病原菌与哺乳动物细胞的相互作用.pdf

微生物学通报199 5年25(2)犷的的 的 汤辞的的 的沙矛~灼专论与综述‘必粉 ~ ~~~~ ~~ ~冶病原菌与哺乳动物细胞的相互作用陈怀青陆承平(南京农业大学动物医学院南京2 10 095 )病 原菌与哺乳动物细胞的相互作用,首先表现在细菌特异 性粘附于细胞的表面.细菌根据环境条件及宿主的不同,可表 达不同的粘附分子.细菌特异性粘附于不 同的宿主细胞,不仅对病原与宿主的早期接触,而且对整个感染过程都很重要许多细菌都可粘附于宿主粘膜的上皮细胞,并在局部 增殖,而且在 感染全过程中都停留在细胞表面.这种粘附作用大多与细菌的菌毛(P il i )有关菌毛能与宿主细胞的受体分子特异性结合,特 别是与 细胞表面的多糖侧链结合此外,有些细菌表面尚有 一些 受体,能与宿主细胞的分泌的纤粘 连蛋 白( f ib~c t in )等细胞外基质 (E CM)结合,而E CM又能与细胞上相应的整合 素(i nt egr in )结合.这样,细菌就通过ECM 的桥梁作用间接地结合在宿主细胞的表面然而,有些细菌在粘附于细胞 表面之后,还要进一步 内化人胞 (int ema l iza t ion),即通常说的侵袭[,一,]。

本文将着重讨论细菌 内化人胞的机制及其后果1细菌内化入胞的机制细菌 内化人胞的方式大体上可分为两种¹以肠致病性耶氏菌为代表,它仅仅要求细胞表面有合适的受体,能与细菌表面的配体紧密结合;º以沙门氏菌为代表,它是细菌与细胞相 互间信号转 导后,细胞膜调变的结果[3]1.1肠致病性耶氏菌:肠致病性耶氏菌有3种成份可独立地介 导耶 氏菌内化人胞,它们是侵袭素(in va sin )、A il蛋 白和Yad A蛋 白侵袭素由98 6个氨基酸组成,位于细菌的外膜,其C末端的19 2 个氨基酸对介导细菌内化人胞必不可少,而且只要具备这19 2个氨基酸也就足以完成内化作用Yad A则在细菌表面形成一种纤丝样结构它除与侵袭素一样能与细胞的 整合素结合外,尚能与ECM结合而 月l蛋白虽然能与许多细胞结合,但仅能介 导细菌进人少数几种 细胞 (如C HO).此外,A il蛋 白尚能赋予细菌抗补体能力[ l ].细胞的pl整合素是侵袭素的受体.在正常情况下,整合 素主要与ECM结合,在细胞粘连中发挥重要作用.然而,由于侵袭素对整合素的亲和力远大于ECM (相差2个数量级 ),因而侵袭 素就 能强夺细胞表面的整合 素,而且整合素一侵绪素复合 体的解离很慢,使得细胞膜能长时紧贴在细菌表面,完整包裹细菌,从而完成类似吞噬的过程[ 4 ]。

耶 氏菌的内化人胞需细菌表面相关分子与细胞上相应受体紧密结合没有这些相关分子,细菌就无法与整合 素结合,也无法进人细胞.因此耶 氏菌的内化是个体行为.菌群 中表达了侵袭素等 分子的细菌可内化入胞,没有表达这些分子的细菌则无此功能.1.2沙门氏菌:沙门氏菌 内化人胞的机制 远比耶氏菌复杂,目前尚未找到确切的相 关分子沙门氏菌与细胞 接 触后,导 致 粘附位点细胞 表面发生 调变(mo dulat ion ),局部的微绒毛崩解,形成一个凹陷,并逐渐 向四周扩散,类 似于向平静水面扔 人一颗石子所致的“涟漪”其主要特征就是出现细胞皱膜 (川me ).细菌随皱膜而进人 到细胞内.在此过程中细胞质 内钙离子大量增加,导致一系列的信号转导,细胞骨架发生重排l 1 ,’]这一机制类似于细胞受生长因子刺激后 的应答1 5 ].其不同之处在于生长因子诱导的皱膜遍及细胞整个表面,而沙 门氏菌诱导的皱 膜则局限于细菌结 合部位实际上,表皮生长 因子受体(EG下R)参与了沙门氏菌的内化.细菌与细胞接触后,在其表面形成许多临时性 的附件.而细菌一旦被细胞膜包裹,这些附件就随之消失l 6 ]由此 推测这些 附件是 细菌在细胞指导下临时合成的,其功能是向细胞发放某种信号,使出现细胞皱膜。

由于 沙门氏菌的 内化人胞是胞内信号转 导所致细胞皱膜的结果,因而菌群中只要有一个细菌具备导致细胞皱 膜的能力,其他相邻细菌即使无 此能力也可随1996一12一13收稿1998年25(2)微 生 物 学 通报·9 9·细胞皱膜活动而被连带人胞.也就是说,沙 门氏菌的内些空泡 马上酸化,并与溶酶体融合.将巨噬细胞一淋巴化体现了一种群体行为细胞的I gGF c受体基因转染CHO细胞,用该细胞研究1.3细菌内化人胞的普遍规律:除耶 氏菌和沙门氏弓形 虫 内化时发 现,结合了抗体的弓形 虫定位于空泡菌外,志贺氏菌、肠致病性 大肠杆菌、爱德华氏菌、李氏内,空泡可酸化并与溶酶体融合然而,如果细胞上的杆 菌、军团菌、衣 原体、百日咳杆 菌等均可内化人胞[ 7 ]F c 受 体缺失了其留在细胞质 内的尾部,结合了抗体的比较这些细菌内化人胞 机制,可找出细菌 内化人胞 的弓形 虫虽然仍定位于空泡内,但空泡不能与溶酶体融一些普遍规律其中首要一点就是细胞骨架在细菌粘合.这一结果表 明弓形虫内化后的命运是 由受体介导附部位重排就目前已研究过的细菌而言,破坏细胞的的{ 9 ].至于其机理如何,而且 这一结果 是否有普遍性,微丝或微管,可抑制细菌 内化人 胞,由此不难看 出细胞仍有待研究。

骨架重排是细菌 内化人胞的关键环节其次,整合素是2.2在空泡 内生长:衣原体、结 核杆菌、布氏杆菌、许多病原菌粘附的受体,细菌除通过侵袭素、紧密素等沙门氏菌、耶 氏菌及军团菌等兼 性胞内菌都可在细胞直 接与整合 素结合外,还可通过YadA结合ECM或空泡 内定居或生长.然而,由于空泡对大多数细菌而言C 3b i结合CR 3而间接与整合素结合.有趣的是,通过并不是一个好的环境,因此细菌欲在其中增殖,就需要整合素进人巨噬细胞 内的细菌不被杀死,而 通过F c 受有一些特殊的结构和功能虽然有些细菌能内化人胞,体吞人的细菌则被杀死.再者,细菌 内化人胞明显受环但却 并不能在细胞 中增殖,如小肠结肠 耶 氏菌对培养境的调节,沙 门氏菌、志贺氏菌及耶 氏菌等均有表现,的上皮细胞 具有 高度的侵 袭性,但却不 能在空泡内明如沙 门氏菌在低氧条件下能内化人胞,而 在稳定期 则显增殖同样大肠杆菌K1 2被类似于巨噬细胞 的. J77 4不易人胞最后,许多细菌的内化人胞是细菌与细胞主细胞吞人后可在其中存活数小时,却未见生长.究其原动通讯的结果,细菌在细胞 诱导下可合成一些临 时的因,可能是细胞 内有许多抑制因子,如空泡 的酸性pH ,大分子复合物来发放信号,并影 响菌群 中其他细菌的存在溶酶体酶,缺少铁等营养成份.因此那些需要在空命运。

泡内增殖 的病原菌,要么能防止空泡酸化,要么能抑制2细菌内化后的命运空泡与溶酶体融合.2.1进人路 径对细菌 内化后命运的影 响:介导细菌(l )鼠伤寒沙 门氏菌:尽管鼠伤寒沙门氏菌对巨进人宿主细胞的受体,能显著地影响细菌内化后的命噬 细胞而言是兼性胞 内病原菌,但它能否真正在巨噬运.其 中最明显的例子就 是吞噬过程 中巨噬细胞与病细胞 内增殖仍有些疑问然而,无论如何鼠伤寒沙门氏原菌的相互关系众所周知,巨噬细胞的杀菌机制有氧菌都可持 续在巨噬细胞 内存在,并在其中合成蛋白质,化途径和非氧化途径,呼吸爆发是其杀菌的主要方式在上皮细胞的空泡 内亦可生长此外,业已证实,沙 门细菌与相应抗体结合后,通过 I gGF c受体结合至巨噬氏菌在体内亦可定居于细胞内,而且 能阻止巨噬细胞细胞表面并 随之被吞人 胞内,导致显著的呼 吸爆发,细中吞噬体和溶酶体融合.菌最终 被杀灭.然而,如果 细菌 是 通过 整合素(包括与沙门氏菌在细胞 内生存有关的基因为phoP,其CR 3)进人巨噬细胞,则不能引致呼吸爆发,细菌则可在产物Phop和Pho Q为两个调节蛋白,可在低pH及饥饿巨噬细胞 内生存乃 至增殖嗜肺军团菌及结 核杆菌就条件下激活一系列基因表达。

phop基因缺失突变株没是通过整合 素进人巨噬细胞,随后它们就停留在空泡有毒力,不能在巨噬细胞内持续存在[ 7 1,对中性粒细胞内,空泡 也 不 能与溶 酶体融 合,这 样细菌 就不 被杀防御素(d ef en sin ) 的杀菌作用敏感灭1 2 .8 1这表明细菌进人巨噬细胞的路径不 同,其 命运( 2 )耶 氏菌:肠致病性耶氏菌的致病性与其毒性也完全不同,并且与受体密切相关质粒有关.质粒基因的表达受温度和钙浓度的调节,耶对龚地弓形虫的研究结果更能说明 问题在没有氏菌在 3 7℃无钙情况下,质粒编码合成并分泌大量的相应抗体时,活的弓形虫可进人巨噬细胞的空泡 内,但Yop sYops是其外膜的组成部分,但也分泌至培养基空泡不酸化,也不与溶酶体融 合然而,当 弓形虫已死中Yop s在致病中的作用是多方面的,它与抗吞噬及亡或结合了I gG后,它也进入巨噬细胞的空泡内,但这细胞毒性有关,其中YopE具 有细胞毒素的作用,能破·100·微 生 物 学通报299 5年25(2)坏肌动蛋白纤维,但这种活性只有Y叩E在直接与细胞蛋白组成的“尾巴”肌动蛋 白单体逐 个加人到细菌和接触或直 接分泌到细胞质中才行。

而YopH则与抗吞肌动蛋 白尾巴之间的介面上,并随之聚合,从而推动细噬有关,并 且具有酪氨 酸磷 酸 酶的活性,能阻止 宿主菌运动也就是说,肌动蛋 白尾巴在细胞 内保持不动,PT K a se的活性,从而破坏宿主细胞正常的信号转导[ l ]而 细菌则 随着 尾巴上肌 动 蛋 白的聚合不断向前移( 3)嗜肺军团菌:嗜肺军团菌是一种兼性胞 内寄动日3 1肌 动蛋白聚合为细菌移动提供了动力细菌的生菌,可寄居于人单核细胞、巨噬细胞及其他体外培养a ct A基因与肌动蛋 白聚合有关,其产物 为细菌表面蛋细胞的空泡 内人单核细胞内化该菌是补体受体介导白,由6 10氨基酸的组成,分子量9 0K u的,其内化方式为卷曲样吞噬含有 嗜肺军团菌的空泡胞质内的 细菌在肌动蛋白聚合力的推动下移 向细不与溶酶体融合,空泡 内的pH值也相对较高在感染胞的内表面,并进入到类似于伪足的结构 内这些伪足后l h,线粒体环绕含菌的吞噬体,随后4一8 h之内宿 主可以伸得很长,并被邻近 的细胞识别和内化因此,在细胞的核搪 体也粘贴至吞噬体膜上,从而导致细胞蛋第二个细胞内,细菌被两层膜所包裹细菌通过卵磷脂白合成 显著下降嗜肺军团菌二p基因缺失后,对巨噬酶及u刀将这两层膜溶解后,进人到细胞质内,开始新细胞的感染性明显下 降,即使细菌被 I gG调理后也是如一轮循环。

此[ l l ]这表明而p基因编码的细胞表面蛋 白珑p对其(2 )志贺氏菌:志贺氏菌被吞噬人胞后,通 过其胞 内生存有重要 意义有趣 的是,沙眼衣原体含有一种接触性溶血素溶解空泡 的膜 结构,进人细胞质并 在其与肠p同源 的蛋白质,而沙眼衣原体则是一种专性胞 内中生长尽管它们没 有鞭毛,却也能在细胞质 内运动寄生菌,亦可在空泡内增殖目前已发现它有两种运动方式,第一种为鞭毛样运动,2.3在胞质中增 殖;志贺氏菌、李氏杆菌及立克次氏志贺氏菌能沿肌动蛋白纤维滑行第二种 为胞 内及胞体等内化人胞后,并不停留在空泡内,而是进一步从空间扩散,细菌随着分裂而快速运 动,从而定居于整个细泡 内逸出,直接在宿主细胞质 中增殖[ 2 ,8]而它们进人胞质其中有些细菌又到了细胞内表面,并形成一个胞质与其溶血活性 密切相关,其 中立克次氏体是 由磷很长的突起,伸至邻近细胞内此时细菌被两层膜包脂酶A破 坏空泡膜的,志贺氏菌则与i一aB基因表达的裹,细菌破坏这两层膜后,就进人邻近的细胞一种接触性 溶血素有关李氏杆菌的溶血素称为李氏细菌在 细胞 内的运动与细菌分裂密不可分在处溶素 LLO),是孩菌重要的致病因 子.LLO基因于分裂 状态的细菌 的一端,包 裹细菌的肌动蛋白聚合(h iy)缺失菌株则不能在小 鼠巨噬细胞及非巨噬细胞系并组合在一起形成微丝。

这些肌动蛋白纤维在延伸的中生长[ l2〕.电镜观察发现缺失株位于 空泡 内,而亲本菌同时,又被。