梅毒螺旋體外膜蛋白功能的研究進(jìn)展

何碧莎, 劉雙全

南華大學(xué)衡陽醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 1.檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中心,2.微生物與感染性疾病研究所,湖南衡陽421001

梅毒是一種由梅毒螺旋體引起的慢性傳播性疾病,對(duì)全身器官造成損傷,從而導(dǎo)致人類健康受到嚴(yán)重的影響[1]。梅毒螺旋體外膜蛋白(outer membrane protein,Omp)是存在于外膜上的菌體蛋白,是菌體與周圍環(huán)境之間的第一道防線[2]。Omp在梅毒螺旋體中具有毒性黏附因子、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收通道的作用,同時(shí)Omp也是宿主黏附和免疫的主要靶點(diǎn)[2]。Omp根據(jù)其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)分為稀有外膜蛋白和外膜脂蛋白兩類[2-3]。

1 稀有外膜蛋白

稀有外膜蛋白是存在于外膜上的蛋白質(zhì),其蛋白含量非常少,大約是大腸桿菌外膜蛋白的1%[4],由此被命名為稀有外膜蛋白;其標(biāo)志性結(jié)構(gòu)是β-桶狀結(jié)構(gòu)。β-桶狀結(jié)構(gòu)能維持外膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用,可以轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的進(jìn)出,能在梅毒螺旋體免疫逃逸的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。稀有外膜蛋白主要為梅毒螺旋體重復(fù)蛋白、Tp0326、Tp0515。

1.1 梅毒螺旋體重復(fù)蛋白

梅毒螺旋體重復(fù)蛋白(Tp repeat proteins,Tpr)是梅毒螺旋體中非常重要的組成部分。Tpr含同源基因A～L,編碼12種蛋白。根據(jù)氨基酸同源性,Tpr分成3個(gè)亞群:Tpr I亞群(C、D、F、I),TprⅡ亞群(E、G、J)和TprⅢ亞群(A、B、H、K、L)。TprⅠ亞群和TprⅡ亞群具有保守的N端和C端,連接可變的中央?yún)^(qū)。與TprⅠ、Ⅱ亞群不同的地方在于,TprⅢ亞群只有有限的同源性,保守區(qū)和可變區(qū)混合出現(xiàn),推測(cè)其在生存和致病性方面具有重要作用。

1.1.1 TprK(Tp0897) TprK的N末端含有73個(gè)氨基酸,C末端含有54個(gè)氨基酸,中間為高度保守區(qū)域。TprK的序列變異性強(qiáng)。TprK具有7個(gè)可變區(qū)(V1-V7區(qū)),由于V區(qū)的多樣性,使得TprK氨基酸序列變化較大,不僅在菌株之間產(chǎn)生了較強(qiáng)的變異性,菌株內(nèi)部的堿基序列也存在高度變異,可以在逃避宿主的免疫識(shí)別時(shí)發(fā)揮重要作用[6-7]。

TprK具有較強(qiáng)的免疫原性、免疫反應(yīng)性。TprK的保守區(qū)具有T淋巴細(xì)胞識(shí)別表位,可變區(qū)則具有B淋巴細(xì)胞識(shí)別表位,所以TprK能誘導(dǎo)機(jī)體同時(shí)產(chǎn)生體液免疫和細(xì)胞免疫,被認(rèn)為是Tpr中細(xì)胞免疫反應(yīng)最強(qiáng)的攻擊靶點(diǎn)[8]。

1.1.2 TprC/D/I TprC/D/I在梅毒螺旋體上都呈現(xiàn)出低表達(dá)的狀態(tài),且具有兩親性和暴露于梅毒螺旋體表面的特點(diǎn)[2]。同時(shí),TprC/D/I是屬于TprⅠ亞群的蛋白,在機(jī)體感染梅毒螺旋體時(shí),TprⅠ亞群可通過N-末端保守區(qū)使機(jī)體產(chǎn)生有效的免疫反應(yīng)和免疫保護(hù)作用[9]。

1.2 Tp0326(Tp92)

Tp0326全長(zhǎng)2 562 bp,由853個(gè)氨基酸組成,相對(duì)分子質(zhì)量約為96 kDa。Tp0326具有特征性的外膜-桶蛋白整合機(jī)器(β-barrel assembly machinery,BAM)二分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其編碼與核心亞基BamA相似,BamA具有β-桶狀結(jié)構(gòu)、會(huì)暴露于細(xì)胞表面以及含量很低的標(biāo)志性特點(diǎn)。同時(shí),Tp0326也屬于Omp85超家族,Omp85的家族成員也具有β-桶狀結(jié)構(gòu),且呈低表達(dá)的狀態(tài)[10]。

Tp0326具有較強(qiáng)的免疫原性和免疫反應(yīng)性,可以促進(jìn)分泌促炎細(xì)胞因子,并促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-8[11]。同時(shí),Tp0326還能夠誘導(dǎo)趨化素的分泌來參與內(nèi)皮細(xì)胞活化過程。Tp0326能誘導(dǎo)活化的內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生趨化素,趨化素可以通過凱莫瑞趨化因子樣受體1促進(jìn)腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和細(xì)胞間黏附分子-1在內(nèi)皮細(xì)胞中的分泌,進(jìn)而加速巨噬細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞的遷移[12]。

1.3 Tp0515

Tp0515具有β-桶狀結(jié)構(gòu),其中包括β-折疊的N端結(jié)構(gòu)域和26鏈的β-桶狀結(jié)構(gòu)組成。26鏈β-桶狀結(jié)構(gòu)中的1鏈和26鏈可以結(jié)合為一個(gè)不完全氫鍵,從而使β-桶狀通道打開,進(jìn)而有助于轉(zhuǎn)運(yùn)底物。此外,Tp0515還是脂多糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白D(lipopolysaccharide transport D,LptD)的同源物質(zhì)[13],LptD位于革蘭氏陰性細(xì)菌外膜上,用于將脂多糖從內(nèi)膜運(yùn)輸?shù)酵饽?提示Tp0515的運(yùn)輸方式與LptD相似,所以推測(cè)梅毒螺旋體自身有一種獨(dú)特的轉(zhuǎn)運(yùn)裝置。

2 外膜脂蛋白

外膜脂蛋白是存在于外膜上的脂蛋白,能作為黏附素影響梅毒螺旋體的傳播和黏附等過程。并且少數(shù)外膜脂蛋白能通過感知壓力信號(hào)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄,用來對(duì)抗壓力、維持細(xì)菌包膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性。外膜脂蛋白主要包括Tp0751、Tp0136、Tp0435以及Tp0453。

2.1 Tp0751

Tp0751全長(zhǎng)714 bp,由237個(gè)氨基酸組成,相對(duì)分子質(zhì)量約為25 kDa。Tp0751具有較強(qiáng)的免疫原性和免疫反應(yīng)性。

Tp0751能與層粘連蛋白發(fā)生特異性結(jié)合[14]。由于層粘連蛋白在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)發(fā)生時(shí)起重要作用,推測(cè)Tp0751與層黏附蛋白特異性結(jié)合可以啟動(dòng)內(nèi)皮細(xì)胞活化,促進(jìn)梅毒螺旋體穿透內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)組織的侵蝕。同時(shí),Tp0751還是一種依賴鋅的金屬蛋白酶,其C端含有一個(gè)鋅依存性蛋白酶結(jié)構(gòu)域金屬蛋白酶模體,且N端具有凝血酶裂解位點(diǎn)和自身催化裂解位點(diǎn),可以通過這兩個(gè)位點(diǎn)發(fā)揮的作用,進(jìn)而產(chǎn)生金屬蛋白酶活性[15]。

2.2 Tp0136

Tp0136全長(zhǎng)1 488 bp,由495個(gè)氨基酸組成,相對(duì)分子質(zhì)量約為50 kDa。Tp0136具有較強(qiáng)的序列變異性[16],能引起梅毒螺旋體各菌株序列間的變異,從而在梅毒螺旋體免疫逃逸中發(fā)揮重要的作用。同時(shí),Tp0136是一種脂蛋白黏附素,能與宿主細(xì)胞外基質(zhì)成分層黏蛋白充分接觸,還能特異性結(jié)合具有可溶性且為聚合體形態(tài)的纖連蛋白,使得梅毒螺旋體可以黏附在宿主細(xì)胞上,在梅毒螺旋體的傳播和感染中起到關(guān)鍵性作用[17-18]。

Tp0136具有較強(qiáng)的免疫反應(yīng)性以及不完全的免疫保護(hù)作用。Brinkman等[17]發(fā)現(xiàn),Tp0136與早期患者以及兔的血清抗體反應(yīng)強(qiáng)烈,提示Tp0136有望成為診斷梅毒螺旋體感染的候選抗原。Li等[19]發(fā)現(xiàn),Tp0136免疫并不能阻止兔體內(nèi)梅毒螺旋體感染的發(fā)生,只能部分改變其病理進(jìn)程,提示Tp0136可以引起免疫保護(hù)作用,但免疫效果不明顯。

2.3 Tp0435(Tp17)

Tp0435全長(zhǎng)468 bp,由156個(gè)氨基酸組成,相對(duì)分子質(zhì)量約17 kDa。Tp0435主要由β-桶狀結(jié)構(gòu)組成,其N端上有α-螺旋結(jié)構(gòu)。但Tp0435的β-桶結(jié)構(gòu)中心不能轉(zhuǎn)運(yùn)底物,相反含有大量的氨基酸側(cè)鏈[20],提示Tp0435K可能具有與其他外膜蛋白不同的獨(dú)特功能。同時(shí),Tp0435還是一種炎癥介質(zhì)[21],Tp0435可刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α,從而促進(jìn)單核細(xì)胞的遷移。Tp0435還能參與梅毒螺旋體和多種宿主細(xì)胞的黏附,通過增加多種因子的表達(dá)和基因轉(zhuǎn)錄,來促進(jìn)梅毒螺旋體與宿主細(xì)胞的黏附。

2.4 Tp0453

Tp0453全長(zhǎng)863 bp,由287個(gè)氨基酸組成,相對(duì)分子質(zhì)量約為31 kDa。Tp0453是一個(gè)整合膜蛋白,位于外膜內(nèi)葉且不暴露于菌體表面[22];提示Tp0453可能在梅毒螺旋體的免疫逃逸過程中發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。Tp0453結(jié)構(gòu)不同于經(jīng)典的Omp,其二級(jí)結(jié)構(gòu)主要為α螺旋(占28%),而β折疊(占18%)則較少。

Tp0453可以參與梅毒螺旋體滲透吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。研究表明,Tp0453具有兩親性[23],推測(cè)其能夠促進(jìn)物質(zhì)在外膜中的運(yùn)輸,可能與梅毒螺旋體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝取代謝相關(guān)。TP0453結(jié)構(gòu)與結(jié)核分枝桿菌兩種脂蛋白(LprG和LppX)的結(jié)構(gòu)具有相似性,這兩種蛋白能夠?qū)?fù)雜脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到外膜,由此推測(cè)Tp0453可能作為脂質(zhì)、糖脂或外膜衍生物的載體。

3 展 望

目前,梅毒仍然是全世界廣泛關(guān)注的傳播性疾病。梅毒螺旋體Omp在梅毒螺旋體感染、黏附以及轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)方面都發(fā)揮著關(guān)鍵且不可忽視的作用。因此,對(duì)于梅毒螺旋體Omp的功能和結(jié)構(gòu)的研究還需不斷深入,為今后梅毒螺旋體的致病機(jī)制和疫苗研發(fā)提供更多的參考價(jià)值。