，以及參與天然免疫應答反應。