剛地弓形蟲與出生缺陷及其入侵機(jī)制研究進(jìn)展

徐溯 武逸人 勞祥達(dá) 宋黎 毛佐華

（復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系，上海 200032）

剛地弓形蟲（Toxoplasma gondii）是一種專性細(xì)胞內(nèi)寄生原蟲，可感染幾乎所有恒溫動(dòng)物。作為重要的機(jī)會(huì)致病原蟲，弓形蟲感染是導(dǎo)致免疫功能損傷或免疫缺陷患者，如艾滋病、器官移植及惡性腫瘤患者死亡重要原因之一，也是重要的致畸性病原生物體。孕婦感染可影響胎兒的發(fā)育，導(dǎo)致流產(chǎn)、畸胎、死胎、早產(chǎn)、出生缺陷等先天性弓形蟲病。近年來，隨著城市人口的增加，寵物飼養(yǎng)（尤其是貓）的隊(duì)伍不斷擴(kuò)大，加上飲食衛(wèi)生習(xí)慣等原因，弓形蟲感染的潛在危險(xiǎn)加大。本文就當(dāng)前弓形蟲的研究熱點(diǎn)綜述如下。

1 弓形蟲病的流行

弓形蟲病是在世界范圍內(nèi)感染最普遍的人獸共患寄生蟲病之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界有超過10億人感染了弓形蟲。我國是發(fā)現(xiàn)弓形蟲病最早的亞洲國家，不同地區(qū)感染率相差懸殊。國內(nèi)多數(shù)地區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)血清陽性率約5%～15%，平均8.5%，遠(yuǎn)低于一些西方國家，這可能與生活和飲食習(xí)慣有關(guān)。從1995～2002年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，中國弓形蟲感染人數(shù)已達(dá)6 100多萬，育齡婦女感染約1 300～1 500萬人，其中孕婦感染占6.25%～32.9%，每年約有9萬多名新生兒受侵［1］。

2 弓形蟲感染與出生缺陷的關(guān)系

對(duì)1 000名精神病患者及其母親弓形蟲抗體調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些人的弓形蟲感染率高達(dá)15%～25%，感染率明顯比正常人群高。大多數(shù)精神病患者的母親在孕期都曾經(jīng)與貓、狗等寵物有過密切接觸。對(duì)血清抗弓形蟲抗體與精神病之間關(guān)系的研究表明弓形蟲感染和精神病的發(fā)病之間可能有關(guān)［1，2］。國內(nèi)研究者曾對(duì)600名精神病患者進(jìn)行血清IgG抗體檢測，結(jié)果顯示精神病患者抗體陽性率為13.7%，明顯高于對(duì)照組（3%～4.5%）。而IgG和Ig M抗體陽性率，患者組分別為13.7%和5.3%，高于合并對(duì)照組（即正常對(duì)照組合并疾病對(duì)照組）分別為3.8%和2.8%；患者母親組分別為19.4%和9.1%，高于患者組和合并對(duì)照組［3］。一項(xiàng)50年內(nèi)針對(duì)17個(gè)國家關(guān)于精神病患者血清弓形蟲抗體的文章分析顯示，弓形蟲感染與精神病發(fā)病顯著相關(guān)［4］。

此外，智障兒童弓形蟲感染顯著高于正常人［5，6］。國內(nèi)一項(xiàng)研究同時(shí)對(duì)臨床診斷為弱智、智力欠佳和健康的兒童血清標(biāo)本進(jìn)行弓形蟲特異性抗體檢測，結(jié)果顯示，弱智兒童的平均陽性檢出率為20.69%，高于智力欠佳兒童組4.76%，明顯高于正常對(duì)照1.96%［5］。

3 弓形蟲的致病

3.1 先天性弓形蟲病

正常成年人感染弓形蟲后，絕大多數(shù)并沒什么癥狀或癥狀很輕，且能自愈。但弓形蟲一旦由母親傳染給胎兒，則可引起流產(chǎn)、死胎、畸形或出生缺陷。

先天性弓形蟲病主要有以下表現(xiàn)：

①智障、眼和腦疾病 約有30%～46%能傳給胎兒。胎兒損傷程度與胎齡呈反相關(guān)系。即感染發(fā)生越早，胎兒受損越嚴(yán)重。如感染發(fā)生在胎齡1～3個(gè)月，多引起流產(chǎn)、死產(chǎn)或生下無生活能力兒、發(fā)育缺陷兒。在胎齡4～6個(gè)月，多出現(xiàn)死胎、早產(chǎn)和嚴(yán)重的腦、眼疾患。當(dāng)胎齡7～9個(gè)月，胎兒已逐漸成熟，發(fā)育可以正常，但可有早產(chǎn)，或出生數(shù)月或數(shù)年后，才逐漸出現(xiàn)癥狀，如心臟畸形、心傳導(dǎo)阻滯、耳聾、小頭畸形或智力低下（IQ＜70）。

②其他器官疾病 不論早產(chǎn)或足月產(chǎn)，均可有先天性畸形等發(fā)生。主要表現(xiàn)有無腦兒、單眼、小眼畸形、小眼瞼、高度近視、斜視、眼球震顫、先天性耳聾、無臂、無足、畸形足、缺指趾、指趾發(fā)育不全、趾合并或多指趾、食道瘺管、食道閉鎖、無肛門、兩性畸形（雙陰道、陰莖短、尿道下裂）、雌雄同體、生殖器官缺陷、雙側(cè)多囊腎、臍疝伴內(nèi)臟外翻、單頭腦積水聯(lián)體畸胎、漏斗胸、腹壁缺損、大腸外翻、以及嬰兒肝炎綜合征（多臟器病變）等。各種畸形有單發(fā)或多發(fā)［7］。

③弓形蟲感染可以直接影響兒童智力。

3.2 獲得性弓形蟲病

指出生后人體經(jīng)食入弓形蟲感染所致。絕大多數(shù)弓形蟲感染為隱形感染，當(dāng)機(jī)體免疫功能底下時(shí)導(dǎo)致多器官病變，嚴(yán)重者可致死亡，多見免疫缺陷患者，如艾滋病、器官移植及惡性腫瘤患者等［7］。

4 弓形蟲的入侵機(jī)制

弓形蟲的致病作用不僅與蟲株毒力、宿主免疫狀態(tài)有關(guān)，近年來研究表明弓形蟲入侵宿主細(xì)胞與致病關(guān)系密切，入侵相關(guān)蛋白與弓形蟲的毒力關(guān)聯(lián)。

4.1 弓形蟲入侵宿主細(xì)胞的過程

4.1.1 弓形蟲入侵宿主細(xì)胞的動(dòng)力裝置

弓形蟲入侵宿主細(xì)胞主要依靠一種被稱為“滑行運(yùn)動(dòng)”的具有底物依賴作用的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式對(duì)于弓形蟲在組織當(dāng)中的轉(zhuǎn)移以及入侵宿主都起到了很重要的作用［8，9］?；羞\(yùn)動(dòng)并不需要伸出偽足或者發(fā)生細(xì)胞形狀的改變，而是通過一種復(fù)雜的線性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。這種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位于弓形蟲的質(zhì)膜和內(nèi)膜復(fù)合體（IMC，inner membrane complex）之間（如圖1a，c），滑行運(yùn)動(dòng)由肌球蛋白14及肌動(dòng)蛋白等一系列動(dòng)力蛋白共同完成［10］，在這個(gè)過程中，短的肌動(dòng)蛋白微絲的形成是決速步驟［11］。圖中的長方形方框部分是弓形蟲同宿主結(jié)合的關(guān)鍵部位（如圖1a），圖1b則展示了弓形蟲入侵結(jié)腸腺癌細(xì)胞的過程。

圖1 弓形蟲入侵宿主細(xì)胞的動(dòng)力裝置 （采Carruthers，2007）

4.1.2 入侵過程

弓形蟲的入侵過程可分為以下7個(gè)階段（見圖2）：

圖2 弓形蟲入侵宿主細(xì)胞的過程 （采Carruthers，2007）

① 首先為起始依附（Initial attachment）。起始依附的過程涉及SAG與宿主細(xì)胞表面受體的識(shí)別。SAG在弓形蟲細(xì)胞表面廣泛分布，其作用為使弓形蟲與宿主細(xì)胞表面以低親和力在側(cè)面相互作用。起始依附的過程是可逆的，若蟲體在機(jī)體內(nèi)遇到不適合的細(xì)胞，或是入侵的條件不理想時(shí)，可脫離依附的細(xì)胞。

②起始依附之后是頂端依附（apical attachment）。弓形蟲微線體密集地分布在蟲體的頂端，在蟲體內(nèi)鈣離子水平升高時(shí)釋放出微線體蛋白（MIC）到蟲體外，與宿主細(xì)胞受體相互作用。微線體蛋白上有多種黏附結(jié)構(gòu)域，使弓形蟲能黏附在任何細(xì)胞上。

③ 弓形蟲入侵的第三步為移動(dòng)連接體（moving junction，MJ）的形成。MJ為一環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由AMA1和RON蛋白結(jié)合而成，可在弓形蟲頂端與宿主細(xì)胞之間形成一小于6nm的親密結(jié)合界面。

④在MJ環(huán)形成的同時(shí)，蟲體釋放ROP注入宿主細(xì)胞，其中有些ROP連結(jié)在納蟲泡上，其他則移至宿主細(xì)胞的其他位點(diǎn)。

表1 弓形蟲SAG主要特點(diǎn)及其功能

表2 弓形蟲MIC的特點(diǎn)及主要功能

⑤ 在入侵（invasion）的過程中，蟲體在其原生質(zhì)膜下的肌動(dòng)-肌球蛋白馬達(dá)所產(chǎn)生的自身滑動(dòng)力作用下，迅速擠過連接區(qū)域，進(jìn)入宿主細(xì)胞內(nèi)。隨著蟲體的進(jìn)入，MJ環(huán)也從前方移至后方，蟲體內(nèi)陷形成納蟲泡。

⑥當(dāng)蟲體完全進(jìn)入細(xì)胞后，MJ環(huán)在蟲體后方融合，完成關(guān)閉（closure）。

⑦最后，納蟲泡膜和宿主細(xì)胞膜分裂，即為分離（separation）［12］。

4.2 與入侵宿主細(xì)胞相關(guān)的重要蛋白

弓形蟲幾乎可以侵入除紅細(xì)胞外所有的有核細(xì)胞，入侵機(jī)制與“受體—配體”以及宿主細(xì)胞間的相互作用有關(guān)，也是致病的重要一環(huán)。入侵過程和蟲體納蟲泡的演變及修飾與蟲體表面蛋白、微線體蛋白、棒狀體蛋白關(guān)系十分密切。

4.2.1 表面抗原（surface antigen，SAG）

在弓形蟲入侵宿主細(xì)胞的過程中，SAG發(fā)揮著十分重要的作用［9，13，14］。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的SAG 有數(shù)十種（見表1），而較為重要的是SAG1、SAG2A、SAG3三種蛋白。另外，SRS3、SAG4A和BSR4同樣可產(chǎn)生編碼的蛋白，其功能與前三種蛋白有相似之處［15］。

4.2.2 微線體蛋白（microneme protein，MIC）

微線體蛋白位于弓形蟲前端的微線體中，該蛋白含有類似真核細(xì)胞黏附分子的保守結(jié)構(gòu)域，如血小板結(jié)合蛋白樣結(jié)構(gòu)域（thrombospondinlikedomain，TSP）、整合素 A 樣結(jié)構(gòu)域 （integrin A-like domain）、表皮生長因子樣結(jié)構(gòu)域（EGF-like domain）、幾丁質(zhì)結(jié)合結(jié)構(gòu)域（chitin binding-like domain，CBL）等。其中一些與弓形蟲入侵宿主細(xì)胞有關(guān)，如微線體蛋白可與宿主細(xì)胞膜受體作用后形成移動(dòng)接點(diǎn)（moving junction）入侵細(xì)胞［16，17］。

目前已知的微線體蛋白有15種以上（見表2），包括MIC1-MIC13、AMA1、TgSPATR等。微線體蛋白在分泌、運(yùn)輸和釋放過程中，常以復(fù)合體形式起作用，己知的有 MIC1／4／6復(fù)合體、MIC3／8復(fù)合體和MIC2／M2 AP復(fù)合體［17，18］。在每一個(gè)復(fù)合體內(nèi)，必有一個(gè)蛋白含有一個(gè)跨膜域和一個(gè)胞質(zhì)尾，胞質(zhì)尾含有定位選擇信號(hào)，這是復(fù)合體從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)轿⒕€體的相關(guān)部位所必需的，這種蛋白被定義為“護(hù)航蛋白”，如MIC8、MIC6和M2AP。與護(hù)航蛋白結(jié)合的可溶性蛋白具有能與宿主細(xì)胞表面結(jié)合的結(jié)構(gòu)域［19-22］。

表3 弓形蟲特異性ROP的特點(diǎn)及主要功能

4.2.3 棒狀體蛋白（Rhoptry proteins）

根據(jù)棒狀體結(jié)構(gòu)不同來源主要分為球端蛋白（rhoptry bulb，ROP）和頸端蛋白（rhoptry neck，RON），業(yè)已發(fā)現(xiàn)18種ROP（見表3）以及5種RON蛋白［23］，后 者 蛋 白 RON2，4，5 與 微 線 體 蛋 白AMA1聚集的復(fù)合物4是構(gòu)成移動(dòng)接點(diǎn)的關(guān)鍵［24］。分泌后的棒狀體蛋白定位主要有三：納蟲泡、納蟲泡膜和宿主細(xì)胞內(nèi)（包括細(xì)胞核和細(xì)胞漿）。

4.2.4 致密顆粒蛋白（dense granule protein，DRA）

目前已知14種致密顆粒體蛋白（見表4），該蛋白功能主要參與改變或修飾納蟲泡，使之更加有利于蟲體在細(xì)胞內(nèi)的存活和繁殖。DRA既結(jié)合于納蟲泡膜上，也可結(jié)合于納蟲泡微管系統(tǒng)，被認(rèn)為在寄生蟲-宿主相互作用中充當(dāng)重要角色。當(dāng)GRA被分泌進(jìn)入納蟲泡后，僅GRA1、磷酸水解酶和蛋白抑制因子存留于納蟲泡腔中，大部分蛋白都結(jié)合于膜上，其中，GRA2，4，6形成多聚復(fù)合體［25］，而 GRA3，5，7，8，10則直接與納蟲泡膜相連［26-32］。

5 展望

弓形蟲病是一種全球分布的人獸共患寄生蟲病，因其感染方式多樣、危害嚴(yán)重且與出生缺陷密切相關(guān)，極大影響我國“優(yōu)生優(yōu)育”這一基本國策。目前，國內(nèi)外對(duì)弓形蟲的研究面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，從廣義而言，在弓形蟲病的診斷標(biāo)準(zhǔn)、高效安全的藥物研制、疫苗開發(fā)、致病和免疫機(jī)制、預(yù)防和健康生活理念的宣傳及制定等方面存在諸多問題沒有解決。從狹義而言，對(duì)弓形蟲尚存許多不解之處，如弓形蟲與宿主間的相互關(guān)系、速殖子與緩殖子轉(zhuǎn)化機(jī)制、蟲體釋放物質(zhì)如何影響宿主細(xì)胞的代謝和基因表達(dá)、以及導(dǎo)致智障與出生缺陷等研究處于頸瓶階段。因此，制定診斷標(biāo)準(zhǔn)、加大力度對(duì)弓形蟲感染狀況調(diào)查、在基礎(chǔ)、臨床以及預(yù)防措施等方面加強(qiáng)研究，對(duì)提高我國人口素質(zhì)、優(yōu)生優(yōu)育、節(jié)約醫(yī)療、家庭和社會(huì)資源有十分重要的意義。

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