目的：研究血清Toll样受体4(TLR4)对脓毒症诊断和预后评估的临床价值及其与促炎性细胞因子的关系。方法：选取2019年9月至2021年9月本院收治的149例脓毒症患者（脓毒症组）和110例入住重症监护病房（ICU）的非脓毒症患者（ICU对照组），同期选取在本院体检中心行体格检查的110例健康志愿者作为健康对照组。根据随访结果将脓毒症患者分为生存组和死亡组。采用酶联免疫吸附试验法检测各组入院时血清TLR4水平，受试者工作特征（ROC）曲线评估TLR4对脓毒症的诊断效能，Spearman相关系数分析血清TLR4与炎症细胞因子[白细胞介素（IL）-1β、IL-6和巨噬细胞炎性蛋白3α(MIP-3α)]的关系，多因素COX回归分析方法分析脓毒症患者死亡的危险因素，Kaplan-Meier曲线分析不同血清TLR4水平脓毒症患者的生存率。结果：脓毒症组血清TLR4水平高于ICU对照组和健康对照组（P<0.001），死亡组脓毒症患者血清TLR4水平高于生存组（P<0.001）。TLR4是脓毒症短期死亡的独立危险因素（P<0.001）。血清TLR4水平诊断脓毒症的ROC曲线下面积（AUC）为0.73(95%CI:0.67～0.79)，预测脓毒症短期死亡的AUC为0.86(95%CI:0.80～0.92)。Kaplan-Meier曲线显示，血清TLR4≥1.19 ng/mL的脓毒症患者死亡风险显著增加（P<0.001）。脓毒症患者血清TLR4与IL-1β、IL-6和MIP-3α均呈正相关关系（均P<0.001）。结论：TLR4对脓毒症的诊断和预后评估有一定的临床价值，其可能是调节炎症和脓毒症治疗的靶点。