淋球菌(淋病奈瑟菌)的致病机制研究

菌毛

淋球菌表面的菌毛与人上皮细胞表面上的受体结合后黏附于上皮细胞上,进而发生感染。淋球菌菌毛的主要成分pilE蛋白由pile基因编码。但是淋球菌除含有一个pilE基因外还有19个沉默的pil基因(pilS),这1 9个pilS分散在pilE基因上游的5个位点上。pilE基因可以与pilS基因发生重排,即一个pilS基因的部分基因和pilE基因重排。重组后的基因编码的菌毛亚单位聚合成菌毛,但往往重组后的基因编码的菌毛蛋白功能丧失或只有部分功能,如有些菌毛蛋白单体不能有效聚合或完全丧失聚合的能力,从而形成菌毛缺失菌株(pil-)。另外细菌还存在转化机制,基因的重排与细菌的转化机制一起导致了菌毛的高度变异性。菌毛的这种高度变异特性,能够有效地逃避机体的免疫杀伤作用,导致人体反复感染淋球菌,同时也增加了以此蛋白作为疫苗研究靶点的复杂性和难度。

Opa蛋白

淋球菌有三种外膜蛋白,包括PⅠ,PⅡ,PIII。PⅡ(Opa)家族有11种表型,其主要的功能是参与黏附过程。Opa蛋白是一种具有高度变异能力的蛋白,人体细胞上存在能与Opa蛋白结合的天然受体。,如Opa能够结合上皮细胞上的syndecan受体,癌胚抗原(carcino-embryonic antigen,CEA)即CD66家族的蛋白也是Opa蛋白的受体。Opa蛋白与其受体结合后使由菌毛启动的黏附作用变得更为紧密,进而使淋球菌穿透上皮细胞,进入黏膜下层引起炎症。体外试验表明:。不表达Opa蛋白或是表达与入侵无关的Opa蛋白的淋球菌即使是在胎牛血清条件下也不会导致入侵性的感染。人细胞膜上有两种淋球菌Opa蛋白的受体,即肝素硫酸蛋白多糖和癌胚抗原相关黏附因子家族的蛋白。最近的研究表明:淋球菌外膜蛋白Opa52能与初始CD4+T细胞表达的癌胚抗原相关细胞黏附分子结合,结合后抑制该蛋白与酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHP-2的相互作用,进而抑制T细胞的活化和增殖过程。

孔蛋白(Porin)

淋球菌的孔蛋白即外膜蛋白PⅠ,是淋球菌外膜主要蛋白,占淋球菌外膜蛋白总量的60%以上。孔蛋白由porB基因编码,故孔蛋白又常被称为porB蛋白。根据其结构和免疫原性不同又可分为两个亚型:外膜蛋白PⅠA和外膜蛋白PⅠB。孔蛋白的天然结构为三聚体的β桶状结构,其多肽链16次跨越淋球菌细胞膜脂质双层,在膜外形成8个膜外环。在不同菌株间,环在长度和序列方面变异较大。

孔蛋白在细菌表面形成一个与GTP结合的阴离子选择性通道,调节淋球菌的物质交换。淋球菌的孔蛋白对上皮细胞能够产生多种效应,主要包括中断多形核白细胞的脱颗粒、吞噬小体的成熟,以及诱导上皮细胞和吞噬细胞的凋亡等。机体感染淋球菌后,淋球菌被多形核白细胞所吞噬,吞噬细胞产生的肿瘤坏死因子和淋球菌的肽聚糖和脂多糖等可以引起黏膜表面纤毛上皮细胞的毒性损伤。

除此之外,淋球菌的孔蛋白还能够与补体结合蛋白相互作用,抑制补体在天然免疫中所起的作用。淋球菌唾液酸化脂多糖或孔蛋白能促使淋球菌选择性地与补体杀伤途径的抑制因子(H因子)结合,从而逃避补体的杀伤作用。研究表明:只有来源于人的H因子才能够直接和淋球菌结合,而其他灵长类动物的H因子则不能。如果把人的H因子加入到其他灵长类、啮齿类或兔类的血清中,就能够产生补体介导的杀伤作用。淋球菌与人的H因子的特异性结合,阻止了人血清中补体对淋球菌的杀伤作用,这也许是人是淋球菌唯争的自然宿主的主要原因之一。另外淋球菌的孔蛋白与H因子结合后诱导iC3b沉积于细胞表面,在提高淋球菌对宿主细胞的黏附力方面起着十分重要的作用。进一步的研究发现:孔蛋白通过与具有补体抑制作用的补体结合蛋白结合,从而拮抗补体介导的杀伤作用。

PorinA和Porin B的结合位点均位于补体结合蛋白的补体控制区,孔蛋白上短的同源重复序列(18~20氨基酸残基组成)是与H因子结合的主模序。人和大猩猩的补体结合蛋白都能结合Porin B,但只有人的CAb补体结合蛋白能够结合PorinA。

脂寡糖(LOS)

脂寡糖在淋球菌入侵上皮细胞过程中起重要作用,缺少脂寡糖结构的菌株黏附上皮细胞的能力可降低70%~80%。用庚糖替换脂寡糖中的葡萄糖后明显降低淋球菌对血清的抵抗力。最接近葡萄糖结构的庚糖是与Porin B结合所必需的,但不与Porin A结合。也有研究表明:脂寡糖类脂A的磷酸乙醇胺若被置换,淋球菌对多粘菌素B以及依赖正常人血清经典补体杀伤作用的敏感性增强。可见,淋球菌脂寡糖的类脂A在淋球菌逃避依赖正常人血清介导的经典补体杀伤起重要作用。

外源乳酸盐

Exley等人的研究表明:淋球菌在生殖道感染的过程中需要利用外源性的乳酸盐。编码淋球菌乳酸盐透明质酸酶基因lctP缺失株不能利用外源的乳酸盐,与野生菌株相比,缺失lctP基因的淋球菌菌株在生长过程的早期数量下降,并且对补体的杀伤作用非常敏感。缺失lctP基因的淋球菌菌株对补体杀伤作用敏感主要与唾液酸化的脂寡糖数量减少有关。

淋球菌的过氧化氢酶在其感染机体过程中的作用

在淋球菌感染时,吞噬细胞通过有氧呼吸能够产生过氧化氢,对淋球菌有一定的杀伤作用,因此淋球菌必须有相应的机制对抗过氧化氢的杀伤作用。淋球菌能够产生过氧化氢酶,该酶由过氧化氢酶基因(kat)编码。敲除过氧化氢酶基因(kat)的淋球菌和野生型的淋球菌相比,野生型菌株对过氧化氢具有抗性,而kat基因缺失的淋球菌则对过氧化氢非常敏感,证明淋球菌的过氧化氢酶基因能够保护淋球菌免受吞噬细胞的杀伤,从而逃避机体的免疫杀伤作用,使机体易受到感染。

淋球菌的致病性与细胞周期的关系

淋病奈瑟氏菌主要黏附在G1期、S期和G2期的上皮细胞,不能黏附M期和G0期的上皮细胞。在淋球菌感染上皮细胞24小时后,调节蛋白B1、D1、E的表达水平下调,从而导致上皮细胞停止在Gl期,这种细胞刷期在G1期的停滞进一步促进淋球菌的黏附。

肌动蛋白细胞骨架对淋病奈瑟氏菌致病的影响

肌动蛋白细胞骨架是淋球菌入侵和跨膜上皮细胞时必需的。通过抑制肌球蛋白,淋球菌跨膜和入侵的数量减少,但对黏附作用影响不大。由此可见,马达蛋白对于淋球菌在单层上皮细胞的跨膜作用和入侵过程的影响很大。

溶解糖基转移酶D和溶解糖基转移酶A的作用

在淋球菌导致的盆腔炎发生过程中,淋球菌释放的肽聚糖片段促使炎症反应和纤毛细胞的凋亡。溶解糖基转移酶基因能促使淋球菌释放肽聚糖单体,尽管该酶对淋球菌的生长并不产生影响。

补体及其他相关调节因子对淋球菌致病的影响

在淋球菌感染时,补体及相关调节因子的作用具有特殊性。在动物模型研究中,注射Clq预培养的淋球菌的小鼠都发生菌血症,单纯注射淋球菌的小鼠未被感染,预培养的淋球菌的Clq浓度与小鼠的发病率相关:Clq缺陷的人类血清、热灭活的Clq或人类血清、Ⅳ型胶原、C3对感染无诱导作用;Clq预培养的淋球菌实验性感染可被Clq抗体抑制,显示人类补体Clq可拮抗新生小鼠的血清杀菌效应,表明其功能为通过清除Clq而增强淋球菌的毒力。

Rechner等人研究发现,人体的热休克蛋白Gp96是孔蛋白PorBIA型淋球菌的特异性结合蛋白,但并不与PorBIB型淋球菌结合。清道夫受体(scavenger receptor,SR)是PorBIA的特异性受体。清除Gp96的宿主细胞能够抑制播散型淋球菌的黏附,但增强了播散型淋球菌的入侵能力。清道夫受体SR的抑制剂能够抑制播散型淋球菌的入侵,可见,清道夫受体SR与依赖PorBIA蛋白的入侵相关。Rechner C等也证实了Gp96是针对播散型淋球菌的抗入侵因子,清道夫受体SR也参与调节淋球菌对机体细胞的侵入。研究发现,H因子能够与子宫颈上皮细胞表达的补体受体3(CR3)结合,而H因子又可以与淋球菌结合,从而促进了淋球菌黏附到补体受体3(CR3)上。

Agarwa等人通过研究H因子与CR3转染中国仓鼠卵巢细胞(CHO.CR3)的结合作用,揭示了H因子与CR3的结合区是促进淋球菌与细胞相互作用的必要条件。进而说明了H因子介入了淋球菌和CR3之间的调理作用,可能给淋球菌逃避机体非专一性吞噬细胞的吞噬作用提供了新途径。

总之,无论在血液中还是在黏膜表面,补体途径是天然免疫中抗感染的一种重要形式。淋球菌通过逃避补体的杀伤作用可能是其在宿主中能够存活的主要原因。淋球菌的主要外膜成分大都与抑制补体的杀伤作用相关,淋球菌表面的Porin蛋白、Opa蛋白、LOS等都可以抵抗补体的杀伤作用,再加上菌毛的高度变异性,所有这些特点均能使淋球菌逃避补体及中和抗体的杀伤作用。

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