金黃色葡萄球菌中毒性休克毒素-1的研究進(jìn)展*

褚敏君 綜述，麻明彪，杜廷義 審校

昆明醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院檢驗(yàn)科，云南昆明 650228

金黃色葡萄球菌是醫(yī)院和社區(qū)獲得性感染最常見(jiàn)的病原菌之一，分離率位居前列，是臨床抗感染治療的一大難題。金黃色葡萄球菌的高致病性及迅速傳播與毒力因子分泌有較強(qiáng)的相關(guān)性，其主要毒力因子，如成孔毒素、表皮剝脫毒素和超級(jí)抗原均被證實(shí)與某些疾病之間存在聯(lián)系。中毒性休克毒素-1(TSST-1)是噬菌體Ⅰ群金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的外毒素，屬于致熱原性超抗原(SAg)家族，可引發(fā)脫屑型皮疹、高熱、臟器功能紊亂等癥狀，甚至引發(fā)中毒性休克，致死率高。因此，TSST-1的致病機(jī)制及臨床意義研究一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1 TSST-1的發(fā)現(xiàn)

1978年，TODD等[1]首次報(bào)道了一種以發(fā)熱、皮疹、低血壓休克為特征的急性多系統(tǒng)感染疾病，命名為中毒性休克綜合征(TSS)，并提出這種疾病與金黃色葡萄球菌感染有密切關(guān)系，引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。1981年，研究人員從TSS相關(guān)的金黃色葡萄球菌中分離到與發(fā)病密切相關(guān)的致熱外毒素C(PEC)[2]和腸毒素(SE)F[3]，并將其歸類為毒性休克相關(guān)蛋白(TSAP)。隨后，大量證據(jù)表明PEC和SEF在生化、生物學(xué)和免疫學(xué)方面高度相同，因此在1984年第一屆國(guó)際TSS研討會(huì)上正式將其歸為一類，并更名為T(mén)SST-1。

2 TSST-1的表達(dá)調(diào)控

由于TSST-1的產(chǎn)生量與疾病直接相關(guān)，研究其表達(dá)調(diào)控有助于為制訂合理的TSST-1基因陽(yáng)性金黃色葡萄球菌感染控制對(duì)策提供依據(jù)。TSST-1由tst基因編碼，該基因存在于細(xì)菌染色體上的葡萄球菌致病島1(saPI 1)內(nèi)，全長(zhǎng)207 bp，編碼234個(gè)氨基酸。TSST-1的表達(dá)受到環(huán)境和基因多系統(tǒng)的復(fù)雜調(diào)控，多種因素(包括葡萄糖、O2、鎂離子、血紅蛋白的α和β鏈、抗菌藥物、pH及菌落微環(huán)境等)均可觸發(fā)毒力調(diào)節(jié)因子在TSST-1表達(dá)中的調(diào)節(jié)作用。

群體感應(yīng)系統(tǒng)(Agr)和葡萄球菌輔助調(diào)節(jié)因子(Sar)A家族是TSST-1的重要毒力調(diào)節(jié)因子。Agr可通過(guò)產(chǎn)生高水平的效應(yīng)分子RNAⅢ，抑制毒素阻遏因子(Rot)的轉(zhuǎn)錄和翻譯，正向調(diào)節(jié)TSST-1的表達(dá)[4]。相反，SarA家族則通過(guò)與tst基因啟動(dòng)子結(jié)合，負(fù)向調(diào)控TSST-1的表達(dá)，在菌株S.aureus MN8中是TSST-1表達(dá)的有效抑制劑[5]。ZHAO等[6]發(fā)現(xiàn)，在臨床分離株中，位于與SarA結(jié)合的AT富集區(qū)的堿基T缺失可能導(dǎo)致TSST-1的高表達(dá)。此外，碳分解代謝蛋白A(CCPA)基因[7]、葡萄球菌呼吸反應(yīng)雙組分系統(tǒng)(SrrAB)[8]、σB[9]等調(diào)節(jié)因子也可在特定條件下發(fā)揮作用，共同影響TSST-1的表達(dá)。也有研究發(fā)現(xiàn)，SrrAB、RNAⅢ、SarT和CCPA僅在特定菌株中異常表達(dá)，表明不同菌株的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可能不同[6]。甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌(MSSA)比耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)有更大的潛力分泌毒素，這可能與MSSA缺少葡萄球菌染色體mec基因盒(SCCmec)元件，其分離株的遺傳適合度負(fù)擔(dān)更小有關(guān)[6-7]。

3 TSST-1的致病機(jī)制

當(dāng)tst基因被激活時(shí)即可表達(dá)TSST-1。TSST-1是等電點(diǎn)為7.2的單一多肽鏈，主要通過(guò)發(fā)揮超抗原特性以及增強(qiáng)內(nèi)毒素易感性造成機(jī)體局部和全身?yè)p傷。皮膚和黏膜是機(jī)體抵御病原體感染的重要屏障。TSST-1可通過(guò)與陰道上皮細(xì)胞表面的CD40結(jié)合產(chǎn)生趨化因子，破壞黏膜屏障，是已知的唯一可以穿透黏膜表面，引起陰道源性TSS的超抗原[10]。進(jìn)入機(jī)體后，TSST-1無(wú)須加工處理，直接與抗原提呈細(xì)胞表面的主要組織相容性復(fù)合體(MHC)Ⅱ類分子的抗原結(jié)合槽外側(cè)非限制性結(jié)合，形成MHCⅡ-TSST-1復(fù)合物，激活T細(xì)胞抗原受體的特異性β鏈V區(qū)(TCR-Vβ)。T細(xì)胞活化、增殖并釋放大量炎癥細(xì)胞因子，引起強(qiáng)烈的免疫應(yīng)答，最終導(dǎo)致機(jī)體炎性反應(yīng)失控和多器官損傷[11]。同時(shí)，TSST-1也可抑制B細(xì)胞分化為免疫球蛋白分泌細(xì)胞，從而躲避宿主的免疫攻擊[12]。

此外，TSST-1可以直接損傷Kupffer細(xì)胞和竇狀內(nèi)皮細(xì)胞[13]，抑制內(nèi)毒素脫顆粒反應(yīng)，使內(nèi)毒素大量蓄積，從而進(jìn)入全身血液循環(huán)引起內(nèi)毒素血癥。門(mén)靜脈血中高水平的內(nèi)毒素還會(huì)直接損傷肝細(xì)胞，從而影響肝臟的解毒能力。僅需極低水平的內(nèi)毒素即可使患者發(fā)生嚴(yán)重的低血壓和休克，甚至導(dǎo)致死亡。TSST-1還可與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合引起毛細(xì)血管滲漏，并導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞死亡及對(duì)內(nèi)毒素的敏感性增強(qiáng)，增強(qiáng)皮膚過(guò)敏反應(yīng)。

4 TSST-1的臨床研究

4.1tst基因的表達(dá)

4.1.1與疾病的相關(guān)性 TSST-1最早被認(rèn)為是金黃色葡萄球菌感染引起的TSS的重要病因，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，引起其他侵襲性疾病的金黃色葡萄球菌也攜帶tst基因。ZAREI等[14]研究發(fā)現(xiàn)，tst基因與金黃色葡萄球菌感染的易感性相關(guān)，即攜帶tst基因的金黃色葡萄球菌越多，患者越容易被感染。

tst基因與感染部位、嚴(yán)重程度及轉(zhuǎn)歸都可能存在密切關(guān)系，對(duì)患者構(gòu)成潛在威脅。從感染部位來(lái)看，tst基因陽(yáng)性菌株主要分離自菌血癥、呼吸道感染和腹腔感染患者[15-18]，而檢出科室主要集中在重癥監(jiān)護(hù)室。段曉丹等[19]報(bào)道tst基因陽(yáng)性的臨床分離株主要來(lái)源于痰液、膿液標(biāo)本，提示tst基因陽(yáng)性菌株很可能引起呼吸系統(tǒng)感染及化膿性病變。此外，陳吟霜等[20]對(duì)膿毒血癥患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，tst基因檢出率高于其他毒素基因。日本的1項(xiàng)研究也表明，金黃色葡萄球菌血流感染患者的2周病死率與tst基因陽(yáng)性菌株相關(guān)[21]。

4.1.2攜帶率及分型 tst基因最初主要在MSSA中攜帶，但隨著多重耐藥菌株引起的感染日益流行，MRSA中tst基因攜帶率不斷升高。tst基因陽(yáng)性菌株在臨床分離的MRSA中占10%～90%，差異較大；國(guó)內(nèi)近年來(lái)tst基因總檢出率為10%～30%，MRSA中tst基因檢出率均高于MSSA，且tst基因檢出率呈逐年增高趨勢(shì)[6，22]。tst基因陽(yáng)性MRSA的Agr分型以Agr2型為主，SCCmec分型以Ⅱ和Ⅲ型居多。在沈利蒙等[22]的研究中，殺白細(xì)胞毒素(PVL)基因和tst基因陽(yáng)性MRSA均以SCCmecⅢ型為主。ZHAO等[6]研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)tst基因陽(yáng)性菌株流行譜系為MRSA ST5(CC5)-Agr2-t002-SCCmecⅡ。

4.1.3與其他毒力因子的共表達(dá) PVL是金黃色葡萄球菌最主要的致病毒素。TSST-1作為唯一可以穿透黏膜的超抗原，可與PVL協(xié)同作用，加重感染。有報(bào)道稱，攜帶PVL和tst基因的MRSA除對(duì)萬(wàn)古霉素敏感外，對(duì)其他抗菌藥物均耐藥，臨床應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注[19]。

4.2抗毒力治療

4.2.1抗菌藥物治療 抗菌藥物是治療金黃色葡萄球菌感染的重要藥物。研究表明，細(xì)胞壁活性抗菌藥物(β-內(nèi)酰胺類)可增加外毒素的產(chǎn)生，而核糖體活性抗菌藥物(利奈唑胺和克林霉素等)對(duì)毒力表達(dá)具有抑制作用，可作為改善毒素相關(guān)金黃色葡萄球菌感染性疾病患者預(yù)后的有效治療藥物[23]。SHARMA等[24]在小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，感染早期使用克林霉素可減少TSST-1的產(chǎn)生，具有極好的毒力抑制作用。然而，克林霉素的抗毒力作用僅對(duì)可誘導(dǎo)克林霉素耐藥的金黃色葡萄球菌有效，對(duì)結(jié)構(gòu)性克林霉素耐藥菌則不起作用[25]。

4.2.2靶向治療 越來(lái)越多的抗菌藥物耐藥促使人們開(kāi)發(fā)出新的策略來(lái)對(duì)抗細(xì)菌感染。直接針對(duì)致病因子進(jìn)行靶向治療為抗菌藥物替代品的研究及開(kāi)發(fā)提供了新的切入點(diǎn)。目前，TSST-1的靶向治療研究主要為針對(duì)tst基因表達(dá)調(diào)控的毒力抑制劑和針對(duì)TSST-1蛋白質(zhì)致病機(jī)制的免疫抑制劑。

Agr和SarA為金黃色葡萄球菌的重要毒力調(diào)節(jié)因子，是抗TSST-1治療的重要靶標(biāo)。雷氏乳桿菌人體陰道分離株RC-14產(chǎn)生的小信號(hào)分子能夠干擾Agr的表達(dá)，從而抑制TSST-1在菌株S.aureus MN8中的表達(dá)[26]。云南白藥可以顯著抑制RNAⅡ和RNAⅢ的表達(dá)，進(jìn)而使TSST-1等相關(guān)毒力因子的產(chǎn)量顯著降低，是一種潛在的金黃色葡萄球菌感染抑制劑[27]。在免疫抑制方面，RUKKAWATTANAKUL等[28]研制的抗金黃色葡萄球菌TSST-1人單鏈抗體HuscFvs可與TSST-1殘基形成接觸界面，干擾TSST-1與TCR-Vβ的結(jié)合，抑制T細(xì)胞活化增殖，并通過(guò)干擾TSST-1的幾個(gè)重要?dú)埢瓜嚓P(guān)細(xì)胞因子釋放減少，其有望在未來(lái)應(yīng)用于臨床。此外，一些炎癥因子抑制劑，如姜黃素、山莨菪堿等對(duì)T細(xì)胞增殖無(wú)明顯抑制作用，但能顯著降低TSST-1誘導(dǎo)產(chǎn)生的干擾素(IFN)-γ和IFN-α水平。

4.2.3疫苗研發(fā) 開(kāi)發(fā)有效的疫苗可從源頭上預(yù)防和控制金黃色葡萄球菌感染。目前針對(duì)金黃色葡萄球菌表面抗原開(kāi)發(fā)的疫苗都尚未取得良好的臨床效果，甚至?xí)又馗腥?，而針?duì)SAg的單克隆抗體已被證明在動(dòng)物研究中可發(fā)揮作用[29]。NARITA等[30]研究發(fā)現(xiàn)，TSST-1疫苗能誘導(dǎo)記憶T細(xì)胞在記憶期產(chǎn)生白細(xì)胞介素(IL)-10并下調(diào)IL-17，用抗IL-10 治療接種疫苗的小鼠可在記憶期使小鼠免于全身性金黃色葡萄球菌感染。同時(shí)，由TSST-1、SEB和SEA 的類毒素組成的融合類毒素疫苗(TBA 225)也在TSS小鼠模型中被證明具有保護(hù)作用[31]。針對(duì)該融合類毒素疫苗產(chǎn)生的抗體可廣泛中和多種臨床相關(guān)金黃色葡萄球菌的純化SAg，其有望成為預(yù)防金黃色葡萄球菌感染的抗毒力多價(jià)類毒素疫苗的組成部分。

5 展 望

多重耐藥菌的日益流行及社區(qū)獲得性感染率的不斷上升使金黃色葡萄球菌感染的診療越來(lái)越困難。毒力因子的攜帶與金黃色葡萄球菌的致病及傳播密切相關(guān)，是當(dāng)前診斷和治療研究的熱點(diǎn)。TSST-1作為金黃色葡萄球菌的重要毒力因子，主要通過(guò)發(fā)揮超抗原特性引發(fā)機(jī)體炎性反應(yīng)失控和多器官損害，且其基因的攜帶情況與金黃色葡萄球菌感染的部位、嚴(yán)重程度及轉(zhuǎn)歸都可能存在密切關(guān)系。因此，tst基因有望作為一個(gè)分子診斷標(biāo)志物，為金黃色葡萄球菌感染患者的早期診斷及病情評(píng)估提供幫助。在治療方面，目前針對(duì)TSST-1的抗毒力治療仍然是以抗菌藥物為主，但該方法療效受到一定限制，針對(duì)基因及分子水平方面的靶向治療雖然已有大量研究，但仍未找到較為合適的方法。深入研究TSST-1的表達(dá)調(diào)控及致病機(jī)制，合理設(shè)計(jì)抗毒力治療的靶點(diǎn)將是未來(lái)研究的重要方向。相信在不久的將來(lái)，對(duì)于TSST-1上述問(wèn)題的深入探討一定能為金黃色葡萄球菌感染的診斷、治療提供新的方向，為促進(jìn)人類健康提供新的思路。