・427・第22卷第4期2009年4月医学研究生学报JournalofMedicalPostgraduatesV01.22No.4Apr.2009・综述・SpA致病性和基因表达调控的研究进展马立强综述,兰小鹏审校(南京军区福州总医院解放军医学检验研究所,福建福州350025)摘要:spA是金黄色葡萄球菌的重要毒力因子,在金葡菌抗吞噬、诱导B细胞凋亡、引起葡萄球菌性肺炎、心内膜炎等方面发挥重要作用。SpA的表达由非常精细复杂的系统调控。对SPA致病和基因调控机制的研究有助于发现治疗金葡菌感染的新途径。关键词:金黄色葡萄球菌蛋白A;致病性;基因调控中图分类号:Q786文献标识码:A文章编号:1008-8199(2009)04-.0427-.04ThevirulenceandthegeneregulatorymechanismofSpAMA“一qiangreviewing.LANXiao—pengchecking(Cen招rofMedicalPIA,FuzhouLaboratoryScienleofPLA,FuzhouGeneralHospitalofNanjingMilitaryCommand,350025,Fujmn,China)SpA,oneoftheimportantvirulencefacto瑙ofStaphylococcusimpedephagocyto—Abstract:aureus,cansis,induceapoptosisofBcells,initiatestaphylococcalpneumoniaandendocarditis,eta1.TheexpressionofSpageneisregulatedbyaverysubtleandcomplicatedsystematicweb.Withthemechanismofthevir-ulenceandthegeneregulationofSpawereknownmoreandmoreclearly,NewmethodsoftheinfectionbyStaphylococcusaureuswerewouldbefound.Keywords:Staphylococcusaureus;Virulence;Generegulation0引言各种毒力因子的综合作用…,金葡菌已成为威胁人类健康的重要病原之一。在金葡菌所有成分中,膜表面分泌的蛋白-葡萄球菌蛋白A(staphylococcalprotein金黄色葡萄球菌(金葡菌)是血液、下呼吸道、皮肤和软组织感染的主要病原菌¨q1,尚可引起严重的心内膜炎、脓毒性关节炎、中毒性休克综合征(toxicshocksyndrome)、皮肤烫伤综合征和食物中A,SpA)受到广泛关注。SpA在菌体新陈代谢及其存活方面不起作用,但在大多数或全部临床感染分离株中都有表达,故认为在宿主.病原菌相互作用中起着重要作用。现就SpA在金葡菌致病中的作用及其基因表达调控作一综述。毒等H】。自从耐甲氧西林金葡菌被发现以来,由于其具有耐多种抗菌药物的、适应不同环境的能力和收藕日期:2008-01-22;修订日期:2008-02—15基金项目:全军医学科学技术研究“十一五”计划资助项目(批准号:06G038)作者简介:马立强(1976-),男。河北唐山人,主管技师.医学硕士研究生。从事临床免疫学专业。通讯作者:兰小鹏(1959-),男,江西井岗山人,主任技师,教授,医学博士,硕士研究生导师。从事自身免疫性疾病和血液病研究。E—mail:lanxp@sina.corn.cn万方数据・428・医学研究生学报1SpA的分子结构和基因组成SpA是金葡菌的表面蛋白,相对分子质量为42000,主要包括5个由58个氨基酸残基构成的同源结构域(E,D,A,B,C)。结构域间通过若干由8个氨基酸重复序列组成的Xr相连。每个SpA的结构域均可以与IgG的Fc段和VH3亚类的Fab以高亲和力结合。SpA的晶体结构显示,每个结构域有3个螺旋束反向平行排列组成”J。由螺旋I和螺旋Ⅱ组成的残基表面可以与IgG的Fc段结合,由螺旋Ⅱ和螺旋Ⅲ组成的残基表面与lgM的Fab结合。除了一个谷氨酰胺相同以外,IgG和IgM与螺旋Ⅱ结合的氨基酸残基互不相同"1(图l,见后插页。)SpA的基因(spa)由1563个碱基组成,编码SpA的520个氨基酸。在编码序列前是启动子区域和转录调节区域。核心启动子由一10和一35位置的2个启动子成分组成。位于一64至一44和一97至一91的片段编码DNA结合蛋白SarA的结合区域,在这2个片段前还有一段序列编码另一种DNA结合蛋白SarS。SarS的结合区域在空间上阻碍SarA与DNA的结合。2SpA的致病机制2.1SpA在金葡茵抗吞噬中的作用SpA与IgG的Fc段结合,可以抑制吞噬细胞对金葡菌的吞噬作用№]。在金葡菌感染的脓毒性关节炎、败血症和皮肤脓肿的小鼠模型中,SpA缺陷突变的金葡菌毒力降低,其原因认为是与lgG-Fc结合的SpA减少,降低了金葡菌的抗吞噬作用"’8J。SpA抗吞噬作用的机制可能为:①spA与lgG结合消耗了免疫球蛋白,致使其与吞噬细胞Fc受体的结合减少,降低IgG的调理作用;②葡萄球菌外包被了IgG,在空间上阻止了吞噬细胞与葡萄球菌的接触及吞噬作用。2.2SpA在诱导B细胞凋亡中的作用SpA是B细胞的超抗原。根据对人IgM—Fab—SpA复合物晶体学分析,SpA与免疫球蛋白重链骨架1和骨架3子域中高度保守的13个氨基酸残基结合,远离互补决定区19j。SpA通过T细胞非依赖途径,特异性地启动VH3.BCR+B细胞的凋亡【lo】。Coodyear等【11]认为这种凋亡分为3个时相:①启动相:SpA与VH3一BCR+B细胞结合,快速下调BCR和辅助受体CDl9、CD21的表达,并诱导激活死亡标记物CD40、万方数据2009年4月第22卷CD95、MHC11的表达;②决定相:线粒体的破坏和DNA酶的激活。Bcl-2、Z-VAD、FMK的存在对此过程有抑制作用。③降解相:包括细胞色素c的释放,caspase依赖死亡途径的启动(图2,见后插页)。Viau等¨叫研究表明,SpA主要消除B.1a和边缘区B淋巴细胞。B.1细胞分泌大量的天然抗体,对小鼠的研究已证明,天然抗体对于对抗不同病原菌有很重要的保护作用【12|。天然抗体还负责清除衰老的红细胞、被氧化的膜脂类、凋亡细胞产物和肠道的微生物起固有免疫的作用。B.1细胞还有助于分泌型IgA的产生,分泌型IgA的靶位主要是自身糖类抗原,这些抗原同时也被细菌、病毒和肿瘤所拥有。边缘区B细胞表达不同的抗原结合谱,主要负责感染菌非蛋白抗原的T细胞非依赖性免疫应答,是血液中病原体的第一线应答细胞113I。SpA作为超抗原。主要是通过清除B一1a和边缘区B细胞来摧毁机体的固有免疫;同时也利用B细胞受体(BCR)介导凋亡的自我耐受途径来影响重要B细胞对系统感染的防御¨引,此外,VH3一BCR表达于40%以上的人B淋巴细胞¨¨,因而是一个重要的免疫逃逸途径,有利于病原菌的感染及复发。Bekeredjian—Ding等¨41发现,SpA和细菌其他成分一起能通过激活TLR2受体激活B细胞增殖。因此,在机体内B细胞的激活和V。3一BCR+B细胞的凋亡是同时存在的,而且扩增的B细胞也包括V。3一BCR+B细胞,机体这种复杂的反应有利于对病原体的抵抗。2.3SpA在葡萄球菌性肺炎中的作用SpA是一个能和多种宿主成分起作用的多能毒力因子。SpA的Fc结合区域也能与TNFRl结合,发挥肿瘤坏死因子(TNF)样作用,启动TNF信号级联放大反应,发挥促炎效应,这是葡萄球菌性肺炎致病的关键【15,16]。小鼠模型实验表明,TNFRl缺陷小鼠感染金葡菌和野生型小鼠感染SpA缺陷金葡菌的感染率都降低¨6|。在缺少血清成分的呼吸道感染中,SpA与TNFRl作用,诱导细胞因子的释放,招募中性粒细胞,发挥促炎作用¨5I。炎症一方面物理阻塞呼吸道,另一方面也使感染部位组织破坏,白细胞和血清补体成分外渗。IgG和补体可促进吞噬和细菌的清除,但SpA—IgG的结合阻碍吞噬作用,使细菌感染持续存在№】。另一方面,SpA也启动上皮细胞和巨噬细胞表面TNFRl的清除和可溶性TNFRl的释放。Gomez等【l副的实验结果还显示,突变后的SpA第4期马立强,等SPA致病性和基因表达调控的研究进展・429・能激活TNFRl信号,但不能激活TNFRl的清除。SpA启动的TNFRI清除途径与TNFRl的激活途径不同,是通过IgG结合区域与表皮生长因子结合激活TACE(TNFRl封闭酶)。TNFRl的清除有抗炎的效果,因为细胞表面TNFRI的减少和可溶性TNFRI对呼吸道游离TNF的中和,限制了TNF依赖途径的进一步发挥…1。2.4SF・A在金葡茵血管内感染和感染性心内膜炎中的作用SpA可以在IgG存在情况下与血管性假血友病因子(vonWillebrandfactor,vWF)结合¨引。vWF是止血过程中一个关键因子,遗传性vWF缺陷可导致严重出血的血友病症状。vWF的主要功能是捕捉血循环中的血小板,并将其同定在血管损伤处,同时刺激血凝块的形成。SpA与vwF结合主要是介导金葡菌与血小板的黏附,从而形成对血管的损伤。通过对SpA缺陷金葡菌的研究表明,SpA-vWF结合是血小板与金葡菌结合所必需的【l91,这种结合也促进金葡菌对已同定胶原的黏附汹】。Jtirg等心1]研究表明,SpA通过其Fc结合部位与vWF的Dc—D3和A1结合。SpA的每个功能区都能结合vW下,这可能是缓解Fc与vwF之间竞争结合SpA的机制。SpA也可通过Spa—gClqR/p33直接与血小板结合。总之,SpA是一种新发现的黏附因子,其与血小板结合有助于金葡菌在血管内损伤处定植,在血管内感染和感染性心内膜炎的发生过程中起重要作用。3SpA表达的基因调控SpA表达的调节主要通过一些基因座进行,其中最典型的是agr和sarA。此外还有sara样基因产物,如:SarR、SarS、Rot、SarT、SarU、SarV和MgrA等。agr基因座由2个不同方向的转录单位组成:agrRNAlI和agrRNAIU。RNA1I包含编码两组份调节系统的4个基因(agrDBCA)。其中AgrA结合agr的启动子可以刺激RNAm的转录旧J。RNAⅢ是agr系统的效应分子,主要调节金葡菌各种毒力分子的表达。在金葡菌生长的稳定期,RNA.11负责在转录水平下调SpA的表达,还可介导抑制SpA的翻译并降解SPAmRNA{2引。另一个菌体调节分子Sara是一种DNA结合蛋白,基因芯片分析已经表明,SarA直接结合基因的启动子区域,抑制spa(SpA基因)转录,刺激agr转录Ⅲ】。因此,SarA可分别通过Agr依赖和非依赖途径来抑制SpA的表达。SarS是Sar万方数据家族的另~转录调节因子,可以通过直接结合spa启动子,正性调节其的表达。另一个Sat家族蛋白SarT可以结合sarS的启动子,是SarS的正性调节因子Ⅲ】。因此,sarT可以通过刺激sarS的表达,以致促进spa的表达。Rot也是sarS的正性调节冈子,间接调节spa的表达ⅢJ。相反,SarA和Agr系统可以通过抑制sarT的转录而抑制SarS的表达,从而抑制spa的转录‘25,27|。Frees等m1实验表明,ClpX也是spa转录所必需的。ClpX可能是通过SarS依赖和非依赖途径来调节spa的表达。CipX的作用机制可能是使SarS和Rot折叠成活性的构象。此外,Ad系统和cvfB基因产物也可以调节spa的表达心9’30J,但是它们的调节机制却不同,Arl系统是通过改变DNA的超螺旋来实现的,而cvfB基冈产物是通过传统的agr基阂依赖途径和非依赖途径调节的。Man—na等∞¨提出了agr基因转录表达模型,主要有2条途径对agr基因进行调控:A酣的自动激活和Sara家族蛋白。SarA家族中又涉及两条途径:指数生长期的SarA-SarR途径和稳定期的SarX—MgrA途径(图3)。尊染性疾病一目的基因耋i船C;Sara圜・一聃^Ⅲl墨妊\・一激活\■sa垤s珊蝴、,窖图3金黄色葡萄球茵agr基因转录表达调控的推测模式Figure3ProposedmodelfortheregulationofexpressionofagrtranscriptioninS.alllfeU¥总之,SpA的表达调控是由一个非常精细而又相当复杂的系统来实现的。系统中每个成分都发挥自己的功能,相互影响,共同完成对SpA表达的调控。望SpA是金葡菌的毒力因子之一,在金葡菌感染中发挥重要作用。随着对于SpA致病机制研究的不断深入,可针对SpA致病的各个环节,寻找在临床控制金葡菌感染的突破口,减少其对人类健康的威胁。4展・430.医学研究生学报参考文献:[I]LowyFD.Staphylococcusmlrensinfections[J].NE旧JMed,1998。339(8):520-532.[2]王秋萍,李泽卿,江满杰,等.功能性鼻内镜术后鼻一鼻窦耐甲氧两林金黄色葡萄球菌感染[J].医学研究生学报,2006,19(8):761-762.[3】卫红齐,乇秋萍.耐甲氧西林金黄色葡萄球菌与慢性鼻窦炎[】].医学研究生学报.2006,19(12):1121・1124,[4]ArcherGL,ClimeMW。Staphylococcusaureusbacteremia・con-sidertheflonl℃e【J].NEnglJMed,2001,344(1):55-56.[5]GrailleM,SturaEA,BossusM,矗a/.CrystalstructureofaSmphylococcusaureusproteinAdomaincomplexedwiththeFabfragmentofahumanlgMantibody:Structuralbasisforrecogni・tionofB-ceHreceptorsandsuperantigenactivity[J].ProcNatlAc8dsciUSA.2000,97(10):5399-5404.[6】FosterTJ。Immuneevasionbystaphylococci[J].NatRevMicro-biol,2005。3(12):948@58.[7】GirardinSE。BonecaIG,VialaJ,村a1.Nod2isageneral8ensorofpeptidoglycanthroughmuramyldipeptide(MDP)detection[J].JBidChem.2003,278(11):8869.8872.【8]WatanabeT,KitaniA,MurrayPJ,西a/.NOD2isanegativeregulatorofToll—likereceptor2-mediatedThelpertypelrespon-s∞[j].Natlmmanol,2004,5(8):800-808.[9]CaryS,LeeJ,WagenknechtR。eta/.Characterizationofsupe—rantigeninducedclonaldeletionwithanovelclanⅢ・restricteda.vianmonoclonalantibody:Exploitingevolutionarydistancetocre—ateantibodiesspecificforaconservedVHregionsurface[J].Jlmmunol,2000,164(9):4730-4741.[10]ViauM,LongoNS,LipskyPE,日a/,StaphylococcalproteinadeletesB—laandmarginalzoneBlymphocytesexpressinghumanimmunoglobulins:animmuneevasionmechanism[J].Jhnnlu—nol,2005,175(11):7719-7727.GoodyearCS,SilvermanGJ.DeathbyaBcellsupemntigen:invivoVH—targetedapoptoticsupraclonalBcelldeletionbyastaph・ylococcaltoxin[J].JExpeMed,2003。197(9):1125・1139.【12]PaciorkowskiN.PorteP.ShultzLD,et面.B1Blymphecytesplayacriticalroleinhostprotectionagainstlymphaticfilarialpar-asites[J].JExp,Med,2000,191(4):731-736.[13】MartinF,KearneyFJ.MarginatgoneBcells[J].NatRevIra-munol,2002,2(5):323-335.[14]Bekeredjian—DinsI.InamuraS,GieseT,et甜.Staphylococcus∞reusproteinAtriggersTcell・independentBcellproliferationbysensitizingBcellsforTLR2ligands【J].Jlmmunol,2007,178(5):2803-2812.[15]GomezMI,SeaghdhaMO,MagargeeM,矗a/.Staphylococcusaureu8ProteinAactivatesTNFRlsignalingthroughconservedIgGbindingdomains【J].JBiolChem。2006,281(29):20190-20196.[16]GomezMI。LeeA.ReddyB。eta1.Staphylococcusanreuspro-teinAinducesairwayepithelialinflammatoryresponsesbyactivaoringTNFRl[J].NatMed,2004。lO(8):842-848.[17]GomezM1。SeaghdhaMe,PrinceAS.eta1.Staphylococcusau—万方数据2009年4月第22卷reu8proteinAactivatesTACEthroughEGFR・dependent8i酬illg[J].EMBOJ,2007,26(3):701-709.[18]HanleibJ.KohlerN,DickinsonRB,eta1.PmteinAistheYonWillebrandfactorbindingproteinonStaphylococcusaureus[J].Blood,2000,96(6):2149-2156.[19]PawarP,ShinPK,MousaSA,eta/.FluidshearregulatesthekineticsandreceptorspecificityofStaphylococcusanreusbindingtoactivatedplatelets[J].Jlmmunol,2004,173(2):1258・1265.[20]MascariLM,RossJM.Quantificationofstaphylococcal-co]]l唱enbindinginteractionsinwholebloodbyuseofaconfocalmicroaco-PYshear-adhesionassay[J].JInfectDis,2003,188(I):98・107.[21]HartleibJ,KohlerN,DickinsonRB,et以ProteinAisthevonWillebrandfactorbindingproteinonStaphylococcusaureus[J].Blood,2000,96(6):2149-2156.[22]KcenigRL,Ray几./VlalekisJ。el口1.Staphyloeeocus删sAgrAbindingtotheRNAIII—agrre则atoryreglon[J].JBacIeriol。2004,186(22):7549-7555.【23]HuntzingerE,BoissetS,SaveanuC,eta/,Staphylococcusall-reUSRNAIllandtheendoribonucleasenlcoordinatelyregulatespageneexpression[J].EMBOJ,2005,24(4):824-835.[24]DunmanPM,MurphyE,HarleyS,eta/.TranscriptionalP啪一ling—basedidentificationofStaphylococcusaureusgenesregulatedbytheagrand/orsarAloci[J].JBacteriol,2001,183(24):734l-7353.[25]SchmidtKA,MannaAC,CheungAL,eta1.SarTinfluencessarSexpressioninStaphyloceeeusanreu¥[Jj。InfectImmnn,2003,7l(9):5139-5148.[26]Sa'cd・SalimB,DumanPM,MeAleeseFM,讲a1.Globalregula-lionofStaphylococcusaurensgenesbyRot[J].JBaeteriol,2003,185(2):610-619.[27]ChienY,MannaAC,Proj卸SJ,eta/.Sara,aglobalregulatorofvirulencedeterminantsinStaphylococcusaureus,bindstoacon5le/'vedmotifessentialforsar-depondentgeneregulation[J].JBidChem,1999,274(52):37169-37176.[28]FreesD。SorensenK。lngrnerH,eta/.Globalvirulenceregula-tioninstaphylococcusaureus:pinpointingtherolesofCIpPandCIpXinthesar/agrregulatorynetwork[J].InfecthnRinn,2005,73(12):8100-8108.[29]FoumierB,KlierA.ProteinAgeneexpressionisregulatedbyDNAsupercoilingwhichismodifiedbytheAdS・・ArlRtwo・-compo-nentsystemofStaphylococcusaureusCorrespondence[J].Micro-biology。2004,150(Ptll):3807-3819.[30]MatsumotoY,KaltoC,MorishitaD,eta/。RegulationofExo-‘proteinGeneExpressionbytheStaphylococcusauren8cvfBGene[J].Infectlmmun,2007,75(4):1964・1972.[31]MannaAC,CheungAL.ExpressionofSarX.anegativeregu-laterofngrandexoproteinsynthesis,isactivatedbyMgrAinStaphylococcusaureus[J].JBacteriol。2006,188(12):4288-4299.(责任编辑:齐名;英文编辑:李幼生)张鑫,等光动力学疗法对小鼠Heps肝癌移植瘤微血管及血管内皮生长因子表达的作用(正文见第374页)图2CD34免疫组化染色lmmunohistochemicalstainingforCD34Figure2a:对照组微血管密集,呈点、短线样;b:PDT后2h。微血管扩张,分布稀疏图3肿瘤细胞VEGF免疫组化染色stainingFigure3lmmunohist∽hemicalforVEGFintumorceilsa:对照组呈弱阳性表达;b:PDT后6h呈强阳性表达马立强,等SpA致病性和基因表达调控的研究进展(正文见第428页)图1SpA的一个结构域(红色)与V。3Fab(蓝绿色)和Fc'y(灰色)交联的晶体图Figure1Cross—・linkingofMainofSpAa图2a超抗原SpA诱导T细胞非依赖性途径诱导B细胞凋亡的机制V.3FabandFcTbysingledo—_Figure2MechanismsofdeathinducedbyBcellsuperanligen万方数据