布魯氏菌毒力因子研究進(jìn)展

摘要：布魯氏菌是一種革蘭氏陰性菌，可引起二類傳染病，稱為布魯氏菌病或馬耳他發(fā)熱病。該文主要討論布魯氏菌毒力因子的進(jìn)展。了解布魯氏菌與宿主細(xì)胞之間的分子水平的相互作用來調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能，將有助于了解布魯氏菌病的病因。

關(guān)鍵詞：布魯氏菌;IV型分泌系統(tǒng);雙組分調(diào)控系統(tǒng);密度感應(yīng)系統(tǒng)

中圖分類號：S851.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B doi：10.3969/j.issn.2096-3637.2019.16.033

0 引言

布魯氏菌病是最常見的全球性細(xì)菌性人畜共患病。每年全世界有超過50多萬感染者[1]。它是一種重要的流行相關(guān)性疾病，該病沒有有效的疫苗，人們對布魯氏菌病的病原的重視程度越來越大。

1 IV型分泌系統(tǒng)（T4SS）

在布魯氏菌中研究比較多的因子之一是T4SS[2]。在革蘭氏陰性菌中IV型DNA轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)VirB基因是同源的，如根瘤農(nóng)桿菌和嗜肺軍團(tuán)菌。布魯氏菌病的T4SS首先在豬種布魯氏菌中發(fā)現(xiàn)，由12個(gè)開放閱讀框（VirB1到VirB12）編碼。在布魯氏菌中virB缺失株不能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相互作用，其調(diào)控的下游基因不能轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致布魯氏菌無法在細(xì)胞內(nèi)長期生存。VirB調(diào)控許多轉(zhuǎn)錄調(diào)控子的表達(dá)。最近研究表明，virB的突變可能會(huì)影響其他基因的表達(dá)，包括密度感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)控子VjbR在內(nèi)的幾個(gè)基因的相對轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)[3]。

2 布魯氏菌脂多糖（LPS）

作為革蘭氏陰性菌，布魯氏菌的外膜含有LPS。在致病的布魯氏菌菌株中，光滑型LPS較多。目前，LPS已成為毒力因子進(jìn)行研究。布魯氏菌LPS缺失后不會(huì)誘導(dǎo)小鼠的炎癥反應(yīng)，造成低水平的促炎細(xì)胞因子和低細(xì)胞毒性活性。

布魯氏菌LPS的結(jié)構(gòu)與典型的模式不同。非經(jīng)典脂質(zhì)A有一個(gè)氨基葡萄糖主鏈和幾條極長的脂肪酸長鏈組成。這些特點(diǎn)對布魯氏菌感染反應(yīng)是至關(guān)重要的。布魯氏菌bacA突變株，缺乏脂質(zhì)A的長鏈脂肪酸，導(dǎo)致較高的炎癥反應(yīng)。同樣，布魯氏菌bvrS突變體中，增加脂質(zhì)A的含量，在小鼠模型中是弱毒的。

LPS的O-多糖對布魯氏菌的影響至關(guān)重要。參與LPS生物合成途徑不同階段基因的突變，如甘露糖基轉(zhuǎn)移酶wbdA或磷酸甘露糖苷酶manB，及其突變通常使布魯氏菌的表型由“光滑型”變?yōu)椤按植谛汀?，在?xì)胞或動(dòng)物感染模型中毒力減弱。這種減毒的程度取決于受影響的基因和通路。

在很長一段時(shí)間內(nèi)，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)粗糙型突變體來源于光滑型的布魯氏菌菌株。這種從光滑型到粗糙型的LPS轉(zhuǎn)變發(fā)生在細(xì)菌培養(yǎng)期間，也發(fā)生在動(dòng)物感染中，這可能是由于不穩(wěn)定遺傳因素引起的。粗糙型菌株能被宿主迅速有效清除，隨著時(shí)間的推移并在這些選擇性的壓力下，布魯氏菌保持其內(nèi)在不穩(wěn)定性，是在宿主內(nèi)存活的主要方式之一。LPS在感染期間改變其功能，有利于細(xì)菌的短期存活和持續(xù)感染。但是，因?yàn)榈侥壳盀橹惯€沒有實(shí)驗(yàn)方法抑制LPS轉(zhuǎn)換，因此其在動(dòng)物感染中的實(shí)際作用仍有待于進(jìn)一步調(diào)查。

3 環(huán)葡聚糖

布魯氏菌可產(chǎn)生環(huán)β-1，2-葡聚糖（CβG），CβG是一個(gè)毒力因子。環(huán)葡聚糖合成酶（CGS）在布魯氏菌CβG合成中是至關(guān)重要的。CβG缺失株在動(dòng)物體內(nèi)和細(xì)胞中的生存能力減弱。

環(huán)葡聚糖在細(xì)菌的生理學(xué)和感染期間的功能尚不完全清楚。布魯氏菌cgs突變株的膜表面有一定缺陷，表明其表面活性分子有較高的靈敏度。然而在牛種布魯氏菌cgs突變株和減毒疫苗株S19的cgs突變株顯示出對表面活性劑相同的敏感性，表明膜的改變并不是導(dǎo)致毒力持續(xù)性下降的主要原因。

4 雙組份調(diào)控系統(tǒng)（TCS）

雙組份調(diào)控系統(tǒng)（TCS）是一種常見的細(xì)菌適應(yīng)環(huán)境變化的機(jī)制?？缒さ鞍讉鞲衅魍ㄟ^自身磷酸化，反應(yīng)出特定的胞外信號，如TCS的pH值下降或溫度增加;磷酸基團(tuán)隨后轉(zhuǎn)移到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)調(diào)控子上面，介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的改變。

介導(dǎo)布魯氏菌宿主內(nèi)復(fù)制的TCS包括FeuQ、NtrY、VsrB、OmpR和BvrR/BvrS。FeuQ編碼FeuP/FeuQ系統(tǒng)的傳感器激酶，在根瘤菌中，該系統(tǒng)介導(dǎo)高親和性鐵攝取的調(diào)節(jié)。但是豬種布魯氏菌的feuP反應(yīng)調(diào)控子突變株，可以在小鼠和巨噬細(xì)胞中的復(fù)制，表明種屬特異性差異或FeuP并不是FeuQ信號的唯一調(diào)控子。而其他調(diào)節(jié)布魯氏菌毒力的TCS與氮反應(yīng)有關(guān)（NtrY、VsrB和OmpR）。

布魯氏菌中除對BvrR/BvrS系統(tǒng)研究較多外，最近對TceS/TceR系統(tǒng)也進(jìn)行研究。TceSR缺失株不能在小鼠脾臟中繁殖復(fù)制，很難入侵巨噬細(xì)胞和HeLa細(xì)胞，也不能在巨噬細(xì)胞和HeLa細(xì)胞中復(fù)制，并且對抗菌肽多粘菌素B的耐藥性降低。與野生型親本株相比，TceSR缺失株對細(xì)胞的毒性減弱。此外，TceS/TceR調(diào)節(jié)許多基因和蛋白的表達(dá)。

5 密度感應(yīng)系統(tǒng)

密度感應(yīng)是基于能在單個(gè)細(xì)菌及其相應(yīng)的調(diào)控子之間傳遞信息的信號分子。布魯氏菌物種合成C12-高絲氨酸內(nèi)酯密度感應(yīng)信號，并且已確定2個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控子—VjbR和BlxR，且與毒力密切相關(guān)。

6 Rsh

當(dāng)細(xì)菌面臨嚴(yán)重的營養(yǎng)脅迫時(shí)可以改變基因表達(dá)做出嚴(yán)格的回應(yīng)。為應(yīng)對營養(yǎng)脅迫，細(xì)菌激活鳥苷四磷酸合成酶Re1A產(chǎn)生3'，5'-二-焦磷酸（ppGpp），布魯氏菌可產(chǎn)生ppGpp合成酶的同系物Rsh。研究表明，布魯氏菌Rsh突變株當(dāng)在體外營養(yǎng)脅迫時(shí)可很快失去活性，并且在巨噬細(xì)胞、HeLa細(xì)胞和試驗(yàn)感染的小鼠中是減毒的。這些結(jié)果表明，嚴(yán)格反應(yīng)可在布魯氏菌對其在宿主細(xì)胞內(nèi)定居過程中遇到營養(yǎng)脅迫時(shí)成功適應(yīng)具有關(guān)鍵作用。營養(yǎng)脅迫似乎對誘導(dǎo)編碼VirB的基因是一個(gè)重要的環(huán)境刺激，Rsh的存在對于這些基因在羊種布魯氏菌16M中的最佳表達(dá)是必需的。

7 No1R、MucR和LOV結(jié)構(gòu)域組氨酸激酶

No1R是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，在根瘤菌中調(diào)控根瘤基因的表達(dá)。在羊種布魯氏菌16M中預(yù)測的編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的基因靶向突變分析表明，No1R對布魯氏菌在小鼠巨噬細(xì)胞、HeLa細(xì)胞和小鼠中的毒力是必需的。轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子MucR對根瘤菌中胞外多糖的合成和運(yùn)動(dòng)之間提供調(diào)控關(guān)系。羊種布魯氏菌mucR突變株在巨噬細(xì)胞和小鼠體內(nèi)的毒力也是減毒的。最近在布魯氏菌中發(fā)現(xiàn)攜帶LOV（光、氧或壓）結(jié)構(gòu)域的組氨酸激酶。生化研究表明，該蛋白對光有應(yīng)答作用，缺乏該蛋白后，布魯氏菌在小鼠J774巨噬細(xì)胞中毒力減弱。

8 結(jié)束語

布魯氏菌成功在宿主細(xì)胞中生存和繁殖的能力是其毒力的關(guān)鍵。布魯氏菌利用多種策略建立和維持其在宿主細(xì)胞內(nèi)長期生存。在感染初期，布魯氏菌可逃避炎癥反應(yīng)。布魯氏菌一旦進(jìn)入宿主細(xì)胞，它們主動(dòng)影響胞內(nèi)的運(yùn)輸，使含布魯氏菌的液泡避免成為“吞噬溶酶體”。布魯氏菌利用一些它們遇到的環(huán)境壓力（如酸性環(huán)境和營養(yǎng)脅迫）作為改變其細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸所需的基因誘導(dǎo)的刺激。最終，布魯氏菌使細(xì)胞失去抗原加工能力，布魯氏菌抵抗細(xì)胞凋亡，以利于自身生存。

參考文獻(xiàn)

[1]劉倩宏.布魯氏菌的IV型分泌系統(tǒng)[J].中國人獸共患病學(xué)報(bào)，2012.28（9）：951-954.

[2]易繼海，王月麗，王震，等.布魯氏菌胞內(nèi)存活機(jī)制與巨噬細(xì)胞極化關(guān)系研究進(jìn)展[J].中國畜牧獸醫(yī)，2018，45（4）：1082-1088.

[3]王玉飛.IV型分泌系統(tǒng)調(diào)控布魯氏菌胞內(nèi)生存的分子機(jī)制研究[D].北京：中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院，2008.

作者簡介：肖延仁（1986-），男，河北南宮人，本科，獸醫(yī)師，研究方向：農(nóng)業(yè)畜牧養(yǎng)殖、疾病診療及防治等。