产肠毒素大肠杆菌感染的分子致病机制

,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, 产肠毒素大肠杆菌感染的分子致病机制 ,,,,,,,,,,,,, ,,,蒋 磊周明旭夏芃芃朱国强:扬 州大学 兽医学院 ,江 苏 扬州 ;江苏省动物重要 ,,,,,,,,,, 疫病与人兽共患病防控协同创新中心 ,江 苏 扬州 :,,,,,, ,:,国::摘要 产肠毒素大肠杆菌是 发展中国家人群腹泻的主要原因 一 直是西方 ,,,,,,,,,,,,,,:,;,,,,;,,,,;,,,;,,, 家旅行者腹泻的最常见病因 ,也 是引起动物:尤其是幼龄动物:腹泻的主要病原菌 。根据 产生热敏和 :或 :,;,, 。 。 热稳定肠毒素特性可以将其分类成不 同 致 病 型针对这类重要病原体的疫苗研发目前仍然面临着艰难的挑战 ,本文综述了病原体 宿主相互作用的分子机 制 从基因组学和蛋白质组学两方面介绍致病菌的多种毒力因子以及 , 作为靶标研发疫苗的 潜 力 ,了病原与不同宿主易感性的差异 ,为 针 对 新型疫苗的研发和有效预防 ,;,, 感染提供理论依据。,;,, :;;;;关键词 致 病机制 肠 毒素 产肠毒素大肠杆菌 大 肠杆菌疫苗 基因组和蛋白质组学 :::::中图分类号 ,,,,,,, 文献标志码 , 文章编号 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,::，,,, ,,,,,:, ,,,,,,，, ,,,,,, ,,,,〃,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,〃,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,;,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,，,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,, :::,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,;,,,,;,,,;,,, ,;,,,,,,, ,,,,:,,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,, : ,’,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,, ,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,::,,;,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,;,,;,,,,:,,,;,,;,,,;,;,,,,;,,,,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,,,;,,,,,::,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,:,,,,,,, ,,,,,,,,,;,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,;,:,,,,, ,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,:,,,:,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,::,,,;,,,,,,,,,,,; ,,,,,,,, ,,,,,,,,,;,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,;,,::,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,:,,,,,,,, :;;;;,,,,,,,,,,,,,,: ,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,;,,,;,,, ,,::,,,,,,,,:,,,; ,,,,,,,,,,,,:, ,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,〃;,,, ,,,？, ,, ::。产肠毒素大肠杆菌 是 一类能在小肠上 的病原菌这类病原菌每年引起成千上万例腹泻病 ,;,, ,,皮细胞定植和增殖继而产生和释放由质粒和或染 ,,例尤其在发展中国 家 且 每年引起 ,;,, ,,,,,, ::,::,,色体编码的 热 不 稳 定 和或 热 敏 肠 毒 素,,;,; 。 名岁以下儿童的死亡这类病原菌 ,,,,,,,, “”,也是导致旅行者 腹泻 的 常见原因并 常常困扰着 。被部署在疫区的军事人员伴随着感染性腹泻的反 :收稿日期 ,,,,,,,,,, ,,复发作可导致患者生长阻滞和营养不良 进而恶性 基 金 项 目 :国家自然科学基金资助项目 :,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,。。:;:;循环营养失调的儿童表现出更高的感染风险 :,,,,,,,,国家农业部 ,,, 计 划资 助 项 目 ,,,,,,,江 苏 ,; 教育部创新团队资助项 高校优势学科建设工程资助项目, 临床上 感染通常伴有急性的水样腹泻,;,, ;目 科技部转基因生物新品种培育重大专项资助 项 目 ,如同霍乱病例有 从温和到严重的水样腹泻等多种 ::,,,,,,,,,,,,,,,, 。,、、、类型除腹泻外其他体征如头痛发烧恶心呕吐 ::,。:,作者简介 蒋 磊,,,,男 学士 ,。也常常被报道依据美国农业部最近连续监测 :,,,,,通讯作者 ,,,,,,,,,,,,,:,,, ,,,,, ,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, :::,,:,表 相互作用生成核糖基化 为胞内鸟嘌呤核 苷,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,, 。,,,酸蛋白由于 酶活性的抑制引起腺苷 酸环明腹泻仍然主要危害着养猪生产业 导致猪群中发 ,,,,;, 。 ,, 。化酶 的 活 化继 而细 胞 内 水 平 升 高激活病率和病死率最高 :,,, ::了囊性纤维化跨膜调控子 调 控的氯离 ,,,;,子通道 ,毒力的分子机制 导 致 电 解 质 和 水 分 大 量 分 泌 最 终 引 起 腹 , 。泻 、,至少可产生分泌 并有效释放 和或 ,;,, ,; 和 都是通过各自病原菌外膜 分 两 步 分 ,; ,; ,毒力因子鉴于编码这些毒素基因系统发育进化 ,; 。,泌的第一步亚基 端信号肽在依赖 途 径从 , ,,:,树明显多样性各 自可能是形成致病性克隆的基本 ,细胞内膜到外周胞质的转运中被切割 而 各单体在 ,,,。,元素然而这 些病原菌的发病机理仍然 有 待 详 ,,, 。外周胞质中装配成全毒素 分泌物依靠复杂的 ?。 ,尽研究其 他必需的毒力因子如 如 何 定,;,, ,型分泌系统穿过细胞外膜 这被认为是一般分泌途 ,,植毒素如何成功靶向定位宿主细胞 以及可能增强 ,,, ::。,径一些 菌 株 存 在 另 外 一 些 基 因如 由 野 ,,, ,这一过程的至关重要的毒力因子 至今还没有被完 生型 菌株毒力岛编码 结 合 蛋,;,, ,,,,,, ,;, 。全发现 ,,,,。白的基因也调节 分泌,,,, ,; 毒素及其分泌系统,〃, 如何呈递到肠细胞表面神经节苷脂受体的 ,; ::,热敏毒素 热敏毒素 与 其 高 度 同 源 ,〃,〃, ,;。 ,具体过程 还 不 太 清 楚早 期 的 研 究 认 为释 放 ,; ,,的霍乱毒素 一样是由个 亚基五聚体和 一 ,; ,,呈递适宜时期发生于病原菌黏 附 在 靶 向 上 皮 细 胞 。个 亚基组成的异质性聚合体 亚基包含 个, , , ,,时因为抗 抗体容易结合游离的毒素却 不能中 ,; :,由二硫键连接的结构域 和 其 中 是毒素 ,, ,,,, ,,,。 和由黏附在上皮细胞上的病原菌释放的 有 ,;,活性分子而 分子 通过螺旋使 亚基与五聚体 ,,, ,,,,,,趣的 是很 多 年 来 人 们 一 直 认 为 缺 乏 分 泌 ,;,, ,::。的 亚基相连接图,, ,的 能 力实 验 室 条 件 下生长的病原菌分泌的大 部; , 它 们 可 以 通 过 依分 仍然与外膜囊 泡 密 切 相 关,; ,,,,。赖脂筏的内吞作用进入宿主细胞和它的 ,; 同 ,源分泌系统装置能够聚集或极化到细菌的一端 从而 可向宿主细胞表面释放呈递高负 荷 载 ,;,, ,,,,。体型的毒素 ,除了液态分 泌 作 用 还 能 诱 发 多 种 对 病 原 ,; ,菌有利的效应如 下调包括防御素在内的宿主固有 ,,,,,应答同时增强 对上皮细胞的黏附作用以,;,, ,,,,,,,。及小肠定植能力 热稳定毒素 热稳定毒素 是 分 ,〃,〃, ,; ,;,, ,泌的富含半胱氨酸的小肽 它能与肠上皮细胞刷状 ::。 缘上的鸟苷 酸 环 化 酶 的 胞 外 域 结 合上 ,,,,, ,述相互作用激活了胞内鸟甘酸环化酶催化区 从 而 ,,,,。引起胞内 的 积 聚的 增 加 继 而 激 :,,, :,,, ,活依赖蛋白激酶型引 起囊性纤维化跨膜 :,,, ? ,,,,, ::,调控子的 磷 酸 化从 而 导 致 的 分 泌 ,,;,,, ,,。 和 吸收的抑制引发渗透性腹泻导致脱水,,,, ,有些 毒素肽已在人源 菌株中鉴定其 ,; ,;,, 中包 肽 ::,括与鸟苷酸环化酶 结合相关的 多 ,,;,,;? 图 热敏毒素分子结构图 , ::::,和 也 包括与人无 ;,,;,,;,,;,,?,,?,关 ::。 但与猪源菌株相关 的 分 子但 ,;,,;? ,;, 亚基和神经节苷脂 在位于宿主细胞膜 ,,,, ,,与不同的受体结合 并不能刺激产生环化核苷 与人 ,,,穴样内陷的中心相结合后 激发对 全毒素的内吞作 ,,。类疾病也无明确的联系分子共同拥有一 ,;? 。亚基中具有酶活性的 必须穿过细胞内膜用 ,, ,,个含个二硫键的个氨基酸构成的核心结构 为,,, ,—::实现构象 的 改 变与 核 糖 基 化 因 子 ,,,,,,, ,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ::。发挥生物学效应所必须 图, ,,,,,,,:::。 图 热稳定毒素肽结构图 活 化的 肽 链结构由 等提 出半胱氨酸残基中硫原子形成的二 毒素域, ,;,, ,,,:,,,, 硫键在图中以红色表示:结 构图由 数 据库 软 件生成:。 成熟的 和 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,;, ,,,, ::,。:的氨基酸序列在图中列出其氨基酸残基与其他 结合分子高度保守毒素核心域序列用下划线标明 ;,, ,,,, ,,,,, 通过活化的 毒素域的晶体结 构 预 测在 质粒和染色体上的不同结构蛋白已鉴定为 ,;,, ,;,, ,,,,,残基组成的六 聚体环 形 成了一个潜在适应 。,,,假定的黏附素和定植因子 ,外表面的 能够促进 结合部位的聚积和 ,,,, ,,,, :: 定植因子一类异质性蛋白质样的表面 ,〃, ,,,,, ,,。激活::,结构称为定 植 因 子 是 最 早 被 确 定 的 ,,,,;,, ,和 都是由质粒编码通 常存在于转 ,;,, ,;,, ,,,,。, 迄 毒力因子目前 仍然是疫苗研发的重要靶标,座子中最初合成氨基酸前 体分 子包含进入细胞外 ,今为止至少有种不同的定植 因子被发现 并 且大 ,,,周质所需的个残 基信号肽多 肽通过 途 ,,,;，,,:。多数是质粒编码的 径运 输 穿 过 外膜需要三聚体 蛋 白 输 出 通 ;,,, ,,。 、,, 具有抗 原 和 结 构 多 样 性菌 毛纤 毛 和 其 ,,,。道 ,螺旋结构已经被鉴别出来 长度从以上不 ,,,,, μ,,,,,。,, ,大量的流 行 病 学 研 究 表 明 产 其中 菌 毛 的 研 究 最 为 深 入 这 类 菌 的 等,;,, ,;,,,,,,, ， ,,。 比产 的菌株更具有致病力而含 的 ,;,, ,;,, ,毛由约个 拷 贝 的 主 要 菌 毛 亚 单 位 和 ,,,, ,,,,, ,能够引起人类疾病无需质疑 因为 菌株 ,;,, ,;,, ::个或几个拷 贝的位于末端的 黏附素分子组 ,,,,,, ,,。 在日本多 次 引 起 与 食 物 有 关 的 腹 泻目 前 还 不 。成这些菌毛装配同时需要在同一个操纵子上编码 清楚产 和产 的 在潜在致病力的 ,;,, ,;,, ,;,, ::的专门的周质伴侣分子 和 外 膜 引 导 蛋 白,,,, ,明显不同是否由 种毒素的生物性差异导致 或 者, ::。::,组装结构约 长为弹 簧式螺旋这 样 ,,,,,, 。它们仅仅是致病性的生物标志 μ ,,,,,,,。 可以在 受 到 肠 腔 剪 应 力 时 解 旋大 多 数 ,,, 是一 种肠聚集性耐热毒 ,,,,, ,,,;, ,,,;, ,,,,,,,,确切对应受体还没有被鉴别 很多被认为是结合宿 ,。 素和 多肽有相似的结构在 包 括 ,;，,;,, ,,,,,。在内的多种肠道病原菌中 主细胞表面的糖蛋白偶联物编 码 的基因 ,,,;, ,,, ,。,已鉴定通常存在多个 拷贝数研究表明这 ,;,, 定植因子显然在人类疾病的发病机制中起着重 ;,种毒素存在于移动元件上 当在 重组菌表达在 肠毒 ,要的作用但是 许多菌株却并不产生已知的定植因 ,,,,。 素活性检查中可以观察到 功能激活虽 ,,,;, 。子对不同病例的剖析和其他促进定植黏附素的鉴 然在 发 病 机 制 中 是 否 参 与 仍 不 清 ,;,, ,,,;, ,,定尤其是对于那些不产生已知 的菌株研究为 ,,,,楚但最近研 究表明该毒素不刺 激 和 :,,, :,,, 。疫苗的研发提供更多的靶标对象 ,,,,。水平升高 型菌毛 和其他大肠杆菌一样产常 ,〃, ? ,;,, ,见的型菌毛尽 管该结构在致肾盂肾炎尿致病性 ?黏附素和定植因子 , ,大肠杆菌发病机制中详尽研 究 但 早 期 研 究 没 能 证 。小肠定植是 必需的毒力特征多种编码,;,, ,明它们参与 的毒力随后的研究表明多种变 ,;,, ,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,,,,, 种型菌毛顶端黏附素 有着组织嗜性起着黏附的作用且似乎以一种 新方式起黏附作用?,,,, ? ,,,,。型菌毛最适合在小肠定植的可能性在 等,,,,, 最近的研究 显 示 以 分 子 桥 形 式 发 挥 作 用 连 ,,,, 对 鞭毛素的研究中也发现型菌毛的表达量 ,;,, ?,接了宿主细胞受体和 鞭毛末端即 与高度保,;,, ,,,,,与细菌对肠上皮细胞的黏附 和侵袭能力相关 暗 示 。守区的鞭毛蛋白相互作用和与其相互作 ,,,, 了型菌毛其作为毒力因子参与 致病过程的 ,?,;,, 用的鞭毛蛋 白都 是 菌株在体外的适 宜 黏 ,,,,,, ,,,,。附和在小鼠模型中小肠定植所必需 ,。可能进一步的研究正在开展中 ,丝状血凝 素 与 相 似是 一 个 大 分 子 量 的 大 肠 杆 菌 共 有 菌 毛 大肠杆菌共有菌毛 ,,,, ,〃, ,百日咳杆菌 黏附素是 非细胞的百日咳疫苗的 ;,,::,为许 多埃希氏大肠杆 菌所共有包 括 共 生 的 ,,,。,,,,组成成分实 际 上小 鼠 不 免疫 原 的 研 究 上,,,,,, 。 和致病的 菌 群与 已 知 的 其 他 分 子 参 与 菌 毛 的 管是接种了切去顶端的重组 片 段 疫 ,,,,,,,,,, ,装配相类似潜在的含个基因的 操纵子编码, ,,, ,,,,,,,,苗还是接种了全长 糖 蛋 白 疫 苗都 对 ,,,, 。,假定的蛋白近期 研究表明约 菌株携 ,;,, ,,, ,的定植起 到 了 有 效 地 保 护 作 用 暗 示 着 该 分 ,;,, ::,带了基因用于编码菌毛结构的主要亚基免 ,;,, 。子可能成为一种可行的疫苗来研发 ,疫印迹法检 测有 一 半 以 上 的 分 离 株 表 达蛋 ,;,, ,,,, 。白然而 在 致病机理中的作用还不 ,,, ,;,, ,,很确定遗传多样病理型的高度 保守 使 得未来更加 鞭毛在 发病机理中的重 , ,;,, 。注重该菌毛结构的研究 要性 ,非菌毛黏附素侵袭素,〃, ,,,, 和 侵袭素 研究伤寒沙门菌侵袭 ,, ;,,,,,;,,, ,大肠杆菌可产生周身鞭毛 每 条 鞭 毛 约 ,;,, ,,,,,性时等意 外发现了 菌株能 ,,,,,,,,,,,,,,,, ,。 有个独立的鞭毛蛋白分子组成 鞭 毛 蛋 白,,,,, :高效侵入胃肠上皮源的不同细胞系 但 不 在 其 中 复 ,分子以螺旋排列的形式堆积 高度保守的氨基端和 :,制克隆了该菌染色体编码的 个产毒素入侵基因 , ,羧基端区域相互作用 在 鞭毛丝内部整齐排列成一 :::。 ::,和 随 后座 的 研 究 显 示这 些 基 因 ,, ,,,,,,,,“”行而可变区暴露于外表 面 表 现 抗 原特异性血 ,。座编码不同的蛋白 。,近年来鞭 毛在大肠杆菌致病中的毒力作用 清型,是一种的外 膜蛋白 编 码在一个插 ;,,,,,,,。 越来越受 到 关 注可 引 起 克 罗 恩 氏 病 的 黏 附 侵 袭 ,。 入基 因 的 菌 株 大 毒 力 岛 上,,,,,,,, ,,,,,, ,,::,,大肠杆菌 菌 株 在 缺 失 其 编 码 鞭 毛 蛋 ,，,,,,,, 白,与 宿主细胞表面蛋白聚糖相互作用当 它 克 ;,,,的基因后丧失了对 肠上皮细胞的黏附和侵 袭功,,,, ,隆和表达在大肠杆菌工程菌 株 上 自 身 功 能 足 以 促 ,,,,,。 ,,,能并 且 还 可 以 下 调 型 菌 毛 的 表 达 量? 。进黏附和入侵上皮细胞 ,,菌 株 在 缺 失 基 因 后黏 附 , ,,,,,,, ,,, ,,,,,,::位点 编 码 是 一 种 自 主 转 运 蛋 ;,,;,,,,;细胞的能力显著下 降并且不能在 细 胞表,,,, ,,,,,。白与一些黏膜致病菌的 黏附素同源,; ;,,, ,面形成典型微菌落首 次证明了鞭毛直接参与对宿 ,,,,,是由前 体 蛋 白 合 成 的可 能 通 过 ,,,,,, ,,,;,,, 。 主细胞的黏 附大 部 分 人 源 菌 株 都 是 有 ,;,, ,,,,。假定糖基转移酶 作用下糖基化;,,, ,运动性的大肠杆菌可按鞭 毛 抗原进行血清型分, 入侵上皮细胞的分子发病机制目前仍不 ,;,, ,类暗 示 着 鞭 毛 很 可 能 与 的 发 病 机 理 有,;,, 。明确尽 管人 类 肠 细胞 离体 研 究很好地证实了 ,,,,。,关已有研究证明完整 的鞭毛在 体外的 ,;,, ,,,,,和肠细胞刷状缘的相互作用但 是缺乏来,;,, ,黏附和热敏毒素的释放递呈中发挥着必需作用 同 。,,,自感染患者的相似数据虽然如此和 在,,;,,;,,, 。 时在小肠的 定植方面也有着显著 的 影 响有 报 体外促进黏附的能力以及与其他病原菌已知的毒力 ,道已证明猪源 菌株的鞭毛在对猪小肠上皮 ,;,, 。蛋白具有显著的同源性 ,,,,,,,、。细胞系的体外黏附侵袭过程 中起重要的作用 对新型分泌蛋白的调查鉴别出了在 ,,,,, ,,,, :鞭毛同时还参与对细 菌其他菌毛结构 如 菌 ,,, 菌株大毒 力质粒上编码了一个含双 组 分 分 ,,,,,,,,,,、:,毛型 菌 毛 的 表 达 调 控影 响 生 物 被 膜 的 形 ? ,,,,::。:泌的基因座该基因座编码 种蛋白;,,, ,,, ,成也提示鞭毛在 人源 致病机制中的重要研 ,;,, ,;,的分泌型 糖蛋白转 运膜孔道蛋 ,,,,,,,,,,,,。究价值 ;,,白假定的糖基转移 酶为 适 宜 的 分 泌 和 ,,,,,,, ,在多种 菌株分析中鉴 别出大于 ,,,,;,, ,, 。 和正在 被 不 断 认 知 和 发 展 的 的糖基化所必需,, ,种不同的 血清型导致人 们猜测鞭毛可能不是很 , ,胞外蛋 白 家 族 中 其 他 一 些 成 员 一 样 也 ;,,,,,, ,好的疫苗靶点除 非能鉴别出一个保守的抗原决定 ,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, 。,,表位研究发现鞭 毛 分 子 的 高 度 保 守 区 暴 露 在 一 这 些 移 动 元 件 存 这种差异与同样的移动元件 有 关 ,,,,,些 鞭毛的末端并参与了黏附的过程使 得 ,。 ,;,, 在于质粒 和 染 色 体 中潜 在导致质粒的不稳定性 ,,,,。 鞭毛作 为 疫 苗 的 靶 目 标 成 为 了 可 能近 期 研 究 显 ,对 质粒的测序显示 质 粒 是 等,,,,,,,:,,,:: ,示重组异源 抗原在免疫方面的交叉保护作用似 、, 一种由约移动元件 和 个不同的与 ,,,, ,,,,,,, ,,,,。 。 ,有关的 复制起点镶嵌共合 体移动元件散布在 乎支持了这一假说此外鞭 毛蛋白本身作为一 ,种免疫刺激物可 诱导机体产生 天然免疫应答和获 ,质粒就 像 和 的质粒具有 ,:: ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,、、、一些 确 定 的 类 型包 括 和 ,。得性免疫应答，,,，,,，,,,，,,,, 已在新型佐剂的开发中应用 。,随 着成 分 质 粒 和 染 色 体 中 的 增 多在 ，,,,，, 其他潜在的毒力因子 , 生命周期内可能会引起染色体中特定位点的 ,;,, ,。 质粒整合和拆分导 致不稳定性与人源 类 ,;,, 是 一 种 由 菌株大毒力质粒编 码 ,,,, ,,,,,, ,似通过对个 猪源 菌株 和 ,,;,, ,,,,,, ,,, ,,,,。,的自主转运蛋白通 过 杂交 和或 表,,, ,,, ,的全基因组测序以及与不同分离株的比较 分 ,,,,明相似或相同的基因存在于多种 菌株,,,, ,;,, ,,析表明猪源 菌株倾向于依赖染色体和或质 ,;,, ,,,,,中同 时也 存 在 于 人 源 基 因 组 序 列 ,,,, ,,,,,,, 。粒的重组获得更多毒力因子 ,,,,,,,。和 毒力质粒中有报道称 同源序 ,,:: ,,,, 基因组和质粒遗传信息已经被利用于 发 ,;,, ,,,,。列也在猪源 质粒测序中发现已经 ,;,, ,,,, ,,病机理的研究这些数据的扩展 包 括增加分离株数 ,:被证明有丝氨酸蛋白酶的 作 用 属 于 肠 杆 ,,,;,,,据应结合额外的与这些病原菌 的毒力有关的细节 :。菌丝氨酸蛋白酶自主转运子蛋 白的毒力蛋白家族 ,。 进而深入探究其调 节 网 络同 样考 虑 到 这 些 病 原 。 与福氏志贺菌自主转运子 同源性很高,,,, ,,,, ,菌可变异性从 多个菌株得到的额外的遗传信息来 在致病机理中 的 确 切 作 用 和 蛋 白 酶 活 性 真 正 ,,,, ;成功识别保守的疫苗靶位点 至 关 重 要 且 可 能 对 特 。 ,底物尚不清楚然而对 于 回 肠 袢 段 的 初 步 研 究 显 ,定毒力因子的鉴定也有帮助 这些毒力因子可能与 ,,,,。 能增强示菌株的毒力,,,, ,,,,， 。临床上更具侵袭力的 感染方式有关,;,, 的遗传学,, ,;,, 基因型表型的多样性以及 它们对于疫苗研发,〃, 的影响 代表一类有多种表型和基因型的大 肠,;,, 的 基 因 组 学 伴 随 着 新 一 代 测 序 技 术 ,〃, ,,,, 。杆菌从世界各地分离的多株 菌株的 血清,,,,;,, ,成本下降和高通量优势 使 得 对 于 任 意 种 属 和 致 病 ,,型分析在 个 不 同 的 组 合 中鉴 别 出 种 不 同 ,,, ,, 。 ,,,型的多种菌株的测 序 成 为 可 能目 前大 量 的 基 因 ,,。 的 血 清 型 和 种 不 同 的 血 清 型: ,, , ,,,,组数据被广泛应用于大肠杆 菌 特 别 是 小 范 围 的 地 ,,是最常见的 在种不同的 血清型中 ，,,,, : 都有表 , 对 于 全 球 应用于致病 型 考 虑 到 这 种 病 原 体。,;,,达 ,,公共卫生的重要性 我们预计在 不远的将来 几 十甚 ,系统发育学 的 研 究 表 明 通 过 多 次 独 立 ,;,, ,,,。至几百种菌株将被测序包括质粒在内的 个人源, 。 获取肠毒素基因从大肠杆菌种群中演变而出对 ::菌株和 的 基因组 已 经 被株来自个不同 谱系的最近被完全测序的,;,, ,,,,,,, ,,,,,, ,,,;,, ,::完全测序另 一个准备要被测 序的 菌 株 已 经 ,,,,菌株的染 色 体 基 因 初 步 比 较 没 能 鉴 别 出 任,;,, ,,,。在设计起草阶段对 的基因组检测结果表明 ,;,, ,:何 特 有 的 基 因这 可 能 说 明建 立 一 个 ,;,, , 约的 染色体都由可动遗传片段组成,, ,,,,,,, ,谱系只需要相当 少的染色体基因 数 所 以 需 ,;,, 并且 相 似 的 比 例 也 在 其 他 个 菌 株 基 因 组 中 被 发 现, 要更加充分地鉴定 不同分离株可能共有的基 ,;,, ,,,,。,、,。此 外当 将 基 因 组同 其 他 因 ,,,,,,,,,, , ,个来自不同致 病型的大肠杆菌基因组作比较 平 ,均,尽管来自不同 谱系的菌株只 有已知毒 ,;,, ,,,,。 每个菌 株 都 含 有 相 当 多 数 量 的 独 有 基 因在 素和定植因子可出现一些与其他菌株相同的明显抗 ,基因组中大 量 的 可 移 动 片 段 和 独 有 基 因 的 ,;,, ,原至今仍没有 鉴定的质粒和染色体编码的抗原可 ,。组合了在这些病原菌中有大量基因变迁流动 。能在抗 的天然免疫发展中起着重要作用在 ,;,, ,基因组项目中一 项 十 分 有 趣 的 发 现 是 多 种 质 , 一项对于名西非幼儿的纵向流行病学研究 中,,, ,, ,,。 粒 的 鉴 定 识 别等先 前 描 述 了 :,,,,,,, 自然 感染 仅 能 使 得 儿 童 对 于 由 相 同 毒 ,;,, ,,, ,素和定植因子组成的 引起的初次感染有保护 菌株中的多种质粒不同来源的分离菌 株的,;,, ,,,,,, ,作用但 这 种 保 护 似 乎 并 不 归 因 于 毒 素 和 定 植 因 。质粒谱可能有所差异质粒的序列数据显示,;,, ,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,,。。子相同毒 素 和 定 植 因 子 组 合 的 菌 株 通 常 来 自 足迹法鉴定出来的 ,,,,,?,,,,,,,,相同的 谱系暗 示了某菌质粒或染色体 ,;,, 寻找那些在同一转录网络的基因也能助于识别 ,编码的抗原可以提供针对同一谱系 其他 产。 ,,;,, 新的毒力因子近年 来通过生物信息学检查 。生保护目前很少知道哪一种 谱系存在于人,;,, 已被测 序 的 序 列 来 寻 找 潜 在 的 结 合 位 ,;,, ,,,,群中也不知道某一种谱系 在大 肠杆菌种群中出现 ,白 点时识别到 的另一个潜在的分泌型毒力蛋 ,;,, ,,,,。,,或消失的比率谱系特异的疫苗可能成为疫苗研究 它 由 菌 株 中 同 时 编 码 ,,,,,, ,,,,,,,, ,,、和 基 因的 的大型毒力质粒编 的可行选择靶向在对于来 自最优势 最 稳定的 ,,,, ,,,，,,,,,, 。使用 诱变向码 中插入某片段后可;,,,,, ;,,, 。谱系中菌株的预防,;,, ,以识别出该分泌蛋白 进而表明编码了一种新 ;,,, 转 录 调 节 和 其 他 肠 道 病 原 菌,〃, ,,,, ,;,, 。::。 的分泌蛋白可 以 激 活与 表 达,,,,,,,;,,, ,一样很可能 程序 化 地 对多种环境信号做出 应 答 反 菌毛蛋白启动子类似激活启动子需要一 ,,,;,,, 。 个直接在启动子上游如 序列的 结 合位点,,, ,,,,。,应来调节毒力因子的表达 例如肠毒素和一些类 ,果要彻底激活占据一种额外的启 动子 启动子;,,, 型菌毛的表 达会 因 为 是否获取存在特定碳 化 合 物 。末端结合位 点 是 非 常 必 要 的 基 因 编 码 了 一 ;,,, ::。,,如葡萄糖而受影响在 葡萄糖存在的条件下个大小为的 蛋 白 质其 前 个 氨 基 酸 构 成,; ,,,,, ,, ,,,,,的产 量 会 增 高该 效 应 需 要 受 体 蛋 白。:,,, 的信号肽 在 依 赖 转 运 穿 过 内 膜 时 裂 解,,:,,,, ::。参与代谢途径 激活共同的 结合 。,,,,,,, ,,, 的功能至今还未阐明但是位于一个毒力质 ,,,, ,,位点是一个 间隔的反向重复序列正 如 其 名 粒上并由 调控其表 达且 还可以调控其他 ,,,, ,,,,,, 。,称所暗示的 结合需要依靠当 占 毒力因子的表达这 表明该基因可以编码一种新的 ,,, :,,,,,, ,,据处的 位 点启 动 子 被 抑 制因 此 这 个 位 。,,,,,,; 分泌型毒力蛋白 。 点与转录起 始 位 点 有 关当 结 合 到 这 个 位 点 ,,, ,,与猪源 的比较 上会封闭来自启 动子的 聚合酶从 而抑制编 , ,;,, ,,, 。 , 码 基因的转 录通 过 葡 萄 糖 抑 制 合 成,; :,,, 产 肠毒素大肠杆菌是引起断奶仔 猪 腹 泻 ,阻止 与 结 合启 动子的抑制可以被 ,; ,,, ,,, ,,,,。 ,:: 要 病 因与 人 源 菌 株 相 似 引 起 的 重,,,,,,,。,。解除与 相反可激活 的表达 ,; ,,, ,;,, ::,的 可以 表 达 热 敏 和或 热 稳 定 肠 ,,, ,;,, ,;,也很有可 能 激 活 包 括 在 内 的 多 种 ,,, ,,,，::。 ,毒素这 些 病 原 菌 和 人 源 菌 株 相 同 表 达 小 ,;,,菌毛的表达已有研究表明 这些 菌毛的表达会受到 ,,,,。肠定植 的 菌 毛 黏 附 素通常展现出明显 ,,,;,, ,,::。 葡萄糖的 抑 制 分解代谢产物抑 制 这 些 菌 毛 ,,的宿主特异性这可能是因为 其独特的黏附 素宿 主 ::,也被 正向调控并且所有 依赖 菌 毛 ,,,,,,,,,,。,受体的关系迄今为 止用猪作为感染模型攻毒人 启动子在其六 聚体序列的上游都有一个 直 接 的 ,,,,,。,,源 菌株引起疾病的尝试鲜有成功,;,, 。 结合位点大 多 数 的 启 动 子 在 近 端 上 游 有 一 个 猪源大肠杆菌便于提供了解和预防人类感染的 。 或多个 结 合位点现在还不清楚 是 直 接 ,,,,,, 。 ,重要线索事 实 上的 许多开创性发现 都 源 ,;,, 调控菌毛启 动 子 还 是 通 过 控 制 的 表 达 间 接 调 ,,, ,于对猪体感 染 的 研 究起 先 也 是 作 为 猪 的 病 ,;,, 。, 控在一 些 猪 源 菌 株 中 表 达 的 菌 毛,;,, ,,,, ,。 ,原而确定比人类腹泻 病因要早同样人 源 ,;,, ::对其调控 是 间 接 通 过 激 活 的 表 ,,, ,,,, ,,,,,,,上基于菌毛的疫苗研发 也 源于早期为阻止新生猪 ,,,::。达然后再由 激活菌毛启动子 ,,,, ,,,,,,,,。仔感染而给妊娠母猪接种菌毛疫苗 另外的一些因素很可能调控 毒力基因的 ,;,, 有关细菌毒力以及肠毒素的结构和功能的许多 。,表达不管是 的 表 达还 是一些菌毛的生成 包 ,; ,重要信息已从猪源 研究中收集到包 括鉴定 ,;,, ,,括 在内都受到 的 抑制这 是一种革兰 ,,,，,,,,,,,,。 亚基组成以及其对 的特异性结 合,近,; ,,, 阴性菌的拟核相关蛋白 也 是 一 种 基 因 表 达 的 全 局 ,,,,。调控子 ,,期的研究结果认为 利用猪源 分离株发现致,;,, 病性细菌可以传播的毒力因子包括外膜释放的囊泡 和 都 已 被 证 明能调控大肠杆菌鞭 ,,, ,,,, ,,,,,,。,,包裹的 ,; 。 毛的生成考 虑 到 细 菌 的 有 效 黏 附 和 肠 上 定 植 ,,,,,通过 培 养 猪 小 肠 上 皮 细 胞 试 验 结 果 表 明 ,需要这 些 结 构并且毒素的释放也 需 要 这 些 结 ,,,,,,,,。致病机理要比之前的理论复杂基于 ,;,, ,; ,构它们的表达可能与 毒力因子的产生相 ,;,, ,毒素的 。核糖基化活性的独立过程 首先使宿主 互调节,,,这种观点被位于启动子上游的一 ,,,,,,, ,个 结 合 位 点 的 鉴 定 所 支 持该 位 点 是 通 过,,, ,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,,。 。 :小肠细胞性 质 改 变 得 更 适 于 的 黏 附与 我们来说既是机遇也是挑战参考文献 ,;,, ,之相反还有一 部 分 的 可 以 不 依 赖 毒 素 ,;,, ,; ,, ,,,,,,,;,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,;,,,,,, 的表达而诱导细胞凋亡 而 且 这 些 变 化 也 促 进 细 菌 ,,,,::,,,,,,,;,,,,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,;,,,;,,,,,, ,。的黏附由于宿主变化及与 的相互作用的完 ,;,, ,,:::;,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,, ,整过程还未 被 阐 明诱 导 肠 细 胞 凋 亡 以 及 促 ,;,, ,, ,,,,,,,,,, ,:,,,,,,,,,,,;,,,:,,,,,,,,,,,:,,,,:,,, 。 进对细胞黏附的相互作用机制还有待深入研究这 ,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,;;,,,,,,, ,,些研 究 成果可以激发更多的临 床 调 查尤 其 是 ,,,,:::,,,,:,:,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,。感染和营养不良之间的相互关系,;,, ,, ,,,,;,,,,,, ,,,,,;,,,,, ,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,::,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,;,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,, 宿主因素对 感染的影响 , ,;,, ,,, ,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,, ,,:,,,,,,,,, 许多因素影响着 临床患者摄取足够的营 ,;,, ,:::,,,,,,,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,; ,,,,,,,,,,,, , ,,,,,,,,,,,,,,,,:,,养包括细菌独特的毒力因子表 达 先天和获得性宿 ,, ,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,。,主防御宿主的家族遗传背景 基于宿主因素分 别 ,,,,:::,,〃;,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,从 感染或不同的临床表现 从 无症状定植感 ,;,, ,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,; ,,,,,,,,,,:,,,,,, ,。 , 染到严重的乃至威 胁 生 命 的 腹 泻前 期 研 究 表 明:: ,,,,,,:,,,,,,;,〃;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,;,,,,, ,,,,,:::型血的人感染严重的霍乱弧 菌更容易增加风险,,,,,,,,,,,,,, :,,,,,,,,,,,,,,,,,,,: ,,,, ,, ,,,,,,,;, ,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,, 目前有些研究集中于 血型与 感染的关,,: ,;,, :;,:,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,, 。,系与霍乱弧菌感染 相 反 来 自 孟 加 拉 国 儿 童 的 数 ,,,:,;,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,:,,,,:,,,, ,,,,,。 ,据表明型 血 与 腹 泻 之 间 没 有 联 系然 而达 : ,,:::,:,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,卡多名刚出生 的儿童研究中表明 与 型血的,,,: ,, ,,,,;,,,:,,, ,,,,,,,,,:,,,,,,,,, ,,,,,,，;,,,,,,:,,,, ,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,, 儿童相 比或 血 型 的 儿 童 有 着 更 高 的 , ,, ,;,, ,,,,。 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,, ,,,,,,腹泻发病 率同 样 孟,,, 加 拉 国 血 型 的 儿 童 ,,,,,, ,,, ,,, , ,,,;,,,,;,,,;,,,:,,,,: ,,,, ,:,; ,:, , , ,::抗原 阳 性 更 容易表现有症状的 , ,,， ,,, ,,:::,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,。 ,感染据推测红 细胞表面糖复合物可在 ;,, 肠,, ,,,,,,,, ,,,,;,,;,, ,,,,,:,,,,:,,:,,,,:,,,,,,,,,, ,上皮细胞表达其 作为受体 结 合 来 自 一 个 或 多 个 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,;,,,,;,,,;,,, ,,,, ,,,,,,,, ,,,,:::,:,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 细菌的黏附素如 作为 菌毛最主要的 亚 ,,,,,,,，,,,,,, ,,,,:,,,，,,,,,,,,,,,;,,,:,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,。,单位结合鞘糖脂 与血型抗原 相关对 于旅,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,;,,,,:,,:,,,,;,,,:,,,,,, 行者腹泻的研究也鉴定出同义单核苷酸多态性存在 ,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,, :,，,,,:,，,,,, ,于人体 乳 铁 蛋 白 基 因与 腹 泻 疾 病 风 险 的 提 高 有 ,,:::,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,, 。关,, ,,,,,,,,,, ,,,,,, , ,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , ,, ,,:,,;,,,,;,,,;,,, ,,,,:,,,,,,,,,,,,, ;,,,,,,随着研究深入我 们 将 期 待 找 到 一 些 人 类 基 因 ,, ,,,, ,,,,:::,,,,,,,,,:,,,, :,,,,: :,,,,,,,, , 组的多态性与不同临床 感染形式的关联性,;,, ,,,,,,,,,, 找出特殊的毒力因子与更为严重的疾病形式之间的 ,, ,,,,,,,,,, ,,,,:,,,:,,,,:,,,,,,,,: ,,,,,,:,,; ;,,。,关系探究这些联系可以从理论上提 供依据 从 而 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,: ,,,,,,; ,,,,:::加速针对威 胁生 命 的 腹泻疾病所设计的疫 苗 的 发 :,,,,, ,,:,,,,,,,,,,,, ,,,,;,,,;,,, ,,,,,,,,,, 。展 ,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,, :,: ,,;,,,,,,,,,,:,,,,,,:,;,, ,,,,,,,,,,,,;,,,,前景展望 , ::,,,, ,,,,;,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,:,,,,, :,,,,, ,,:,,,,,,, ,致病机理 的 已 有 研 究 显 示 曾 经 被 认 为 ,;,, 简单的通过溶细胞作用在小肠释放它们携带毒素的 ,。 病原菌其过 程复杂利 用 最 新 发 现 的 毒 力 因 子 和 ,, 丰富的 基因组信息和抗原发现工具的发展 ,;,, ,包括泛基因 组 和 蛋 白 质 微 阵 列 技 术针 对 这 ,,, ,些重要的病原菌研 发具有广 泛 的 保 护 性 的 疫 苗 对 ,,,, 中 国 兽 医 学 报 年月 第卷 第期 ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,:::,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,:,,,,,, ,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,, ,, , ,,,,,, ,,;,,,,;,,,;,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,,,,,,,:,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,:,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,〃;,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,;,,,,;,,,;,,, ,;,,,,,:,,, ,,,,::::,,,,: ,,,,,:,;,:,, , ,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,:,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:::, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,, ,,,,,,,,;,,,,;,,, ;,,,,, ,,,,,,,,, , ,,,,;,,, , ,,,,:,,,,,,,,: ,,，,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,;, ,,,,, ;,; 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