布魯氏菌調控系統(tǒng)的研究進展

肖延仁

（河北省南宮市農業(yè)農村局 055750）

1 引言

布魯氏菌病通過感染動物的體液傳播給人類。 在幾個布魯氏菌的種屬中，最常見的是可引起嚴重慢性疾病的羊、牛和豬種布魯氏菌[1]。 其中，牛種細菌的宿主是牛和野牛，羊種布魯氏菌的天然宿主是綿羊、山羊和駱駝，豬種布魯氏菌的天然宿主是豬。

布魯氏菌進入吞噬細胞后，不與內質網結合，并迅速降解，表明新生蛋白的表達或分泌在細菌感染期間的運輸是必需的。此外，使用滅活的布魯氏菌的疫苗，不能引起保護性反應。 在布魯氏菌中發(fā)現了幾種調控基因表達的調控因子。 密度感應、應急反應、 雙組分調節(jié)系統(tǒng)和藍光敏感性LOV-HK 蛋白參與了布魯氏菌對不同環(huán)境的適應性反應。

2 布魯氏菌的密度感應系統(tǒng)

2.1 概述

密度感應系統(tǒng)（QS）是由自身誘導因子和調節(jié)蛋白組成。 布魯氏菌的QS 調控許多基因的表達。 目前，對密度感應網絡中的大多數基因知之甚少， 這些基因是通過基因芯片和轉錄分析確定的。 目前已經發(fā)現了一些編碼轉錄調節(jié)因子的基因，但編碼蛋白調控系統(tǒng)的靶基因還尚未被研究。 這些調控系統(tǒng)中IV 型分泌系統(tǒng)、鞭毛系統(tǒng)和環(huán)1，2-β-葡聚糖系統(tǒng)是已知的毒力因子，它們受密度調控感應系統(tǒng)的調控。

3 VirB IV 型分泌系統(tǒng)

在巨噬細胞感染過程中，VirB IV 型分泌系統(tǒng)至關重要[2]。布魯氏菌在通過巨噬細胞胞飲內化期間， 需要與內質網融合建立復制環(huán)境。 在小鼠感染模型中，布魯氏菌virB 突變株是減毒的。目前，已經對VirB 系統(tǒng)分泌的效應分子進行研究。 現在能夠確定的兩個公認的IV 型分泌系統(tǒng)效應蛋白是VceA 和VceC。這兩個蛋白質的分泌依賴于VirB 進入被感染的巨噬細胞的細胞質中。 早期研究數據表明，布魯氏菌通過IV 型分泌系統(tǒng)識別的效應細胞特異性較低， 小周質蛋白可能通過分泌裝置從細胞中漏出。 然而， 這些蛋白含有IV 型分泌系統(tǒng)特異性的C-端分泌信號，并通過布魯氏菌外膜分泌到宿主細胞的胞漿中，表明這些蛋白是IV 型分泌系統(tǒng)的效應蛋白。

4 鞭毛系統(tǒng)

在許多細菌中， 密度感應系統(tǒng)調節(jié)細菌運動和生物膜的形成。 雖然布魯氏菌是一種不能運動的病原體，但最近研究發(fā)現它能產生鞭毛[2]。 布魯氏菌的鞭毛系統(tǒng)突變株感染巨噬細胞后表現出與親本株相似的毒力水平， 但在小鼠感染模型中其毒力是降低的[1，3]，表明鞭毛在發(fā)病機制中起著重要作用，但并不參與細菌對宿主細胞的侵襲。

5 調節(jié)蛋白

在布魯氏菌中已經確定出兩個密度感應調控蛋白：VjbR 和BlxR。 VjbR 對VirB 和鞭毛基因十分重要[3]。 最近發(fā)現VirB 操縱子和幾個鞭毛基因的表達也需要BlxR 調節(jié)蛋白，這表明在這兩種蛋白所控制的調控網絡存在重疊。 BlxR 缺失的突變株在巨噬細胞中表現出類似于vjbR 缺失突變株的生長缺陷[3]。 然而，與vjbR 基因的缺失不同，blxR 基因的缺失并不能完全減弱小鼠感染模型的毒力。 此外，blxR 突變株在小鼠模型中的傳播感染與野生型羊種布魯氏菌相似， 而vjbR 突變體在體內感染是有缺陷的[3]。

6 應激反應蛋白對營養(yǎng)缺乏的應答

布魯氏菌感染宿主細胞的一個主要障礙是吞噬體內營養(yǎng)物質的缺乏。 吞噬后，由于胞外營養(yǎng)成分的減少，布魯氏菌會立即停止合成周質轉運蛋白，并改變三羧酸循環(huán)的活性。 參與氨基酸和核苷酸合成以及糖和氮代謝的布魯氏菌基因在細菌培養(yǎng)過程中是可有可無的，但在巨噬細胞感染時是必需的，這顯示了改變代謝狀態(tài)對細菌在細胞內生長是必需的。

細菌在吞噬過程中遇到的第一個環(huán)境是一個失去營養(yǎng)物質的酸性液泡。 VirB 表達的誘導是對在宿主細胞內遇到的液泡酸化和營養(yǎng)饑餓條件的應答。 在營養(yǎng)缺乏的條件下，誘導需要嚴格的反應調節(jié)因子Rsh 和整合宿主因子（IHF）。 在布魯氏菌中的營養(yǎng)饑餓通過Rsh 誘導應激反應，增加了IHF 的水平，與布魯氏菌VirB 啟動子結合，并在中性pH 下誘導轉錄。

7 布魯氏菌毒力因子的雙組分調控系統(tǒng)

雙組分系統(tǒng)由組氨酸和調節(jié)蛋白組成。 TCS 在布魯氏菌致病過程中發(fā)揮重要作用。 目前在布魯氏菌基因組中已經發(fā)現了20 多個雙組分系統(tǒng)，但其功能很少有研究。

除BvrR/BvrS 外，TceS/TceR 和TcfS/TcfR 雙組分調節(jié)系統(tǒng)也是布魯氏菌致病過程中所必需的[3]。 這兩組雙組分調控系統(tǒng)在布魯氏菌中作用被最近闡明， 這兩組雙組分調控系統(tǒng)缺失株在動物體內和宿主細胞中的生存是由缺陷的。 另外，其缺失株對宿主細胞的毒性也是減弱的，對多粘菌素的敏感性減弱。TceS/TceR和TcfS/TcfR 調控多種基因和蛋白的表達， 是布魯氏菌十分重要的毒力調控系統(tǒng)。牛種布魯氏菌中的雙組分系統(tǒng)PdhS，參與細胞分裂的控制[4]。 布魯氏菌其他雙組分系統(tǒng)對布魯氏菌的毒力有影響，并參與調控營養(yǎng)物質的吸收和氮代謝。

多個雙組分調控系統(tǒng)參與基因調控， 包括BvrR/BvrS 介導的外膜成分的改變，由PdhS 介導的不對稱細胞分裂，以及由光感壓介導的應對可見光的增加的毒力。 研究調控毒力因子表達的調控網絡動力學，以及調控系統(tǒng)所感知的環(huán)境信號，將有助于深入了解布魯氏菌致病性的適應機制。 此外，調節(jié)控網絡可能揭示病原體所使用的更多致病機制。