李氏杆菌致病机理综述
2022-01-09
来源:意榕旅游网
·116·ChineseVeterinaryPublicHealthAssociation,CAAV【6】【7】王廷璞,薛双虎,吕武夫等.酶联免疫吸附试验检测羊传染性脓疱病毒【J】.甘肃畜牧兽医,1995,25(1):3.4.YaSuo,Inoshima.UseofProteinAGinallEnzyme—LinkedImmunosorbentAssayforScreeningforAntibodiesagainstParapoxvirusinWildAnimalsinJapan【J】.Clinicalanddiagosficlaboratory.immunlogy,1999,(3):388·392.【8】王良娟,马维卿,张再清.应用对流免疫电泳检测细胞培养物中羊121疮病毒抗原【J】.甘肃畜牧兽医,1990,(3):7.8.【9】刘云志,邵洪泽,程荣华等.羊传染性脓疱病毒PCR检测方法的建立及应用[J】.吉林畜牧兽医,2007,03:10-12.A,JBarns【10】Robinson231.QFraaerl('eta1.Conservationandvariationinoffvirusgenomes【J】.Virology,1987,157:13-【ll】AndrewAMercer,KateFraser,GillianBarns,eLM.ThestructureandcloningofoffviresDNAVirology,1987,157:120-121.【12】薛双虎,吕武夫,薛掌林等.羊传染性脓疱病毒弱毒株的培育研究【J】.甘肃畜牧兽医1882,(3):1—2.【13】王廷璞,赵菲佚,孙春香等.光敏生物素和DIG标记Off病毒DNA探针的研究【J】.生物技术,2002,12(6):21.22。李氏杆菌致病机理综述罗正郑世军’(中国农业大学动物医学院,北京市海淀区圆明园西路2号。100094,sjzheng@cau.edu.c)摘要:单核增生性李氏杆菌(LM)是一种细胞内寄生的革兰氏阳性短杆菌,是一种重要的食源性人兽共患病病原。LM能感染多达40多种动物,使抵抗力低下、体质弱的人群和动物发病,感染后主要表现为脑膜炎和流产以及败血症。LM感染后发病率低但死亡率高,已被列为四大食品病原菌之一。目前对LM致病机理研究得比较深入,本文以细菌粘附入侵细胞、逃逸吞噬体、自身调控为主线同时探讨相关毒力因子的作用来阐述LM的致病机理。关键词:单核增生性李氏杆菌(LM);致病机理;粘附;逃逸;调控ReviewonpathogenesisofListeriamonocytogeneZhengLuoandShijunJ.Zhen91’A鲥cukunaUniversity,Beijing100094,China(CollegeofV眦既i埘町MedicineandStateKeyLabolatolyofAgrobiotoehnology。China(‘SJZheng雒correspondingauthor。dzhengOcau.edu.cn)Abstract:ListeriaLmCallmonocytogene(U哪,aGram·positiveintracellularbacterium,isanimportantfood—borneLMinfection。primarilymanifestingfistszoonoficagent.infectavarietyofspeciesofanimals.Theindividualswithcompromisedimmuneresponsesandcompetencemayshowclinicalsignspostbutmeningitis,abortionandsepsis.LMinfectionmaycauselowmorbidityhi【ghmortality.whichLM雒oneofthefourmostimportantfood-bornepathogenicbacteria.Currentlytheonpathogenesisof/.21,/hasbeenextensivelyinvestigated.ThisreviewisprimarilyfocusedthepathogenesisofLMwithanexpressionemphasisap.drolesontheadherenceofbacterialinvasion,immuneescapeofLMfromfactorsendosome,auto-regulationofgeneofrelatedvirulencein瑚.hostinteraction.Keywords:Listeria;pathogenesis;invasion;adherence;virulence单核增生性李氏杆菌(LM)最早于1924年由英国剑桥大学学者从实验室患败血症的大鼠和兔子中分离得到。LM作为一种重要的食源性人兽共患性病原菌广泛存在于自然界中,容易污染饲料、水源、工业原料,是食品工业中重要的污染源。该菌对环境抵抗能力强,能够在高盐、低pH和低渗环境下生存,还能在4℃左右的低温下生长【1】。当人和动物摄入含有LM的食物后,大部分的细菌会在胃中胃酸的作用下死亡,只有少量的细菌会进人到小肠,最后通过小肠入机体。LM进入机体后是否发病主要取决于宿主和病原菌两个方面的因素。从宿主的角度来说免疫力低下,尤其是T细胞免疫缺陷者易发病,另外孕妇、婴儿和老年人也易感。除此之外患有免疫缺陷性疾病的人,譬如HIV患者或患有能使宿主免疫力严重下降疾病的人发中国畜牧兽医学会兽医公共卫生学分会第一次学术研讨会论文集病率较高。从LM角度来讲,发病程度主要与LM感染量以及致病力的强弱有关。LM感染早期能很快(大约几分钟)穿透肠道屏障迅速进入更深层次的组织,该过程不需要在肠上皮细胞中增殖而且不造成肠上皮细胞的损伤,而是通过M细胞进入深层组织【2】。不仅如此,通过基因缺失的方法还证明这种迅速转移还与一致认为是该菌入侵关键分子InlA、Hly及ActA等分子无关,转移的数量与感染的数量成正比【3】。进入深层组织的LM通过血液循环和淋巴循环迅速被转移到淋巴结、脾脏和肝脏。进入脾脏和肝脏的LM大部分会被巨噬细胞吞噬,在肝中被枯否氏细胞吞噬从而大部分被消灭。没有被消灭的将会在肝细胞和巨噬细胞中增殖,抵抗力强的动物会在噬中性粒细胞和细胞毒性T细胞参与下将其消灭从而使机体逐渐康复。抵抗力差的个体不能将LM完全消灭,LM大量增殖后会进人循环系统形成菌血症从而导致多系统疾病。但是从临床上看LM致病具有器官趋向性,一是容易侵入中枢神经系统造成脑膜炎,二是容易侵入妊娠子宫造成流产。LM能在细胞内寄生,还能逃逸吞噬泡降解,并直接在细胞与细胞之间传播,然后再大量增殖最后导致易感动物发病。在整个感染过程中,细菌的入侵和逃逸是两个关键性因素,近些年发现LM的致病过程是在调控下进行的,而每一个过程都是在细菌与宿主细胞相互作用下完成的。LM入侵细胞机制LM除能在吞噬细胞内增殖外,还能在其他细胞中增殖,如肠上皮细胞、成纤维细胞、肝细胞、血管上皮细胞等,其入侵方式主要是靠LM与细胞之间的相互作用,从而进入细胞内。李氏杆菌进入非吞噬细胞是通过一种拉链模式来实现的,在这一过程中LM表面蛋白与细胞膜表面蛋白相互作用,使LM逐渐陷入到细胞内,形成一种胞囊结构(图2)。由于LM可以侵人不同组织细胞,因此人们怀疑它表面存在着不同的配体,这些配体可以与不同细胞上受体相结合,从而使细菌黏附在细胞表面,完成入侵过程。随着分子生物学和细胞生物学的发展不断发现新的粘附分子。目前已发现细菌入侵与黏附相关配体有关,早期发现的黏附配体有InlA、InlB、ActA和P60,近年来又发现膜蛋白Ami、自溶素、分子Lap蛋白、纤维素结合蛋白、InlC、凝集素等,而InlJ则是最近发现的黏附分子【4】。InlJ是一种毒力因子,与细菌经El服感染的侵袭力有关,在口服感染过程中其对细菌毒力的影响比InlA更大【4】。在发现细菌表面粘附分子的同时,也发现了许多宿主细胞表面与粘附分子相作用的受体,譬如吞噬细胞表面补体受体C3bi和Clq、上皮细胞钙粘蛋白、肝细胞生长因子受体Met以及他细胞外基质蛋白如HSPG等。污染食品T泥土图l:LM感染后的病生理过程。LM随食物通过口腔进入宿主消化道系统,在肠道中繁殖,然后通过粪便排出体外,进入自然界再次污染食物、水源以及饲料等,形成一个完整的粪El传播途径。进入小肠的LM能迅速进入肠道深层组织并通过血液循环或淋巴循环被转移到肝脏。进入肝脏后免疫力正常的个体会产生肝炎亚临床症状同时将洲全部消灭和清除,最后康复。免疫力低下的个体,LM感染后在肝脏中迅速繁殖,进入循环系统形成菌血症。当大量的上朋造成败血症,有的个体会出现脑膜炎,孕妇感染上肘后会造成流产或新生儿溶血InlA是最早在LM上发现的粘附分子,由inlAB操纵子控制编码。作为一种侵袭素可以介导细菌进入非吞噬细胞,因此也被称内化素。目前在LM中已发现一系列的内化素,该家族拥有了15·118·ChineseVeterinaryPublicHealthAssociation,CAAV个成员,并且所有这些分子在固定位置上都含有重复的亮氨酸串联重复结构(LLR)。典型的亮氨酸重复结构单位主要由22个氨基酸残基组成,在他的第3、6、9、1l、16、19和22位点上是亮氨酸或异亮氨酸(-.L-.L-.L.L.-N.I..I,L..L)。这种序列形成一种奇异的右手螺旋,每个LLR折叠一次,最后形成平行的IB折叠。LLR蛋白结构与宿主蛋白相互作用有关[5】,在真核细胞中存在大量的这种结构。在原核生物中很少存在这种结构,但在致病菌中一般有这种结构存在。InlA是LM粘附分子中结构和功能研究得最清楚的分子,它由800个氨基酸组成,有两个功能区。在N端除去信号肽序列外,紧接着有15个LRR单位,然而在C端还有3个更长的重复序列(B),其后相连的是细胞壁锚锭区,其氨基酸序列为LPXTG(图3),紧跟其后有20多个氨基酸残基形成的疏水蛋白区和几个带正电的氨基酸【6】。在InlB中没有LPXTG序列,取而代之的是一个富含GW的区域。在内化素家族中有9个成员含有LPXTG序列。~敏~~《|l一》∞癣、彬∥~一雷理《|1..:..一图2:李氏杆菌入侵示意图。LM表面粘附分子与细胞膜上相应的受体结合,像拉链一样促使细胞膜向内凹陷,形成完整的吞噬体进入细胞。当LM进入细胞后在吞噬体内主要靠LLO和PC.PLC破坏吞噬体膜进而进入细胞质中生长繁殖。在细胞质内生长的|LM在ActA的作用下能向各个方向运动,靠近细胞膜的LM能在ActA的作用下,使感染细胞的细胞膜形成指状突出伸向另一个细胞,而LM则位于指状突起顶点,最终在另一个细胞内形成有两层膜包裹的吞噬体。同样LM可以从有两层膜的吞噬体逃逸进入细胞质生长繁殖。姒癣一惩一~一~炭里\心◆.一SIRA(n=15)(n锄LPTTG0图3:hllA结构示意图。S为氨基端信号肽序列,LRR为亮氨酸重复序列,B为羧基端重复序列,LPTTGD为In认与细菌细胞壁锚定序列,其后为20多个疏水氨基酸残基和几个带正电的氨基酸残基InlB只与细胞表面的脂磷壁酸较弱结合在一起,因此被认为是细菌分泌到胞外的一种毒素。结构上所有的内化素家族成员都有信号肽序列和数量不等的LRR结构域。InlA,InlH,InlB和InlC是已经证实的毒力因子,存在于菌体表面,InU的发现文为内化素毒力因子增加了一个成员【4】。根据InU的晶体结构以及基因组功能研究结果,该分子具有一种新的精氨酸阶梯结构【7】。上皮细胞钙粘蛋白E-cadherin是内化素蛋白InlA的主要受体,在许多细胞如肝细胞、树突状细胞、脑部毛细血管上皮细胞以及胎盘绒毛膜上皮细胞的表面都存在该受体。c.Met是InlB的细胞表面受体【8】。InlA的LRR区域能与钙粘蛋白结合,从而使LM黏附在细胞表面。更深入的研究表明,钙粘蛋白的第一个胞外结构域的第16个氨基酸残基与LM黏附入侵直接相关。最新证据表明LM的三种内化素InlB、中国畜牧兽医学会兽医公共卫生学分会第一次学术研讨会论文集InlC和InlJ都与小肠上皮粘蛋白MUC2相结合而不是与MUcl相结合[9】,而InlA和InlC2在LM感染后能增强宿主的体液免疫应答【10】。对于新发现的InLl分子,其存在或缺失对下游的信号传导通路的影响以及与免疫系统之间的关系还不清楚,尚待深入研究。很多实验数据表明LM表面存在着不同的粘附分子,因此可以与不同细胞上的不同受体相互作用,从而介导细菌进入细胞。这些粘附分子从何而来,是一直稳定表达存在于细胞表面,还是随着环境的不同或宿主的不同而改变其表达?等一系列的问题还需要进一步研究。LM逃逸吞噬体机制一般情况下,当细菌被内吞后,吞噬泡很快与溶酶体结合,使吞噬泡迅速被酸化从而降解菌体,但LM为了生存会阻止或延长吞噬泡酸化的时间,并在大约30分钟后开始破坏吞噬体膜而进入细胞质中。这个过程主要由李氏杆菌溶血素LLO和磷脂酶两类毒素分子直接介导。LLO由hly基因编码,是LM中第一个被发现并且确定序列的毒力因子,其在李氏杆菌感染过程中的重要作用也是最先被发现。用灭活的LM感染细胞试验表明,不论是LM在吞噬细胞还是非吞噬细胞中LLO对其生存或增殖起关键作用。同时电镜照片显示hly基因缺失株进入细胞后主要存在于吞噬泡中,如果将hly基因转入其他非致病菌中,该菌会转变成致病菌并且会从吞噬体进入细胞质中增殖。LLO不仅在LM逃逸初级吞噬体时发挥作用,同时也是LM逃逸两层膜吞噬体过程中也是必须的。进一步研究表明,LLO能直接与细胞膜表面分子结合插入细胞膜中,形成直径为20.20rim通道。此外,在低pH值条件下LLO分子活性强,在近中性条件下活性下降。通过对LLO分子结构研究发现,其N端具有PEST结构,是一种细胞膜受体,与LLO功能密切相关。LLOC端的CDTXs序列也是重要的蛋白分子功能的区,该区不影响LLO与胆固醇结合,但影响LLO形成细胞膜穿孔通道。目前对LLO功能的研究逐渐深入,该分子除了能帮助LM逃逸吞噬泡外,还能激活宿主细胞内多种信号传导通路,譬如MAPK通路、钙离子信号途径(但是LLO超时间作用后钙离子释放使得细胞对钙离子信号变得迟钝【11】)、NF—r,B通路等[12】,还具有调节巨噬细胞因子表达,诱导树突状细胞凋亡。LLO在IFN-beta的作用下,可以增加巨噬细胞细胞膜的通透性并加速细胞凋亡【13】。最新研究表明,LLO还具有调节宿主细胞组蛋白去乙酰化的作用,从而调控基因转录并影响宿主细胞的免疫应答【14】。由于LLO可以使LM从巨噬细胞的吞噬泡中逃逸到胞浆中增殖,所以LLO是造成了LM对巨噬细胞持续性感染的主要原因【15】。磷脂酶PLC是致病性李氏杆菌的重要毒力因子,PLC共有3种分子,其中LM中有两种即PIcA和PlcB。PleA基因编码的是PI特异性磷脂酶,分子量大约33KD,不能降解其他的几种磷脂,在pH5.5~6.5时活性最强。脂类是细胞膜的主要成分,磷脂酶C能降解脂类且在低pH值时活性很强,因此能破坏细胞膜帮助LM逃逸吞噬体。研究发现LM的my基因缺失株在进入某些细胞后仍能逃出吞噬泡进入细胞质中。通过基因缺失方法证明,LMplcB基因缺失株感染细胞后,从吞噬体中逃逸的能力大大下降,同时其在细胞与细胞之间跨膜传播的能力受到严重影响。plcB基因编码磷酸卵磷脂胆碱磷酸水解酶PC.Plc,是一种锌离子依赖性的分子,分子量为29KD,在pH5.5—8时具有酶活性,能降解磷酸卵磷脂(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)和丝氨酸磷脂(PS),也能降解鞘磷JJ旨(SM),但对磷脂酰肌醇(PD水解作用非常弱。其分泌到细菌外的前体分子不具有降解脂类的活性,只有在经过细胞质中蛋白酶剪切后才能成为成熟的具有活性的酶分子,这对细菌本身来说也是一种保护机制。研究表明PC.plc对LM入侵脑毛细血管上皮细胞中至关重要,上清纯化的PC.Plc蛋白有微弱的溶血作用。最新研究表明,PI.PLC也具有粘附作用,在细菌入侵细胞之前,LLO和PI.PLC的表达能提高细菌与上皮细胞之间的粘附作用【16】。LM在细胞与细胞之间传播在LM入侵细胞,特别是在细胞与细胞之间传播的过程中,除了粘附分子、LLO、Pc-plc等破坏细胞膜的分子外还有一个重要的蛋白分子—Ac俄,该分子由610个氨基酸残基组成,目前对其功能研究比较清楚。其与细菌在细胞内的运动相关,缺失该分子的LM丧失运动能力,在细胞内增殖后主要集中在细胞核周围,毒力大大降低,不能完成细胞与细胞之间传播。Ac认蛋白不论是以分泌形式进入真核细胞内还是锚锭在细菌表面都能使真核细胞内的肌动蛋白多聚化从而帮助细菌在细胞内运动。在LM粘附到真核细胞表面后,Ac认与细胞表面的HSPG受体相互作用产生跨膜信号使胞内肌动蛋白多聚化,从而使细胞膜逐渐向内凹陷帮助LM进入细胞。在菌体表面Ac认与相关蛋白ChineseVeterinaryPublicHealthAssociation,CAAVArp2/3结合,启动下游信号N—WASP或WASP相关分子信号,最终使ZO.1与ActA结合,富集ActA形成收缩着力点【17】。在ActA的作用下,LM会在细胞质内随机向各个方向运动,有的能到达细胞边缘并与细胞膜接触并继续向前运动,能够使细胞膜形成指状结构的伪足,LM存在于指状结构的顶端,进而进入另一个细胞,形成有两层膜包裹的吞噬泡开始对细胞的第二轮感染和增殖(见图2)oAlbanLeMonnier等人还证明ActA是LM穿越胎儿胎盘屏障所必需的一种毒力因子H8]。LM调节机制PrfA蛋白是细菌转录因子家族Crp/Cap—FIlr中的一员,控制着致病性李氏杆菌关键毒力因子的表达,它自身同时也受到其他因素的调控【19】。其控制相关基因表达主要是靠改变自身活性来实现的【20]。LM入侵、逃逸吞噬泡、增殖以及在细胞与细胞之间的传播过程都受到PrfA产物的调控。迄今为止,在LM的2853个基因中仅找到10个受PrfA调控的基因。PrfA能整合一系列的环境和自身来源的信号,以保证其短暂和适应性正确表达。该转录调控因子可使LM更适应生存环境。不仅如此,还有证据表明PrfA通过间接途径全方位影响李氏杆菌的致病力,同时也受到其它因素的调节,譬如在应激环J苑条件下,PrfA的改变会影响LM毒力因子的表达【21】。研究表明PrfA还可以调节LM脂蛋白向外分泌的量,从而影响细胞的功能。虽然这几年对PrfA的结构和功能的研究取得了一定的进展,但是还有许多问题不清楚,或处于假说阶段,需要更加深入的研究【22】。除了PrfA调控因子外,还发现了一个新的LM调控因子VirR,VirR缺陷的LM对宿主的毒力降低,目前已确定有12种基因受其调控。VirR能调控dlt操纵子,dlt操纵子能影响LM毒力,Vir、mt双基因缺失的菌株表现出更严重的毒力下降。另一种被调控的毒力因子是mprF,它编码一种细菌表面蛋白,该蛋白能帮助LM抵抗胞内先天性免疫物质降解。因此,VirR对细菌细胞表面毒力因子具有调控作用【23】。图4:PrfA调节1.34毒力岛及粘附分子。PrfA可调控LM的主要致病毒力岛LIPI-1基因以及InlAB操纵子和inlC、hpt单顺反子三个位点。箭头向右表示基因在DNA正链上,黑色方块表示被PrfA调控的序列,P表示已知的启动子展望LM作为一种重要的食源性人畜共患性病原在过去的几十年一直受到高度重视,该病原菌不仅仅作为重要的世界各国的科学家在这方面做了很多卓有成效的工作,譬如细胞入侵时内化素的作用、LLO在破坏吞噬体的作用、ActA在LM细胞与细胞之间传播的作用以及PrfA的调控作用等。目前的研究表明,很多分子在细胞内不只发挥一种作用,对这些分子的功能性研究还有待于深入。LM全基因测序已经完成,结束了单纯依靠随即突变来寻找与LM致病相关基因的时代,但是突变仍然是中国畜牧兽医学会兽医公共卫生学分会第一次学术研讨会论文集.121.一种研究LM不可缺少的手段。对相关毒力基因的研究可使我们对LM的致病机制了解得更加深入,同时也使我们对细胞在微生物人侵后的防御反应有了更深入的了解,为防控疫病和研制疫苗提供了新的思路。虽然在LM致病机理的研究方面取得了很多成果,但是仍然有很多问题没有解决。LM是一个复杂的生物,目前对它的认识还不全面,很多问题还不明确,譬如为什么LM容易感染脑部和胎盘?为什么在孕妇LM更倾向于感染胎盘?PrfA究竟是怎样调控基因表达、受到哪些因素的影响、在通过何种信号通路调控等,一系列的问题有待于解决。另外,LM内是否还存在其他的调节系统?如果有,与宿主的先天性免疫有何关系?无疑,对这些问题的研究有助于加深对病原和宿主之间相互作用的认识。相信随着对LM的深入研究,我们会更加深入和全面地了解病原菌的致病机制,为更好地控制重大疾病提供依据。参考文献:【1】VAT_,quez-bolandJA.KulmM,BercheP’etal,ListeriaPathogenesisandMolecularVirulenceDeterminants.ClinicalMicrobiology.REVIEWS,July【2】Jensen。VB,Harry2001,584--640BD.InteractionsoftheinvasivepathogensSalmonellatyphimurium,ListeriaJT,andJonesmonocytogene¥,andShigellaflexneriwithMcellsandmurinePeyer'spatches.Infect.Immnn.1998,66:3758-3766.a【3】PronB,BoumailaC。JaubertF.eta1.Comprehensivestlldyoftheintestinalstageoffisterinsisinsystem.Infect.Iinmun.1998,66:747-755.【4】ratligatedilealloopSahetC,LecuitM,CahanesD.LPXTGProteinInlJ,aNewlyIdentifiedIntemalinInvolvedin1.isteriamonocytogenesVimlence.InfectImmun.2005.6912—5922【5】SchubertWD,G-6belG,DiepholzaM。eta1.IntemalinsfromthehumanpathogenListeriamonocytogenescombineintemalindomain.JMolBi01.2001,28;312(4):783-94.ofthreedistinctfoldsintocontiguous【6】SchubertWD,UrbankeC。ZiehmT'eta1.Structureinintemalin,amajorinvasionproteinofListeriamonocytogenes,complexwithitshumanreceptorE-cadherin.Cell2002.111(6):825-36.【7】BublitzM,HollandC。SahetandC,et03.CrystalStructureaandStandardizedGeometricAnalysisofInlJ。aListerialVirulenceFactorofprint]Leucine.RichRepeatProteinwithNovelO/steineIoadder.JMolBi01.2008Feb20[Epubahead【8】8Pizatro-Cerd五J’Jonqui色resRGouinE'eta1.Distinctproteinpatternsassociated1ⅣitllListeriamonocytogenesInlA-orInlB-phagosomes.Ce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作者:作者单位:
罗正, 郑世军
中国农业大学动物医学院,北京市海淀区圆明园西路2号,100094
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产单核细胞李氏杆菌突变株的感染动力学研究[期刊论文]-中国兽医科学2007,37(10)
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