布魯氏菌毒力因子研究進展

摘要：布魯氏菌是一種革蘭氏陰性菌，可引起二類傳染病，稱為布魯氏菌病或馬耳他發熱病。該文主要討論布魯氏菌毒力因子的進展。了解布魯氏菌與宿主細胞之間的分子水平的相互作用來調節細胞的功能，將有助于了解布魯氏菌病的病因。

關鍵詞：布魯氏菌;IV型分泌系統;雙組分調控系統;密度感應系統

中圖分類號：S851.3 文獻標識碼：B doi：10.3969/j.issn.2096-3637.2019.16.033

0 引言

布魯氏菌病是最常見的全球性細菌性人畜共患病。每年全世界有超過50多萬感染者[1]。它是一種重要的流行相關性疾病，該病沒有有效的疫苗，人們對布魯氏菌病的病原的重視程度越來越大。

1 IV型分泌系統（T4SS）

在布魯氏菌中研究比較多的因子之一是T4SS[2]。在革蘭氏陰性菌中IV型DNA轉運系統VirB基因是同源的，如根瘤農桿菌和嗜肺軍團菌。布魯氏菌病的T4SS首先在豬種布魯氏菌中發現，由12個開放閱讀框（VirB1到VirB12）編碼。在布魯氏菌中virB缺失株不能與內質網相互作用，其調控的下游基因不能轉錄，導致布魯氏菌無法在細胞內長期生存。VirB調控許多轉錄調控子的表達。最近研究表明，virB的突變可能會影響其他基因的表達，包括密度感應系統調控子VjbR在內的幾個基因的相對轉錄水平下調[3]。

2 布魯氏菌脂多糖（LPS）

作為革蘭氏陰性菌，布魯氏菌的外膜含有LPS。在致病的布魯氏菌菌株中，光滑型LPS較多。目前，LPS已成為毒力因子進行研究。布魯氏菌LPS缺失后不會誘導小鼠的炎癥反應，造成低水平的促炎細胞因子和低細胞毒性活性。

布魯氏菌LPS的結構與典型的模式不同。非經典脂質A有一個氨基葡萄糖主鏈和幾條極長的脂肪酸長鏈組成。這些特點對布魯氏菌感染反應是至關重要的。布魯氏菌bacA突變株，缺乏脂質A的長鏈脂肪酸，導致較高的炎癥反應。同樣，布魯氏菌bvrS突變體中，增加脂質A的含量，在小鼠模型中是弱毒的。

LPS的O-多糖對布魯氏菌的影響至關重要。參與LPS生物合成途徑不同階段基因的突變，如甘露糖基轉移酶wbdA或磷酸甘露糖苷酶manB，及其突變通常使布魯氏菌的表型由“光滑型”變為“粗糙型”，在細胞或動物感染模型中毒力減弱。這種減毒的程度取決于受影響的基因和通路。

在很長一段時間內，人們已經發現粗糙型突變體來源于光滑型的布魯氏菌菌株。這種從光滑型到粗糙型的LPS轉變發生在細菌培養期間，也發生在動物感染中，這可能是由于不穩定遺傳因素引起的。粗糙型菌株能被宿主迅速有效清除，隨著時間的推移并在這些選擇性的壓力下，布魯氏菌保持其內在不穩定性，是在宿主內存活的主要方式之一。LPS在感染期間改變其功能，有利于細菌的短期存活和持續感染。但是，因為到目前為止還沒有實驗方法抑制LPS轉換，因此其在動物感染中的實際作用仍有待于進一步調查。

3 環葡聚糖

布魯氏菌可產生環β-1，2-葡聚糖（CβG），CβG是一個毒力因子。環葡聚糖合成酶（CGS）在布魯氏菌CβG合成中是至關重要的。CβG缺失株在動物體內和細胞中的生存能力減弱。

環葡聚糖在細菌的生理學和感染期間的功能尚不完全清楚。布魯氏菌cgs突變株的膜表面有一定缺陷，表明其表面活性分子有較高的靈敏度。然而在牛種布魯氏菌cgs突變株和減毒疫苗株S19的cgs突變株顯示出對表面活性劑相同的敏感性，表明膜的改變并不是導致毒力持續性下降的主要原因。

4 雙組份調控系統（TCS）

雙組份調控系統（TCS）是一種常見的細菌適應環境變化的機制。跨膜蛋白傳感器通過自身磷酸化，反應出特定的胞外信號，如TCS的pH值下降或溫度增加;磷酸基團隨后轉移到一個或多個反應調控子上面，介導轉錄的改變。

介導布魯氏菌宿主內復制的TCS包括FeuQ、NtrY、VsrB、OmpR和BvrR/BvrS。FeuQ編碼FeuP/FeuQ系統的傳感器激酶，在根瘤菌中，該系統介導高親和性鐵攝取的調節。但是豬種布魯氏菌的feuP反應調控子突變株，可以在小鼠和巨噬細胞中的復制，表明種屬特異性差異或FeuP并不是FeuQ信號的唯一調控子。而其他調節布魯氏菌毒力的TCS與氮反應有關（NtrY、VsrB和OmpR）。

布魯氏菌中除對BvrR/BvrS系統研究較多外，最近對TceS/TceR系統也進行研究。TceSR缺失株不能在小鼠脾臟中繁殖復制，很難入侵巨噬細胞和HeLa細胞，也不能在巨噬細胞和HeLa細胞中復制，并且對抗菌肽多粘菌素B的耐藥性降低。與野生型親本株相比，TceSR缺失株對細胞的毒性減弱。此外，TceS/TceR調節許多基因和蛋白的表達。

5 密度感應系統

密度感應是基于能在單個細菌及其相應的調控子之間傳遞信息的信號分子。布魯氏菌物種合成C12-高絲氨酸內酯密度感應信號，并且已確定2個轉錄調控子—VjbR和BlxR，且與毒力密切相關。

6 Rsh

當細菌面臨嚴重的營養脅迫時可以改變基因表達做出嚴格的回應。為應對營養脅迫，細菌激活鳥苷四磷酸合成酶Re1A產生3'，5'-二-焦磷酸（ppGpp），布魯氏菌可產生ppGpp合成酶的同系物Rsh。研究表明，布魯氏菌Rsh突變株當在體外營養脅迫時可很快失去活性，并且在巨噬細胞、HeLa細胞和試驗感染的小鼠中是減毒的。這些結果表明，嚴格反應可在布魯氏菌對其在宿主細胞內定居過程中遇到營養脅迫時成功適應具有關鍵作用。營養脅迫似乎對誘導編碼VirB的基因是一個重要的環境刺激，Rsh的存在對于這些基因在羊種布魯氏菌16M中的最佳表達是必需的。

7 No1R、MucR和LOV結構域組氨酸激酶

No1R是一種轉錄調控因子，在根瘤菌中調控根瘤基因的表達。在羊種布魯氏菌16M中預測的編碼轉錄調控因子的基因靶向突變分析表明，No1R對布魯氏菌在小鼠巨噬細胞、HeLa細胞和小鼠中的毒力是必需的。轉錄調控因子MucR對根瘤菌中胞外多糖的合成和運動之間提供調控關系。羊種布魯氏菌mucR突變株在巨噬細胞和小鼠體內的毒力也是減毒的。最近在布魯氏菌中發現攜帶LOV（光、氧或壓）結構域的組氨酸激酶。生化研究表明，該蛋白對光有應答作用，缺乏該蛋白后，布魯氏菌在小鼠J774巨噬細胞中毒力減弱。

8 結束語

布魯氏菌成功在宿主細胞中生存和繁殖的能力是其毒力的關鍵。布魯氏菌利用多種策略建立和維持其在宿主細胞內長期生存。在感染初期，布魯氏菌可逃避炎癥反應。布魯氏菌一旦進入宿主細胞，它們主動影響胞內的運輸，使含布魯氏菌的液泡避免成為“吞噬溶酶體”。布魯氏菌利用一些它們遇到的環境壓力（如酸性環境和營養脅迫）作為改變其細胞內運輸所需的基因誘導的刺激。最終，布魯氏菌使細胞失去抗原加工能力，布魯氏菌抵抗細胞凋亡，以利于自身生存。

參考文獻

[1]劉倩宏.布魯氏菌的IV型分泌系統[J].中國人獸共患病學報，2012.28（9）：951-954.

[2]易繼海，王月麗，王震，等.布魯氏菌胞內存活機制與巨噬細胞極化關系研究進展[J].中國畜牧獸醫，2018，45（4）：1082-1088.

[3]王玉飛.IV型分泌系統調控布魯氏菌胞內生存的分子機制研究[D].北京：中國人民解放軍軍事醫學科學院，2008.

作者簡介：肖延仁（1986-），男，河北南宮人，本科，獸醫師，研究方向：農業畜牧養殖、疾病診療及防治等。