單增李斯特菌與細胞焦亡

李鈺心 賈艷艷 原 維

（1.鄭州外國語新楓楊學校，河南鄭州 450001；2.河南科技大學動物疾病與公共衛生重點實驗室，河南洛陽 471023；3.浙江伊科拜克動物保健品有限公司，浙江湖州 313220）

單增李斯特菌（Listeria monocytogenes，LM）是一種宿主譜廣泛的兼性胞內菌，在自然界中廣泛存在，LM能穿過人體及動物的腸道、血腦和胎盤三大屏障，引起人、羊、豬及雞等發生李斯特菌病[1]。人畜感染后常表現為腦膜炎、胃腸炎、流產等癥狀，該病病死率高達30%以上，具有重要公共衛生學意義[2]。美國每年李斯特菌污染造成近2500人患病，神經系統感染者死亡率在30%以上[3]。而我國從1964年到2010年報道李斯特菌病案例，臨床病例病死率為26%[4]。因此，單增李斯特菌不僅造成大批動物死亡，給養殖業帶來巨大損失，同時對人類及動物健康存在巨大的潛在威脅。

1 LM的感染過程

單增李斯特菌進入機體后，可以感染多種細胞，如肝細胞等非吞噬細胞，及巨噬細胞和樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）等。在宿主細胞中，單增李斯特菌能夠分泌毒力因子李斯特菌溶胞素（Listeriolysin O，LLO）和磷脂酶去裂解吞噬體膜，從而使單增李斯特菌逃入宿主細胞的細胞質中。一旦進入胞質，單增李斯特菌開始快速增殖，并啟動肌動蛋白聚合酶A（ActA）的表達，ActA聚合宿主細胞的肌動蛋白，形成彗星狀的肌動蛋白尾，驅使單增李斯特菌在胞質內運動，進而感染相鄰細胞[5-6]。

2 細胞焦亡

2.1 細胞焦亡的概述

細胞死亡是貫穿于所有生命活動的一種現象，在機體新陳代謝的生理過程和病理過程中均有重要作用，充分認識細胞死亡的現象和本質具有十分重要的生物學意義。細胞死亡方式分為程序性死亡和被動性死亡。前者需要代謝能量，由特定的細胞信號和效應分子介導，后者由外力失控誘導。程序性死亡包括凋亡（apoptosis）、自噬（autophagy）及焦亡（pyroptosis）等，被動性死亡包括壞死（necrosis）[7]。其中，細胞焦亡是一種新的促炎程序性細胞死亡模式，由半胱天冬蛋白酶1（caspase-1）依賴性介導，同時伴有大量促炎因子的釋放，誘發級聯放大的炎癥性反應，已成為研究病原與宿主細胞互作的熱點之一[8]。

圖1 細胞焦亡的炎癥性過程

2.2 細胞焦亡的形態特征

焦亡細胞的最顯著特征是細胞膜完整性喪失和胞內容物釋放，誘發級聯炎癥性反應。研究表明細胞發生焦亡時細胞膜有1～2 nm的小孔形成，這些小孔使細胞內的離子平衡喪失，水分內流，細胞腫脹繼而膜破裂，最終細胞發生滲透性溶解[9]。

2.3 細胞焦亡的分子機制

細胞焦亡發生的主要機制是內源性及外源性刺激信號通過不同途徑作用于炎性體（inflammasome）而激活caspase-1，介導細胞滲透性腫脹破裂，形成細胞膜小孔，胞內內容物流出，IL-1β、IL-18前體裂解并誘導其他炎性因子等的合成和釋放，從而放大局部和全身炎癥反應[10]。研究證明，caspase-1的活化是由多蛋白復合物炎性體所介導的，炎性體將caspase-1前體裂解成具有活性的caspase-1，進而促進IL-1β和IL-18前體形成成熟的細胞因子，引起細胞焦亡[11]。

炎性體通常是含NACHT（nucleotide binding oligomerization domain）、LRR（leucine rich repeat）和PYD（pyrin domain）結構域的蛋白、凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated specklike protein containing a CARD，ASC）和caspase-1前體所構成的多蛋白復合物。接頭蛋白ASC含有CARD（caspase activation and recruitment domain）和PYD結構域，通過CARD-CARD和PYDPYD相互作用結合，能夠作為雙重接頭蛋白分子將炎性體與caspase-1以橋梁形式連接起來，將二聚體形式的caspase-1前體裂解為p10、p20的兩個大小亞基，最后形成具有催化活性的caspase-1，作用于IL-1β和IL-18前體，介導細胞焦亡的發生。炎性體由相關病原體分子模式（如細菌毒素、病毒、寄生蟲）和內源性危險相關分子模式（如透明質酸）所觸發。NOD樣受體（nod-like receptors，NLRs）包含NLRP1、NLRP3、NLRC4、NLRC5、PYRIN（pyrin and HIN domain-containing protein）和AIM2（absent inmelanoma 2）是炎性體家族的主要成員，在炎癥反應發生和維持中起重要作用[12-13]。

研究表明，細胞焦亡廣泛參與感染性疾病、神經系統相關疾病和動脈粥樣硬化性疾病等的發生發展，并在這些疾病中發揮重要作用[14]。

3 LM感染過程中誘導細胞焦亡

LM誘導的天然免疫應答依賴于多種受體的識別，如細胞表面的Toll樣受體（toll-like receptors，TLRs）[15]、胞漿識別的NOD受體。胞外LM主要被TLR2和TLR5所識別，而NOD1及NOD2識別胞漿中的LM。最新研究發現胞漿的LM可被NLRs中的NLRC4、NLRP3及AIM2等識別，其中NLRC4主要識別細菌鞭毛及Ⅲ型分泌蛋白，NLRP3則主要識別破壞的溶酶體，AIM2識別胞漿中細菌裂解后釋放的DNA[16]。一旦被激活，這些受體組裝形成炎性體，從而招募procaspase-1并經切割形成活性狀態caspase-1，后者剪切前IL-1β和前IL-18，最終形成IL-1β和IL-18，誘導細胞發生焦亡（pyroptosis）。

研究報道，LM能夠激活巨噬細胞NLRP3炎性體及caspase-1的活化，釋放IL-1β家族的促炎性因子，誘導宿主細胞發生促炎性死亡，從而清除胞內LM及實現宿主防御[17]。Wu等研究顯示NLRP3及ASC參與LM誘導巨噬細胞發生caspase-1依賴型細胞促炎性死亡，且TLR4信號通路在NLRP3炎性體激活中發揮作用，說明LM引發NLRP3炎性體的激活有多條信號通路的參與[18]。Witte報道炎性體通路是LM感染過程中引發的天然免疫機制之一[19]。Sauer等構建了表達鞭毛蛋白的重組LM菌株，作為NLRP4炎性體增強型菌株，免疫小鼠后減弱了機體T細胞應答能力，并降低了對小鼠的免疫保護力，提示炎性體的激活可改變LM菌株的特異性免疫應答[20]。上述研究表明病原體感染機體時細胞焦亡可作為一種宿主防御機制，然而細胞焦亡的過度激活亦可造成機體損害。因此，炎性體的激活及細胞焦亡在宿主抵御LM入侵及LM的致病機制中具有重要意義。

4 結語

細胞焦亡是新近發現的一種炎癥性程序性細胞死亡模式，可被多種體內外刺激信號所觸發，其中炎性體的激活活化是細胞焦亡過程的關鍵。目前研究發現，細胞焦亡及炎性體激活在機體抵御病原微生物感染過程中發揮著先天免疫的作用，在LM感染宿主細胞的過程中，可激活機體細胞中的不同炎性體，介導炎癥反應，改變機體的免疫應答，進而遏制細菌的感染。因此，深入研究單增李斯特菌誘導細胞焦亡及炎性體激活的過程，有助于認識細胞焦亡在李斯特菌病發生發展中的作用，為李斯特菌病的臨床防治提供全新的藥物靶點。

[1] 江玲麗，高有領，周向陽，等.單增李斯特菌膜裂解相關基因缺失突變株的構建及生物學特性鑒定[J].畜牧獸醫學報，2016，47（4）：779-788.

[2] Shan Y，Fang C，Cheng C，et al. Immersion infection of germ-free zebrafish with Listeria monocytogenes induces transient expression of innate immune response genes[J]. Front Microbiol，2015，（6）：373.

[3] Papandreou A，Hedrera-Fernandez A，Kaliakatsos M，et al.An unusual presentation of paediatric Listeria meningitis with selective spinal grey matter involvement and acute demyelinating polyneuropathy[J]. Eur J Paediatr Neurol，2016，20（1）：196-199.

[4] Feng Y，Wu S，Varma JK，et al. Systematic review of human listeriosis in China，1964-2010[J]. Trop Med Int Health，2013，18（10）：1248-1256.

[5] Freitag NE，Port GC，Miner MD. Listeria monocytogenes - from saprophyte to intracellular pathogen[J]. Nat Rev Microbiol. 2009，7（9）：623-628.

[6] Wood LM，Paterson Y. Attenuated Listeria monocytogenes：a powerful and versatile vector for the future of tumor immunotherapy[J].Front Cell Infect Microbiol. 2014，12（4）：51.

[7] 陳瑜，李艷，余赟，等.細胞焦亡的分子機制及其在感染性疾病中的作用[J].中國病原生物學雜志，2017，12（2）：185-188.

[8] Bergsbaken T，Fink SL，Cookson BT. Pyroptosis：host cell death and inflammation[J].Nat Rev Microbiol.，2009，7（2）：99-109.

[9] 林靜，李大主.細胞焦亡：一種新的細胞死亡方式[J].國際免疫學雜志，2011，34（3）：213-216.

[10] Danthi P. Viruses and the Diversity of Cell Death[J]. Annu Rev Virol.2016，3（1）：533-553.

[11] 楊斯迪，鄧奇峰，黃瑞，等.炎性小體激活與細胞焦亡的研究進展[J].微生物與感染，2017，12（3）：192-196.

[12] Man SM，Kanneganti TD. Regulation of inflammasome activation[J].Immunol Rev.，2015，265（1）：6-21.

[13] 祁會麗，姚麗芬.細胞焦亡激活機制及相關疾病研究進展[J].中華實用診斷與治療雜志，2016，30（5）：417-419.

[14] Man SM，Karki R，Kanneganti TD. Molecular mechanisms and functions of pyroptosis，inflammatory caspases and inflammasomes in infectious diseases[J].Immunol Rev，2017，277（1）：61-75.

[15] Regan T，Naly K，Carmody R，et al. Identification of TLR10 as a key mediator of the inflammatory response to Listeria monocytogenes in intestinal epithelial cells and macrophages[J]. J Immunol，2013，191（12）：6084-6092.

[16] Wu J，Fernandes-Alnemri T，Alnemri E S. Involvement of the AIM2，NLRC4，and NLRP3 Inflammasomes in Caspase-1 Activation by Listeria monocytogenes[J].J Clin Immunol，2010，30（5）：693-702.

[17] Kim S，Bauernfeind F，Ablasser A，et al. Listeria monocytogenes is sensed by the NLRP3 and AIM2 inflammasome[J]. Eur J Immunol，2010，40（6）：1545-1551.

[18] Wu J，Fernandes-Alnemri T，Alnemri ES. Involvement of the AIM2，NLRC4，and NLRP3 inflammasomes in caspase-1 activation by Listeria monocytogenes[J].J Clin Immunol，2010，30（5）：693-702.

[19] Witte CE，Archer KA，Rae CS，et al. Innate immune pathways triggered by Listeria monocytogenes and their role in the induction of cell-mediated immunity[J].Adv Immunol，2012，（113）：135-156.

[20] Williams CR，Dustin ML，Sauer JD. Inflammasome-mediated inhibition of Listeria monocytogenes-stimulated immunity is independent of myelomonocytic function[J].PLoS One，2013，8（12）：e83191.