布魯氏菌致病機(jī)制研究進(jìn)展

文立波，毋艷萍

（甘肅省動物疫病預(yù)防控制中心，甘肅 蘭州 730046）

布病是由布魯氏菌屬不同生物型的細(xì)菌引起的流行性人畜共患傳染病。1985年世界衛(wèi)生組織（WHO）布病專家委員會，依據(jù)布病感染動物的抗原性和感染差異，將布魯氏菌屬分為6個種19個生物型，主要致病菌為馬耳他布魯氏菌（B.melitensis）、流產(chǎn)布魯氏菌（B.abortus）和豬布魯氏菌（B.suis）[1]。

布魯氏菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)由內(nèi)膜和外膜組成，外膜核心多糖、O抗原、脂質(zhì)A構(gòu)成布魯氏菌的LPS，是布魯氏菌的重要毒力因子[2]。布魯氏菌是一種兼性胞內(nèi)寄生細(xì)菌，對淋巴網(wǎng)和生殖系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的組織趨向性，其細(xì)胞內(nèi)寄生方式可避開宿主免疫反應(yīng)系統(tǒng)，使機(jī)體免受抗生素的影響，并驅(qū)動臨床癥狀顯現(xiàn)，引起慢性感染，給布魯氏菌病的防控帶來了巨大挑戰(zhàn)。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《畜間布魯氏菌病防控五年行動方案（2022—2026年）》，根據(jù)方案要求，到2026年，全國畜間個體陽性率控制在0.4%以下，群體陽性率控制在7%以下；布病凈化和無疫小區(qū)建設(shè)工作扎實推進(jìn)，內(nèi)蒙古20%以上，遼寧、四川、陜西、甘肅、新疆50%以上，其他省份80%以上的牛羊種畜場（站）建成省級或國家級布病凈化場、無疫小區(qū)。因此，布病凈化仍是當(dāng)前布病防控面臨的主要挑戰(zhàn)，根據(jù)布病致病機(jī)制、不同地區(qū)防控能力和區(qū)域水平制定科學(xué)合理的布病綜合防控措施迫在眉睫。

1 布魯氏菌的分類和進(jìn)化

布魯氏菌屬由Meyer和Shaw于1920年建立[3]。由于當(dāng)時診斷技術(shù)的限制，物種的分類僅僅是基于表型性狀，如寄主的偏好、分化的生化反應(yīng)、在不同培養(yǎng)基上的生長特性等。Meyer和Shaw從對21種B.melitensis和32種B.abortus的研究中得出結(jié)論：人的波狀熱和山羊的馬耳他熱病原體，無法應(yīng)用形態(tài)學(xué)或生物化學(xué)方法與導(dǎo)致馴養(yǎng)動物感染性流產(chǎn)的病原體進(jìn)行區(qū)分。盡管如此，B.melitensis和B.abortus仍保留了它們作為單獨(dú)物種的名稱和地位。隨后，從豬中發(fā)現(xiàn)并分離獲得了豬種布魯氏菌（B.suis）[3]；從綿羊中發(fā)現(xiàn)并分離獲得了綿羊附睪種布魯氏菌（B.ovis）[4]；從沙漠林蛙中發(fā)現(xiàn)并分離獲得了沙林鼠種布魯氏菌（B.neotomae）[5]；從犬中發(fā)現(xiàn)并分離獲得了犬屬布魯氏菌（B.canis）[6]，并作為新種加入該屬。然而不同物種和生物變種的鑒別仍是一個難題，當(dāng)菌株顯示不典型的生化反應(yīng)時，無法將菌株歸類于現(xiàn)有的布魯氏菌種。

1968年，Hoyer首次在布魯氏菌屬成員中進(jìn)行了分子水平研究[7]，研究表明B.melitensis、B.abortus、B.suis和B.canis為同一個屬。1985年，Verger等[8]通過DNA雜交技術(shù)證實了不同物種之間的密切遺傳關(guān)系，研究認(rèn)為布魯氏菌屬中只有一種布魯氏菌，即B.melitensis。1987年，Ley等[9]得出了同樣結(jié)論。

2002年第一株羊種布魯氏菌16M株的基因序列公布，后來又公布了豬種布魯氏菌1330株。全基因組比較分析證實了這些基因組之間的親緣關(guān)系，與DNA-DNA雜交結(jié)果一致。很明顯，布魯氏菌特別是B.suis菌株1330，與一些同植物共生的植物病原體和微生物，如農(nóng)桿菌和根瘤菌，具有廣泛的遺傳相似性，這表明布魯氏菌與土壤細(xì)菌有共同的祖先[10]。

遺傳和免疫學(xué)證據(jù)表明，所有成員的布魯氏菌屬密切相關(guān)，但不同物種的分離株始終聚集在不同的群體中，表現(xiàn)出寄主偏好和流行病學(xué)的相關(guān)差異，表明它們確實代表了不同生物型，盡管序列非常相似，但可能屬于不同的物種。因此，在2005年原核生物系統(tǒng)學(xué)國際委員會布魯氏菌分類學(xué)小組委員會明確了回歸1986年前布魯氏菌分類學(xué)意見的立場[11]，將布魯氏菌分為經(jīng)典的6個種19個生物型，不同于經(jīng)典菌種的其他菌種規(guī)定為新布魯氏菌種，目前已確定的新布魯氏菌種有6個。

2 布魯氏菌的胞內(nèi)生活史

布魯氏菌能夠以多種哺乳動物為宿主在其體內(nèi)定殖，其中反芻動物對布魯氏菌最易感，母畜感染后主要表現(xiàn)為流產(chǎn)。布魯氏菌感染后的致病性強(qiáng)弱和周期長短主要依賴其在吞噬細(xì)胞內(nèi)的生活史。

布魯氏菌通過附著在黏膜與上皮細(xì)胞表面受體結(jié)合，從而突破黏膜第一道屏障侵入機(jī)體，繼而被專職吞噬細(xì)胞吞噬，被吞噬后可通過脂筏再次侵入宿主細(xì)胞，形成被吞噬泡包裹的布魯氏菌液泡（BCV），8～12 h后，通過與核內(nèi)體相互作用獲得宿主標(biāo)記分子，使核內(nèi)體成熟形成酸化的核內(nèi)體。此時，BCV形成含有核內(nèi)體的布魯氏菌液泡（eBCV）。隨著BCV的不斷成熟，IV型分泌系統(tǒng)（T4SS）介導(dǎo)效應(yīng)蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）出口位點(diǎn)之間進(jìn)行相互作用，從而獲得內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體衍生膜；隨著早期宿主標(biāo)記分子的缺失，eBCV獲得了Lys標(biāo)記分子（如LAMP-1、Rab7等）[12-13]。BCV逃脫了溶酶體的降解后到達(dá)ER并建立小生態(tài)位，以依賴Sar1和Rab2的方式與ER融合[14]，BCV將轉(zhuǎn)化成可復(fù)制的rBCV，細(xì)菌開始大量增殖復(fù)制。在感染后期，rBCV會轉(zhuǎn)化為自噬性布魯氏菌液泡aBCV。此時，aBCV不再成熟。至此，布魯氏菌完成了胞內(nèi)的增殖循環(huán)，宿主最終通過裂解機(jī)制和非裂解機(jī)制釋放病原體[15]。

3 布魯氏菌的致病機(jī)制

布魯氏菌作為兼性胞內(nèi)細(xì)菌，侵入宿主細(xì)胞后能在較長時間內(nèi)定植、生長和繁殖，這完全依賴于布魯氏菌在宿主細(xì)胞內(nèi)的生存周期和逃逸宿主免疫系統(tǒng)的功能。在適應(yīng)機(jī)體細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的過程中，為了延緩先天免疫系統(tǒng)模式識別受體（PPPs）的識別，布魯氏菌可以改變自身的病原相關(guān)模式分子（PAMPs），限制IV型分泌系統(tǒng)依賴的含布魯氏菌的液泡與溶酶體腔室融合，避免其在細(xì)胞內(nèi)被破壞，同時抑制單核細(xì)胞凋亡，減少天然T淋巴細(xì)胞的激活。此外，布魯氏菌侵入機(jī)體后還可以干擾樹突狀細(xì)胞的成熟，減少抗原遞呈，影響免疫調(diào)節(jié)，從而持續(xù)感染機(jī)體。

3.1 布魯氏菌的免疫逃逸

研究表明，布魯氏菌可以改變自身的病原相關(guān)模式分子（PAMPs），來延緩先天免疫系統(tǒng)模式識別受體（PPPs）的識別，從而延遲宿主免疫反應(yīng)，建立慢性感染[16]。此外，布魯氏菌LPS對陽離子殺菌肽具有高度抗性，使布魯氏菌成為補(bǔ)體系統(tǒng)的不良激活劑[17]。補(bǔ)體C3通過與布魯氏菌LPS特異的O鏈接觸，抑制C3a和C5a的產(chǎn)生，從而避免宿主免疫系統(tǒng)的捕獲。同時，位于細(xì)胞壁表面的LPS具有許多長側(cè)鏈，可防止攻擊膜復(fù)合物接觸細(xì)胞膜。

布魯氏菌對磷脂酶A 2、導(dǎo)管蛋白catheteridin、賴氨酸Lys和防御素也有不同的抗性機(jī)制，既抑制巨噬細(xì)胞中IFN-γ介導(dǎo)的吞噬作用，又抑制TNF-α的表達(dá)，從而影響巨噬細(xì)胞的功能來逃避宿主的免疫反應(yīng)[18]。

布魯氏菌效應(yīng)物可調(diào)控樹突狀細(xì)胞（DC）成熟過程中TLR信號通路，對T淋巴細(xì)胞活化和抗原遞呈有顯著影響。

3.2 布魯氏菌在體內(nèi)的持續(xù)感染

布魯氏菌侵入巨噬細(xì)胞后，隨著BCV在ER內(nèi)的增殖，布魯氏菌通過菌體的某些特定成分與機(jī)體細(xì)胞相互作用，抑制殺菌劑的合成，抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活，從而誘導(dǎo)超敏反應(yīng)。此外，當(dāng)VirB編碼的T4SS刺激機(jī)體時，機(jī)體產(chǎn)生的自身免疫反應(yīng)可以抑制布魯氏菌的繁殖和生長，但不能殺死布魯氏菌，從而導(dǎo)致布魯氏菌與宿主發(fā)生對抗，最終引起全身性持續(xù)性感染。

布魯氏菌可抵抗吞噬細(xì)胞的殺傷，阻止T淋巴細(xì)胞的自我識別，抑制腫瘤壞死因子-α的分泌，形成有利于生存的微環(huán)境，從而在細(xì)胞中大量繁殖，并通過減弱巨噬細(xì)胞的吞噬作用和抗原遞呈功能，使其喪失殺傷效應(yīng)，最后逃避宿主的免疫監(jiān)視，造成持續(xù)慢性感染[19]。布魯氏菌通過Toll樣受體（TLR）逃避宿主最初的自然免疫，通過改變LPS和鞭毛蛋白等毒性因子，引起輕微的炎癥反應(yīng)，使布魯氏菌在機(jī)體中發(fā)展為持續(xù)性感染[20]。

此外，滋養(yǎng)層細(xì)胞也是布魯氏菌存活和復(fù)制的關(guān)鍵靶細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)布魯氏菌在滋養(yǎng)層細(xì)胞中的蓄積高于其他器官。布魯氏菌侵入滋養(yǎng)細(xì)胞主要引起細(xì)胞壞死，并釋放大量布魯氏菌。布魯氏菌壞死灶通過毛細(xì)血管持續(xù)傳播，成為胎盤慢性感染的主要來源[21]。

布魯氏菌作為兼性胞內(nèi)細(xì)菌與宿主之間的關(guān)系非常復(fù)雜，涉及多種生物學(xué)因素和信號通路。雖然對布魯氏菌胞內(nèi)兼性寄生機(jī)制的研究有了一定進(jìn)展，但仍有許多問題有待進(jìn)一步研究。