嗜肺军团菌Ⅳ型分泌系统及其致病性研究进展

嗜肺军团菌Ⅳ型分泌系统及其致病性研究进展 嗜肺军团菌?型分泌系统及其致病性研究 进展 - 58?中华实验和临床感染病杂志(电子版)2011年8月第5卷第3期 ChinJpClinIDis(1~ectmnicF~tien),A201l,Vol5,No.3 嗜肺军团菌?型分泌系统及其致病性研究进展 戈立秀吴尚为朱庆义 革兰阴性菌侵袭真核细胞,将毒力因子运送至菌体表面 或宿主细胞内,这类转运过程需要细菌分泌系统的参与.目 前已知革兰阴性菌有I,?型分泌系统.其中I,?型可将 蛋白直接排泌于菌体外环境;但?,?型较为特殊,通过细菌 的菌毛样结构与宿主细胞紧密结合形成一个孑L道,将蛋广1直 接注入宿主细胞内.?型分泌系统是革兰阴性菌最常见的 分泌机制,可将蛋白毒素和其他致病因子运输到宿主细胞 内….例如,根癌土壤杆菌VirB/VirD分泌系统是目前研究 最为透彻的?型分泌系统,其能够运输DNA蛋白复合体到 宿主细胞;百日咳鲍特杆菌利用Ptl?型分泌系统可将百口 咳毒素转运出细菌外膜;嗜肺军团菌(Legionellapneumophila, LP)可通过Dot/Icm1V型分泌系统运输毒力蛋白到宿主细胞 内. 嗜肺军团菌是一种兼性胞内致病菌,广泛存在于天然淡 水环境或人T水域巾,能入侵阿米巴原虫和人体巨噬细胞, 是引起军团菌肺炎的重要病原体.吸入肺部的嗜肺军团菌, 被巨噬细胞吞噬并在其胞内增殖,破出后再感染其他巨噬细 胞,反复感染可引起严重的非典型肺炎.嗜肺军团菌?型分 泌系统发挥了重要作用.嗜肺军团菌含有一个65kh毒力岛 基因座J,属?型分泌系统,可分为?A型(1vh)和?B犁 (Do~Icm),IVA型分泌系统是嗜肺军团菌在巨噬细胞和阿 米巴内生长所必需的,也町能与细菌在低温感染宿主细胞有 关J,而Do~Icm分泌系统是引起军团菌病的重要致病因 子. 一 ,?型分泌系统的构成及其功能 嗜肺军团菌的毒力岛基因座包含Do~IemIV型分泌系 统,易变遗传因子和毒力因子.其中Do~IemIV型分泌系 统分两种类型:Horwitz等发现嗜肺军团菌的某个基因位 点能发生无致病力的突变,该突变体的菌株能在宿主细胞内 复制,被命名为icm;Berger等发现嗜肺军团菌某个单基因 位点的突变,其突变体菌株运输细胞器缺陷,被命名为dot. dot/icm基因座的介导作用是逃避吞噬细胞的杀伤,输出细 菌受动器,调整吞噬体生物源,逃避内吞作用溶解和阻止来 自内质网网状组织的小滤泡,促使细菌繁殖和激活感染的巨 噬细胞,促使宿主细胞凋亡和小孔形成,细胞溶解等一系列 病理改变. 目前的研究认为,嗜肺军团菌Do~IcmIV犁分泌系统具 有一种特殊结构,能够跨越细菌内膜,外膜以及宿主细胞膜, DOI:10.3877/cma.j.issn.1674一l358.2011.03.017 基金项目:国家科技重大专项(2008ZX100044)06);国家标准化 委员会资助项目(20081021-T-361) 作者单位:510330广州,广州金域医学检验中心(戈立秀,吴尚 为,朱庆义);天津医科大学(戈立秀,吴尚为) 通讯作者:朱庆义,Email-zqy@kingmed.con.cn . 综述. 将细菌胞内的毒力蛋白运输到宿主细胞内.该复合体被认 为至少由DotC,DotD,DotF,DotG和DotH5种货白质组 成,其中DotF,DotG为LP的内膜蛋门,DotC,DotD和Dot H为嗜肺军团菌的外膜蛋白,其巾DotH蛋白自身不能镶嵌 在外膜上,需要DotC和DotD的助.完整的外膜蛋白组 成了Dot/Icm1V型分泌系统的运输渠道,同时该渠道与?,? 型分泌系统有很大的同源性,揭示了嗜肺军凼菌的DoVlem ?型分泌系统特征和运输通道的演变过程. 嗜肺军团菌还有一套被称为IcmR—IcmQ蛋r1复合体的 转运机制J,叮在宿主细胞膜和含嗜肺军菌的囊泡膜上形 成移位孔(translocationpore).该装置中起主要作用的是Ic— mQ蛋向,其具有成孔活性,能存细胞膜的脂质层彤成微孑L, 并被IemR所调节.推断IcmR—IcmQ复合体与嗜肺军团菌的 致病性有密切关系.另外,在LP细胞质内发现IcmS—IcmW 蛋白复合体,编码IcmS,IcmW蛋门的基因位于染色体的 两个不同区域,但4分子的IctuS蛋白和2分子的IcmW蛋白 组装成该复合体,能绑定底物分子,利于其运输至宿主细胞 内.在酵母双杂交体系中,IcmW蛋白能和底物蛋lI中的 WipA,WipB,SidG,SidH结合并转运至宿主细胞,利于LP 细胞内生长,但IcmS—icmW突变体却不能运输底物蛋r1Ral F,表明复合体只与部分底物蛋白的运输相l芙. 二,?型分泌系统的作用机制 (一)效应分子及其作用 Do~Icm分泌系统控制嗜肺军团菌侵袭宿主细胞的一一系 列过程,如刺激宿主吞噬细胞摄取嗜肺军团菌,干扰宿主细 胞的正常免疫功能,阻止吞噬溶酶体融合,促进形成营养丰 富的内质网衍生囊泡,为嗜肺军团菌的复制提供场所等.这 作用的发挥需要效应分子的参与,约有200个嗜肺军团菌 效应分子通过Dot/Icm分泌系统运输到细胞内. (二)利于复制场所的建立 嗜肺军团菌在宿主细胞内复制,逃避宿主吞噬溶酶体的 融合,需要特殊的囊泡,该囊泡的建立需要Dot/Icm分泌系统 运输基质蛋白进入宿主细胞.但到目前为止,许多基质蛋n 的功能并不清楚,Heidtman等利用酵母模式系统来鉴定嗜 肺军团菌Dot/Icm基质蛋白如何影响囊泡的形成,结果显示 基质蛋白能干扰酵母胞液与外部的交换,引起酵母生长缺陷 和分泌功能紊乱,其过程和作用与嗜肺军网菌感染宿主细胞, 促进嗜肺军团菌所需要的营养物质进入囊泡进影响宿主功 能基本一致.其中基质蛋白中的PieA与囊泡膜蛋白相互作 用,改变溶酶体形态,逃避溶酶体融合,支持嗜肺军团菌细胞 内复制.J.另外,邵峰等发现1种被称为SidM/DrrA的? 型分泌系统效应蛋白具有独特的GDF(GDIdisplacementfac— tor)和GEF(guaninenucleotideexchangefactor)活性,这两种活 性同时特异性地作用于并激活宿主的RablGTP酶,从而对肺 中华实验和l临床感染病杂志(电子版)2011年8月第5卷第3期ChinJExoClinInfectDis(日ec哑lnjcEdition).A】IgLJst2011,Vol5.No.3?59- 炎军团菌招募内质网来源的膜泡发挥重要作用.列,新的毒力基因和蛋白代表着不断增长的?型分泌系统的 (三)模拟并干扰宿主细胞功能新成员,并反映出嗜肺军团菌可能具备适应多种宿主的能 许多细菌通过模拟真核细胞的功能运输效应蛋白至宿力.随着对?型分泌系统研究的不断深入,其结构及功能仍 主真核细胞.这些不同的细菌蛋白中含有锚定重复的同源有待继续探讨. 区域,被称作Anks,该蛋白能与不同真核蛋白相互作用产生参考文献 不同的细胞功能.Anks蛋白在细菌中很少见,但在真核生1LlosaM,RoyC,DehioC?BacterialtypeIVsecretionsystemsin 物中比较普遍.Pan等2将嗜肺军团菌中编码Anks蛋白2 B hum . a i n ga dis A ea K se , 'M M i F cr , o s b i io1 . , 20 G 0 R 9, , : A 14 6 1 5 - -ki 151 10b . .pa【h.ge. 的基因和IV型分泌系统易位到真核细胞内,翻译出的蛋白nicitvis.landisnin?to'Philadelphia'- 1strai0f0ll..一 类似于真核蛋白,并证明嗜肺军团菌Anks蛋白能干扰依赖p.JBacteri.l,l2-0v03, 185(15):4630-4637.. 微管的胞液运输.感染早期有活性的Anks蛋白可招募营养3RidenourDA,CirilloSL,FengS,eta1.Identificationofagenethat 物质到囊泡,帮助嗜肺军团菌构建复制场所.感染晚期干扰affethe.ffieien. eyofh儿"t.cn.nbyLg."lp".0phl 含有嗜肺军团菌的囊泡与核内体融合,在内质网退出位点于:"一印."."白"?.",.o3,'?): 扰内质网囊泡的成熟,阻碍嗜肺军团菌退出营养囊 泡.4HorwitzMA.Characterlzationofavirulentmutant咖ne如pnemo一 (四)调节细胞凋亡philathatsurvivebutdonotmultiplywithinhumanmonocytes.JExp 1.诱导凋亡:嗜肺军团菌在哺乳动物中引起宿主细胞Med,987,166(5):1310—1328? 凋亡,为检测dot/i位点是否为诱导凋亡所必需,ZikBKH . , .rgR'Tw.i . s .tinct.fe.iintracellular 等?采用末端标汜法,检测了9种突变体和野生菌株,末端M.l'Mi.bi.1, 1993.- 7(o1)_7_19.. 标记的绿色荧光dUTP示踪到凋亡巨噬细胞均有一个致密6NakanoN,KubofiT,KinoshitaM,eta1.CrystalstructureofLegio一 核,相差显微镜检测到细胞膜发泡,能更进一步确定凋亡细nellaDotD:insightsintotherelationshipbetweentypeIVBandtype 胞的特征.野生型菌株AA100能诱导高于9o%的u937导7RII/avIIIhsedcrhetwionss, :2.rP01, 0 . , 6 al (1 . 0 s ) fu.一 噬细胞凋亡,然而dot/icm位点插入kan基因的9种突变体tion.finteractin'gI.R— .d.aifr0二tvp.1Vh..【i0v一 诱导凋亡有严重缺陷,低于15%的感染细胞发生凋亡.重要teminLegi.neUapne"mophil..Strueture,2009,17(4):590-601. 的是,通过质粒引入野生型dot/icm到各个突变体,其诱导凋8NinioS,Zuckman-CholonDM,CambronneED,eta1.TheLegio. 的能力与野生型相似.这表明Dot/IcmIV型分泌系统为 nellaIcmS-IcmWproteinc.mplexisimp.rtantforDot/Icm—mediated 诱导细胞凋亡必不可少的因素.ntran M sl , o~ EJ M . o M l . Mic M ro Y b , iol,20 . 05 L , 55三i.., 早期研究认为,Dot/IcmIV型分泌系统在不同时期诱导Legi0nellapne? ralesthatodulateh()slc.11 mophil0Dot/Icuh【 凋亡的机制不同.感染早期,即嗜肺军团菌入侵宿主细胞后vesicletraffickingpathways.CellMicrobiol,2009,11(2):230-248. 2小时内,细胞凋亡蛋白酶3浓度升高,该酶能分解一种特殊 10Nini.S,CelliJ,RoyCR?ALegionellapneumophilaeffect.rprotein 底物,诱导感染的细胞凋亡.dotA/icmWXYZ基因的突变不en . co . d l ed . 兰,g2e0noo9m.5(icp1la)st:i.c1it0yoU.od"能诱导6-活性的细胞凋亡蛋白酶3.在嗜肺 军团菌细胞内复11ZhY, HL,Zh...ta1.Structural..hani.fh0slRabl 制终止时,Dot/Icmiv型分泌系统触发宿主细胞溶解酶,诱导 activationbythebifunctionalLegionellatypeIVeffeetorSidM/DrrA. 宿主细胞凋亡.ProcNatlAcadSciUSA,2010,107(10):46994704. 2抑宴:.近来,等发现嗜军.菌D.?exa':: ?型分泌系统存在效应蛋白LegK1,该蛋白可模拟宿主的;20f5883):1651-1654."'' IKK(IKBkinase)而激活宿主的NF—KB信号转导通路,在宿主 13ZinkSD,Pede~enL,CianciottoNP,eta1.TheDot/Icmype1V 细胞中显示出很强的NF—KB信号活性,这种激活作用能起到 secretionsystemofLegionellapneumophilaisessentialfortheinduc. 抗凋亡作用,使宿主细胞在感染后不会立刻启动具有保护作 tio"ofapop.iinumanmacrophages?ncImmun,00,0 用的凋亡程序,利于LP在宿主细胞内生存.另外,效应蛋白14aikY.Atiti..f.p.3dgg如 SidF可直接与凋亡前Bcl2蛋白家族的成员相互作用,在感 pneMmophil..iducedap0ptoi. InfectImrnu,1999,67(9):4886. 染过程中阻止宿主细胞凋亡,但Dot/Icm分泌系统利用特殊4894. 的效应蛋白抗凋亡的机制至今仍不明 确.15JianningG,HaoXu,FengShao,ctalALegionellatypeIVeffeCtor i黠语ry , 1atin . g .theI芸一 ?型分泌系统是嗜肺军团菌侵袭宿主细胞的主要武器,16Sch.d.GN, PttvNK,MousnieA,eta1.Legionell.pmophi. 近年来随着新的分子生物学技术及蛋白质组学的应用,对? lastrain130bpossessesauniquecombinationoftypeIVsecretion 型分泌系统的研究取得了一定进展.但其构成及功能发挥 systemsandnovelDot/Icmsecretionsystemeffeetorproteins.JBac. 竺子目究得到的篆羔墨,叫删舶'收稿…1 很多问题尚未解决.例如,最近Schroeder等叫通过对嗜肺:孙集华; 军团菌130b菌株的研究,发现了?型分泌系统新的基因序 戈立秀,吴尚为,朱庆义.嗜肺军团菌?型分泌系统及其致病性研究进展[J/CD].中 华实验和临床感染病杂志:电子版,