病原性細(xì)菌阻斷宿主補(bǔ)體系統(tǒng)激活的機(jī)制

谷九龍，李德龍，王思媛，劉婷，黃婷婷，吳敏，蘇思穎，李繼祥

（西南大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，重慶 榮昌 402460）

補(bǔ)體系統(tǒng)是由近40種蛋白組成的限制性蛋白水解系統(tǒng)，其中包含固有成分、補(bǔ)體系統(tǒng)活化的調(diào)節(jié)分子、補(bǔ)體受體以及活化過(guò)程中產(chǎn)生的活性片段與酶活性復(fù)合體[1]。正常生理情況下，固有成分均以非活性的酶原形式存在，主要通過(guò)三條途徑激活，即經(jīng)典途徑（classical pathway,CP）、凝集素途徑（lectin pathway,LP） 和旁路替代途徑（alternate pathway,AP）[2]。補(bǔ)體系統(tǒng)的激活過(guò)程可分為識(shí)別及活化階段、攻膜復(fù)合物（membrane attack complex,MAC）組裝及攻膜階段。三條激活途徑中補(bǔ)體的活化機(jī)制相似，均在產(chǎn)生C3轉(zhuǎn)換酶(C4b2a或C3bBb)、C5轉(zhuǎn)化酶(C4b2a3b或C3bBb3b)的基礎(chǔ)上裂解C5產(chǎn)生 C5b，并依次與 C6、C7、C8和 C9結(jié)合形成C5b-9復(fù)合體（即膜攻擊復(fù)合物，MAC）裂解靶細(xì)胞。但是，在經(jīng)典激活途徑中，通過(guò)免疫球蛋白IgG（或IgM）的Fc片段補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)與C1q結(jié)合，引起C1r活化使其具有絲氨酸蛋白酶活性，進(jìn)而裂解C1s分子而使其具有蛋白酶活性[3]；在凝集素激活途徑中，血漿中的凝集素（或纖維膠凝蛋白）直接識(shí)別細(xì)菌表面N-氨基半乳糖或甘露糖，激活與凝集素相關(guān)絲氨酸蛋白酶（MBL-associated serine proteases,MASPs）；旁路激活途徑的激活不依賴(lài)于對(duì)外源物質(zhì)的識(shí)別，而是通過(guò)補(bǔ)體C3分子內(nèi)部的酯硫鍵緩慢持續(xù)水解形成具有生物活性形式的C3(H2O)而自發(fā)激活[4]。補(bǔ)體系統(tǒng)的主要生理功能是促進(jìn)吞噬細(xì)胞的吞噬功能和溶解靶細(xì)胞，在宿主固有免疫和獲得性免疫中發(fā)揮重要作用[5]。病原性細(xì)菌感染宿主需要逃逸補(bǔ)體系統(tǒng)的清除，而不同細(xì)菌逃逸的機(jī)制存在差異[6-10]。逃避補(bǔ)體系統(tǒng)清除機(jī)制是病原性細(xì)菌的毒力因子及致病機(jī)制研究的重要內(nèi)容。本文對(duì)病原性細(xì)菌阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)識(shí)別與活化、攻膜復(fù)合物的形成與攻膜等進(jìn)行綜述，為相關(guān)研究提供資料參考。

1 病原性細(xì)菌的結(jié)構(gòu)蛋白阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)的識(shí)別

SpA作為金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)I型跨膜蛋白之一，其C端結(jié)合域X結(jié)合在細(xì)菌細(xì)胞壁，N端的免疫球蛋白結(jié)合域D、E、A、B與IgG結(jié)合，在此基礎(chǔ)上阻斷Fc受體介導(dǎo)的吞噬作用，并有效干預(yù)與C1q的識(shí)別與結(jié)合[11]。金黃色葡萄球菌可在其表面表達(dá)纖溶酶原結(jié)合受體(plasminogen binding receptor,PLGR)，當(dāng)與 PLG結(jié)合后在葡激酶的作用下激活成為纖溶酶裂解IgG，裂解后的IgG片段喪失C1q分子的識(shí)別位點(diǎn)，不僅抑制CP途徑的激活，且直接損害中性粒細(xì)胞的吞噬功能[12]。在其他細(xì)菌中，G族鏈球菌(Group G Streptococcus)的細(xì)胞壁蛋白G與殺鮭氣單胞菌(Aeromonas salmonicida)的外膜蛋白Proin均與IgG有極高的親和力，結(jié)合后C1q識(shí)別的補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)被完全掩蓋，阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)激活[13-14]。

2 病原性細(xì)菌分泌蛋白阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)的識(shí)別

肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumonia)分泌的肽鏈內(nèi)切酶O(Pep O)與C1q結(jié)合后，引起CP途徑的高強(qiáng)度激活，造成補(bǔ)體分子的大量消耗。此外，Pep O與C4BP(C4-binding protein,C4BP)具有高強(qiáng)度親和力，結(jié)合后可抑制C3轉(zhuǎn)化酶的形成，阻斷了下游補(bǔ)體系統(tǒng)激活[15]。該菌還可借助C1q作為肺炎球菌和宿主之間的分子橋梁，促進(jìn)細(xì)菌對(duì)細(xì)胞的粘附：當(dāng)C1q頭部球狀結(jié)構(gòu)與肺炎鏈球菌表面結(jié)合后，C1q的N端桿狀結(jié)構(gòu)與宿主細(xì)胞表面受體S、粘多糖結(jié)合，增強(qiáng)了肺炎球菌對(duì)宿主上皮和內(nèi)皮細(xì)胞的侵染[16]。Sbi作為金黃色葡萄球菌的一種分泌蛋白，可在該菌外膜通過(guò)與抗體Fc結(jié)合域結(jié)合來(lái)阻斷C1q的識(shí)別，且可直接與C3分子結(jié)合引起補(bǔ)體系統(tǒng)過(guò)度激活從而消耗補(bǔ)體分子，削弱補(bǔ)體系統(tǒng)激活強(qiáng)度[17]。

3 病原性細(xì)菌分泌蛋白阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)的活化

A族鏈球菌(Group A Streptococcus,GAS)已進(jìn)化出多重機(jī)制來(lái)破壞補(bǔ)體介導(dǎo)的先天免疫，其中Scp A作為其分泌蛋白能夠裂解C3分子，產(chǎn)生的異常大小C3a、C3b片段已失去其原有生物活性，直接影響細(xì)菌表面C3b的沉積、PMN的活化、吞噬與趨化作用[18]。而B(niǎo)族鏈球菌(group BStreptococcus,GBS)分泌的CIP蛋白對(duì)C4b有較高親和力，競(jìng)爭(zhēng)性的抑制C4b與C2a的結(jié)合，阻止C4b2a的形成，下調(diào)CP和LP 激活[19]。

金黃色葡萄球菌分泌的胞外黏附蛋白EaP一方面與C4b緊密結(jié)合，占據(jù)C2b結(jié)合位點(diǎn)抑制CP、LP中C4b2a的形成；另一方面，抑制C3b在該菌表面的沉積，降低宿主機(jī)體吞噬調(diào)理和PMN殺傷作用[20]。該菌還可通過(guò)另一種蛋白Ecb，阻斷補(bǔ)體受體1(complement recepetor-1,CR1)與C3b結(jié)合，削弱CR1在蛋白酶解活化過(guò)程中的協(xié)同因子活性，且Ecb通過(guò)與CR1結(jié)合來(lái)限制其對(duì)C3b的識(shí)別，導(dǎo)致吞噬細(xì)胞對(duì)該菌的吞噬功能受損，以此介導(dǎo)其免疫逃避[21]。

白色念珠菌(Candidaalbicans)分泌的Pra1蛋白與金黃色葡萄球菌分泌的金屬蛋白酶(Metalloprotease Aureolysin)它們?cè)诓煌稽c(diǎn)修飾C3α鏈。前者在Ser742與His743之間裂解C3分子，后者在Asn750與Leu751之間裂解，而機(jī)體內(nèi)源性C3轉(zhuǎn)化酶則作用于Arg748與Ser749之間。非內(nèi)源性C3轉(zhuǎn)化酶裂解所形成的新型C3b分子極易被CFH(complement factor H,CFH)與 CFI(complement factor I,CFI)降解，抑制活性片段的生物效應(yīng)功能，阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)的激活[22-23]。

卡他莫拉菌(Moraxellacatarrhalis)外膜蛋白Usp家族主要由UspA1、A2組成，重組表達(dá)的UspA1和A2均可與C3分子結(jié)合，且結(jié)合域位于C3d，抑制C3b沉積及C3a釋放，阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)激活，抑制C3a介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[24]。腸道出血性大腸桿菌(enterohemorrhagic Escherichiacoli,EHEC)的重要毒力因子EspP蛋白酶能夠裂解C3、C5分子，裂解后所產(chǎn)生的分子片段失去原有活性，阻斷補(bǔ)體酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生[25]。鴨疫里默氏桿菌(Riemerella anatipestifer,RA)的胞外蛋白酶S通過(guò)抑制CP和LP中C3b、C4b的沉積，抑制補(bǔ)體系統(tǒng) C3轉(zhuǎn)化酶（C4b2a、C3bBb）的形成，削弱PMN對(duì)于RA的吞噬和殺滅作用[26]。

4 病原性細(xì)菌招募宿主的補(bǔ)體調(diào)節(jié)因子阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)的活化

大腸桿菌O15:H7(Escherichia coli O157:H7)分泌的金屬蛋白酶StcE，以一種特殊的方式阻斷補(bǔ)體級(jí)聯(lián)：通過(guò)招募C1抑制物(C1 INH)附著于細(xì)胞表面，對(duì)局部進(jìn)行補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)的下調(diào)。C1 INH，作為宿主重要補(bǔ)體調(diào)節(jié)因子，與C1s或MASPs相互作用，控制C4和C2分子的裂解，抑制經(jīng)典和凝集素途徑的激活[27]。

嗜肺巴氏桿菌 (Pasteurella pneumotropica)可將C4BP和CFH招募到其表面并與之結(jié)合。作為補(bǔ)體調(diào)節(jié)因子，C4BP能與C2a競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合C4b，并作為CFH的輔助因子，抑制CP、LP中C4b2a的裝配并加速其解離[28]。CFH與C3b結(jié)合，加速AP途徑中C3bBb的解離與衰變，且作為I因子輔助因子介導(dǎo)C3b的裂解，抑制C3轉(zhuǎn)化酶的形成，阻斷整個(gè)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生[29]。淋病奈瑟氏菌(Neisseria gonorrhoeae）和大腸桿菌K1的逃避機(jī)制相似，分別借助自身外膜蛋白，前者為外膜蛋白Por，后者為外膜蛋白A，招募C4BP來(lái)下調(diào)C3b的沉積和阻斷下游補(bǔ)體系統(tǒng)的激活[30-31]。

膜輔助蛋白 (membrane cofactor protein，MCP)是一種體內(nèi)廣泛分布的補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，同時(shí)也作為宿主細(xì)胞表面的受體蛋白。淋病奈瑟氏菌和腦膜炎奈瑟氏菌 (Neisseria meningitides)的菌毛可與MCP結(jié)合，促進(jìn)其對(duì)宿主細(xì)胞的吸附與侵入，形成典型的膜輔助蛋白遷移模式[32-34]，MCP可輔助CFI介導(dǎo)C3b、C4b降解，阻斷下游補(bǔ)體分子的活化[35]。肺炎鏈球菌的表面蛋白Tuf，可與CFH、FHL-1、CFHR1及PLG結(jié)合。一方面借助結(jié)合的CFH和FHL-1抑制補(bǔ)體分子活性來(lái)阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)激活通路，另一方面可通過(guò)酶原激活劑激活血纖維蛋白溶酶裂解C3與C3b。作為該菌的新型致病因子，不僅可逃逸補(bǔ)體系統(tǒng)攻擊，且在細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)降解過(guò)程中發(fā)揮作用[36]。

5 病原性細(xì)菌分泌蛋白阻斷MAC的組裝與攻膜

糖酵解酶-磷酸甘油激酶(Phosphoglycerate kinase，PGK)是糖酵解的關(guān)鍵酶，也是每種生物得以生存的必須酶，該酶的缺乏可引起生物體代謝等功能的紊亂。而肺炎鏈球菌分泌的糖酵解酶-磷酸甘油激酶(Phosphoglycerate kinase，PGK)在補(bǔ)體激活中有額外的調(diào)節(jié)作用：PGK可與MAC組件C5、C7、C9分子相互作用，阻斷MAC的組裝及外膜插入，且PGK還可與血纖維蛋白溶酶原結(jié)合，裂解核心活性片段C3b從而進(jìn)一步調(diào)控補(bǔ)體攻擊[37]。

由大腸桿菌K12的TraT基因表達(dá)的TraT蛋白對(duì)于補(bǔ)體激活的抑制作用主要集中于C6，抑制C5b與C6的結(jié)合以及后續(xù)MAC的組裝和外膜插入[38]。A族鏈球菌所分泌的蛋白SIC，它的功能與補(bǔ)體調(diào)節(jié)因子S蛋白相似，可與C5b-7復(fù)合物結(jié)合，阻止其插入細(xì)胞膜進(jìn)而阻斷MAC的組裝[39]。迄今為止，金黃色葡萄球菌所分泌的超抗原樣蛋白(staphylococcal superantigen-likeproteins，SSLs)已有14種被人們發(fā)現(xiàn)。其中SSL7，大小為23kDa的蛋白分子，它可作為一種補(bǔ)體系統(tǒng)激活抑制分子，與C5特異性結(jié)合，有效的抑制C5裂解為C5a、C5b，阻斷MAC的形成，由此介導(dǎo)細(xì)菌逃避MAC的裂解[40]。類(lèi)鼻疽伯克氏菌(Burkholderia pseudomallei)的可自身結(jié)構(gòu)-LPS多聚糖側(cè)鏈在空間上可代替細(xì)菌細(xì)胞壁與MAC結(jié)合，盡管級(jí)聯(lián)反應(yīng)的識(shí)別階段、活化階段已經(jīng)啟動(dòng)，但所形成MAC未結(jié)合至細(xì)菌表面，無(wú)法裂解細(xì)菌[41]。

補(bǔ)體系統(tǒng)是宿主固有免疫重要組成部分，當(dāng)病原性細(xì)菌侵入時(shí)激活，直接介導(dǎo)細(xì)菌的殺滅與清除。因此細(xì)菌進(jìn)化出高度專(zhuān)一的補(bǔ)體系統(tǒng)激活調(diào)節(jié)策略，通過(guò)修飾、降解不同階段中補(bǔ)體分子及生物活性物質(zhì)，或抑制其生物學(xué)功能來(lái)阻斷補(bǔ)體系統(tǒng)的激活。一個(gè)特定的病原性細(xì)菌可同時(shí)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)體系統(tǒng)激活通路，目前發(fā)現(xiàn)最常見(jiàn)的逃逸策略包括：阻斷C1q與免疫球蛋白IgG（或IgM）補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)的識(shí)別；分泌蛋白（酶）或招募宿主自身補(bǔ)體調(diào)節(jié)因子修飾、降解補(bǔ)體分子；抑制C3和C5轉(zhuǎn)化酶的形成；阻斷MAC組裝及附著等。多種逃逸機(jī)制可有效的為病原性細(xì)菌提供適宜的生存微環(huán)境。隨著近年來(lái)的研究，不僅病原性細(xì)菌的各種逃避機(jī)制漸漸被人們所發(fā)現(xiàn)，且對(duì)于病毒、真菌與寄生蟲(chóng)逃逸機(jī)制的研究也日漸深入。認(rèn)識(shí)和掌握它們的逃避機(jī)制不僅有助于我們了解病原微生物的致病機(jī)理，同時(shí)也為研究微生物免疫逃避的治療方法鋪平了道路。