伯氏疏螺旋體膜蛋白OspC研究進(jìn)展

汪佳婕?寶福凱?柳愛(ài)華

[摘要]萊姆病是由伯氏疏螺旋體引起，即萊姆病螺旋體引起的多系統(tǒng)感染性疾病。伯氏疏螺旋體本身并不具有生物活性，不能分泌毒力因子，其唯一的致毒因子為外膜脂蛋白。其中，外膜脂蛋白C（OspC）相對(duì)于外膜蛋白A（OspA）以及鞭毛蛋白來(lái)說(shuō)，其分子量較大。并且，最重要的一點(diǎn)是OspC在宿主體內(nèi)能引起早期免疫反應(yīng);同時(shí)OspC 抗原性強(qiáng)，免疫OspC后可以檢測(cè)出，血清中抗體的濃度明顯上升。因此，本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)OspC的研究進(jìn)行了綜述。

[關(guān)鍵詞]伯氏疏螺旋體;萊姆病;OspC

[中圖分類號(hào)] R514 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-0616（2015）02-26-04

Research progress of Borrelia burgdorferi on outer surface lipoprotein OspC protein

WANG Jiajie1 BAO Fukai1，2，3，4，5 LIU Aihua 2，3，4，5

1.Department of Microbiology and Immunology， The Institute for Tropical Medicine， Kunming Medical University， Kunming 650500， China; 2.Yunnan Province Key Laboratory for Tropical Infections Diseases in Universities， Kunming 650500， China;3. Yunnan Demonstration Base of International Science and Technology Cooperation for Tropical Diseases， Kunming 650500， China;4. Yunnan Province Integrative Innovation Center for Public Health， Diseases Prevention and Control， ?Kunming 650500， China; 5.Department of Biochemistry and Molecular Biology， Kunming Medical University ， Kunming 650500， China

[Abstract] Lyme disease spirochaetes cause infectious of multiple system diseases. But Borrelia burgdorferi can not secrete toxins， its virulence factors mainly ?are outer surface lipoproteins （Osp）. Among them， OspC can cause immune response early in the host. At the same time， OspC has strong immunogenicity， increased concentration of antibody in serum can be detected after immunized by OspC. The study progress of OspC was summarized here.

[Key words] Borrelia burgdorferi; Lyme disease; OspC

萊姆?。↙yme disease）作為一種蜱媒傳播的傳染性疾病， 在一些特殊人群和一些特別地區(qū)有很高的感染率。但到目前為止，缺少比較敏感和準(zhǔn)確的診斷方法對(duì)萊姆病進(jìn)行早期診斷。因此，要做到及時(shí)預(yù)防和及時(shí)治療，在世界范圍內(nèi)還是個(gè)難題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，萊姆病的致病病原體是一種叫做伯氏疏螺旋體（Borrelia Burgdorferi）的螺旋體，其外膜蛋白C（OspC）有非常強(qiáng)的抗原性和較強(qiáng)的免疫原性，機(jī)體在感染萊姆病的早期就可以產(chǎn)生特異性的IgM 抗體，將這種抗體純化后，對(duì)動(dòng)物模型進(jìn)行免疫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物模型在免疫后很短時(shí)間內(nèi)就可檢測(cè)到高濃度的IgM 抗體，目前，重組OspC已用于萊姆病的臨床診斷中。

1 OspC的細(xì)胞定位與化學(xué)結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行OspC的抗原性研究之前，首先對(duì)其細(xì)胞定位與化學(xué)結(jié)構(gòu)做一定的研究，才有可能全面的研究其抗原性機(jī)制。

那么，外膜脂蛋白C（OspC）是萊姆病螺旋體的主要外膜蛋白之一，作為一種外膜蛋白，OspC廣泛存在于螺旋體細(xì)胞外膜中。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，β-桶狀結(jié)構(gòu)是其共有的結(jié)構(gòu)特征，不同的β-桶狀結(jié)構(gòu)由不同的偶數(shù)個(gè)β-折疊片組成，β-折疊的數(shù)量從8 ～ 22個(gè)不等。在美國(guó)中西部、東北部等地區(qū)，發(fā)現(xiàn)25種OspC基因型的表達(dá)[1-2]。Elisabeth Baum在其研究中指出，OspC的179氨基酸殘基至188個(gè)殘基中的第五個(gè)C末端折疊結(jié)構(gòu)是OspC的特異性交互抗體結(jié)合的關(guān)鍵位置[3]。OspC作為一個(gè)表面暴露的脂蛋白，可以引起早起的免疫反應(yīng)[4-7]。在Elisabeth Baum的研究中，得到了OspC的最大交互反應(yīng)區(qū)域的3D圖形。如圖1，在圖中，OspC二聚體的兩條鏈分別被標(biāo)以亮灰色與暗灰色。同時(shí)，在Elisabeth Baum的研究中將OspC二聚體中與抗體藥物關(guān)聯(lián)度最高的區(qū)域指出。其中，綠色部分代表與種OspC有高關(guān)聯(lián)度，黃色部分表示與兩種OspC蛋白有高關(guān)聯(lián)度，紅色部分表示與五種OspC蛋白有高關(guān)聯(lián)[8]。

圖1 OspC的最大交互反應(yīng)區(qū)域的3D圖形

2 OspC的表達(dá)調(diào)控

伯氏疏螺旋體特異性地調(diào)節(jié)其外膜脂蛋白OspC的合成，以感染宿主細(xì)胞。為了適應(yīng)哺乳動(dòng)物體內(nèi)的免疫環(huán)境，螺旋體首先利用OspC在哺乳動(dòng)物體內(nèi)建立起其感染過(guò)程。伯氏疏螺旋體大量產(chǎn)生OspA和OspB，而OspC在硬蜱體內(nèi)低表達(dá)，從蜱媒介傳播到哺乳動(dòng)物吸血后則出現(xiàn)上調(diào)[9]，以幫助伯氏疏螺旋體轉(zhuǎn)移到唾液腺[10]，進(jìn)而感染哺乳類動(dòng)物[11-12]。感染一旦建立起來(lái)，OspC的表達(dá)就會(huì)被抑制，以避免被宿主的免疫系統(tǒng)清除。同時(shí)伯氏疏螺旋體在人體內(nèi)初期呈現(xiàn)一個(gè)高表達(dá)狀態(tài)[13]，當(dāng)抗體產(chǎn)生后殺死了OspC一直出現(xiàn)一個(gè)低表達(dá)克隆[14]。在表達(dá)基因的啟動(dòng)子中，反向重復(fù)序列的上游部分在調(diào)節(jié)OspC的表達(dá)中起到關(guān)鍵作用。Dan Drecktrah等[15]通過(guò)定點(diǎn)突變技術(shù)在分子水平上切割了OspC表達(dá)基因操作子的末端反向重復(fù)序列，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，打亂末端反向重復(fù)序列但保留鄰近的反向重復(fù)序列能夠阻止OspC的合成。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，溫度，pH以及DNA超螺旋對(duì)于OspC的合成也起到重要影響。Schwan等[16]發(fā)現(xiàn)，在溫度為32 ～ 37℃的條件下， OspC的表達(dá)量大幅度地提高。由此說(shuō)明，適宜的溫度是OspC 大量表達(dá)的重要條件， 在不適宜的溫度下，OspC不表達(dá)或表達(dá)量很低。因此，近年來(lái)很多國(guó)外學(xué)者認(rèn)為，pH 值、溫度以及其他因素或許會(huì)對(duì)OspC的免疫效果起到關(guān)鍵的影響[17-20]。更重要的是，比起核苷酸的序列，末端反向重復(fù)序列的堿基互補(bǔ)配對(duì)的存在對(duì)于控制OspC的表達(dá)更為重要。Dan Drecktrah的結(jié)果顯示，順式作用元件在OspC毒力因子的表達(dá)上有關(guān)鍵的作用。

3 OspC致病性的研究

在對(duì)伯氏疏螺旋體外表面膜蛋白（OspC）致病性進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，用OspC與Salp15結(jié)合，一起感染哺乳類動(dòng)物，可以幫助伯氏疏螺旋體在局部定居，并抵抗免疫殺傷。2OspC作為一個(gè)有效的免疫靶，表達(dá)下調(diào)時(shí)幫助伯氏疏螺旋體免疫逃逸，對(duì)OspC在早期的感染中起重要作用[13]。雖然OspC是伯氏疏螺旋體關(guān)鍵的毒力因子之一，但是它在伯氏疏螺旋體的感染中的具體作用目前還不清楚。為了確定在接種了各種不同類型的OspC菌株后，OspC是否會(huì)引起宿主反應(yīng)， Antonara等分別接種了野生型OspC菌株，突變型菌株以及完全突變型菌株后，對(duì)巨噬細(xì)胞，中性粒細(xì)胞以及細(xì)胞因子的產(chǎn)生進(jìn)行了測(cè)定。在21種細(xì)胞因子的測(cè)定中發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞趨化蛋白（MCP-1），角質(zhì)細(xì)胞起源趨化因子（KC， CXCL1）以及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）在伯氏疏螺旋體的接種位點(diǎn)有表達(dá)量上升的趨勢(shì)。并且在接種一周內(nèi)的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)OspC的表達(dá)量有不同的變化[21]。

4 OspC的診斷價(jià)值

到目前為止，缺少比較敏感和準(zhǔn)確的診斷方法對(duì)萊姆病進(jìn)行早期的診斷。因此，要做到及時(shí)診斷和治療，在世界范圍內(nèi)還是個(gè)難題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，萊姆病的致病病原體伯氏疏螺旋體外膜蛋白C（OspC）有較強(qiáng)的免疫原性，機(jī)體在感染萊姆病的早期就可以產(chǎn)生特異性的OspC IgM抗體，將OspC純化后，對(duì)動(dòng)物模型進(jìn)行免疫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物模型在免疫后很短時(shí)間內(nèi)就可以檢測(cè)到高濃度的IgM抗體。目前，重組OspC已用于萊姆病的臨床診斷。

近年的研究表明，OspC作為伯氏疏螺旋體的主要外膜蛋白之一，具有很強(qiáng)的抗原性。Gilmore等[17]利用OspC免疫12只初生小鼠， 然后利用伯氏疏螺旋體菌株感染這12只獲得免疫的初生小鼠， 由此發(fā)現(xiàn)了OspC 能夠使動(dòng)物產(chǎn)生高濃度的抗體， 使其具有抵抗伯氏疏螺旋體感染的能力。

目前有不少研究報(bào)道指出，OspC 在宿主體內(nèi)可以引起早期免疫反應(yīng)，因此有研究者致力于利用OspC作為抗原用來(lái)診斷早期的萊姆病[22-24]。早年，Hauser等[25]培養(yǎng)了大量不同萊姆病的菌株，并從中提取了大量的OspC作為抗原，利用ELASA技術(shù)檢測(cè)了222例萊姆病患者的血清和133例對(duì)照供血者的血清。其結(jié)果顯示，有幾株菌株間的IgG的檢測(cè)靈敏度非常相似。利用Western blot技術(shù)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，OspC確實(shí)可以作為一種靈敏的萊姆病早期診斷抗原。在此之后，Rousselle 等[6]通過(guò)對(duì)比772株狹義氏疏螺旋體的OspC與14kD鞭毛蛋白片段等其他細(xì)胞抗原平行應(yīng)用于檢測(cè)萊姆病病人和無(wú)癥狀的對(duì)照組的IgG與IgM， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)IgM抗體的差異性最大。另外， Hauser等[26]又做了進(jìn)一步的研究，利用WB技術(shù)檢測(cè)了菌株P(guān)Ko、PBi與Pka2的靈敏度， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)OspC對(duì)早期萊姆病感染的檢出靈敏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他抗原，并最終推薦了OspC作為PKo診斷的最敏感的抗原。

Jobe等[27]的研究中發(fā)現(xiàn)，在人類萊姆病的早期階段中，ELISA可以作為一種有效的方式來(lái)檢測(cè)OspC抗體，同時(shí)也能為成功治療萊姆病作為一個(gè)重要的判斷依據(jù)。

目前看來(lái)，OspC作為伯氏疏螺旋體的主要抗原之一， OspC雖然具有比較大的差異， 但其具有很強(qiáng)的特異性。因此，在診斷學(xué)臨床應(yīng)用中，將OspC作為診斷抗原，具有很大的臨床優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，如果將OspC與其他的抗原相結(jié)合，進(jìn)行配伍診斷，那么這種診斷方法不僅能夠提高診斷的靈敏度， 還能減少與其他病原體的交叉反應(yīng)。這將在將來(lái)萊姆病的診斷中顯示出很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)與潛力。預(yù)計(jì)在今后的萊姆病防治中也會(huì)發(fā)揮一定的作用。至于在伯氏疏螺旋體的致病性上的研究， 目前的研究主要涉及于T細(xì)胞的免疫反應(yīng)、病原體本身的作用以及不同基因型螺旋體的作用。預(yù)計(jì)在以后的研究中，將會(huì)把OspC與其他蛋白的研究相結(jié)合，從而獲取更多的研究結(jié)果，在萊姆病的各方面獲取進(jìn)一步的進(jìn)展。

付鈺廣等[28]利用來(lái)自SZ菌株的重組蛋白OspC，進(jìn)行WB實(shí)驗(yàn)檢測(cè)顯示，重組的OspC與陽(yáng)性血清有較強(qiáng)的反應(yīng)，同時(shí)SZ菌株作為我國(guó)的流行菌株，若利用SZ菌株的OspC建立相對(duì)應(yīng)的ELISA方法來(lái)檢測(cè)伯氏疏螺旋體，這對(duì)我國(guó)萊姆病的預(yù)防和控制有很大作用，并有助于消除世界范圍內(nèi)萊姆病病患。同時(shí)，其研究的重組蛋白OspC（SZ菌株）為建立羊體內(nèi)的伯氏疏螺旋體抗體的ELISA檢測(cè)方法奠定了重要的基礎(chǔ)。

目前在世界范圍內(nèi)對(duì)于OspC的研究已經(jīng)有了初步結(jié)果，對(duì)OspC的研究有助于對(duì)萊姆病的發(fā)病原因，發(fā)病機(jī)理和發(fā)病規(guī)律進(jìn)行了解。并且已經(jīng)初步建立了利用OspC作為檢測(cè)抗原用來(lái)檢測(cè)早期的萊姆病。但對(duì)于OspC的深入研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有待更深一步的實(shí)驗(yàn)與臨床研究。

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（收稿日期：2014-10-09）