伯氏疏螺旋體補體調節因子捕獲表面蛋白介導其補體逃逸機制的研究進展

陳泰桂，羅麗莎，李連保，計震華，簡苗苗，丁喆，寶福凱，4，5，6#，柳愛華，3，5，6#

(1. 昆明醫科大學 云南省高校熱帶傳染病重點實驗室，昆明 650500；2. 昆明醫科大學 病原生物學與免疫學系，昆明 650500；3. 昆明醫科大學 生物化學與分子生物學系，昆明 650500； 4. 昆明市兒童醫院 云南省兒童重大疾病研究重點實驗室，昆明 650300；5. 昆明醫科大學 熱帶醫學研究所，昆明 650500；6. 云南省熱帶病示范型國際科技合作基地，昆明 650500)

萊姆病(Lyme disease，LD)是一種由伯氏疏螺旋體(Borreliaburgdorferi)感染引起的自然疫源性疾病，于1976年在美國康涅狄格州萊姆鎮被發現，由Steere等[1]于1977年首次報道，是最常見的蜱傳播疾病之一。LD分布廣泛，于1992年被世界衛生組織列入重點防治研究對象。目前世界范圍內已有八十多個國家報告LD的存在，美洲、亞洲、北非、歐洲均有人群感染，且蜱所致人患LD呈現出區域擴展趨勢[2，3]。近年來，關于LD免疫反應方面的研究在動物模型上取得了一系列突破性進展。新一代測序技術的出現也徹底改變了LD致病機制的研究方式。然而，人們對伯氏疏螺旋體如何從蜱傳播到哺乳動物并維持其傳播過程仍然知之甚少[4]。

伯氏疏螺旋體作為LD的病原體，它利用多種策略感染宿主，并克服宿主的固有和適應性免疫反應[5]。其中，補體系統是伯氏疏螺旋體必須克服以建立哺乳動物宿主感染的主要固有免疫防御機制[6]。許多病原體在感染哺乳動物宿主時具有自身進化機制，常見機制是在其表面捕獲宿主補體調節劑，這可以幫助它們在感染宿主時逃避其補體激活與殺傷作用[7]。體外培養伯氏疏螺旋體分離株的研究顯示，它在人血清中的存活能力與其表面的補體調節因子捕獲表面蛋白(complement regulator-acquiring surface protein，CRASP)的表達量相關，該蛋白通過與補體調節H因子(foctor H, FH)家族的一種或多種宿主蛋白結合使伯氏疏螺旋體能夠抑制旁路途徑激活并阻止細胞表面形成攻膜復合物(membrane attack complex，MAC)，輔助伯氏疏螺旋體逃避宿主的免疫殺傷[8-10]。

1 CRASP和FH

1.1 CRASP的特性及分類CRASP是定位于伯氏疏螺旋體表面幾種不同脂蛋白的統稱，可以與宿主FH家族的一種或多種蛋白結合。迄今為止，通過伯氏疏螺旋體抗血清鑒定出5種CRASP，分別為： CRASP-1、CRASP-2、CRASP-3、CRASP-4和CRASP-5[6，11-12](表1)。

不同的CRASP會在伯氏疏螺旋體感染周期中不同階段表達。CRASP-1僅在伯氏疏螺旋體從蜱傳播到宿主又從宿主回到蜱體內的階段表達[13]。CRASP-2在哺乳動物感染期間表達，但它不是哺乳動物發生感染所必需的[12]。CRASP-3、CRASP-4、CRASP-5在哺乳動物感染期間表達，在蜱定植期間受到較大程度的抑制[14]。CRASP-3可以與CRASP-1和(或)CRASP-2協同作用，以幫助伯氏疏螺旋體逃避補體介導的殺傷作用[15]。

表1 伯氏疏螺旋體CRASP的分類

1.2 補體系統的激活途徑在伯氏疏螺旋體傳播期間，宿主免疫系統試圖通過補體介導的殺傷作用、吞噬作用和細胞免疫作用清除病原體。補體系統由血漿和膜相關蛋白組成，是宿主固有免疫防御機制之一。宿主補體系統成分廣泛分布于體液中，可以多途徑激活并介導對感染的有效反應。補體的激活可以通過3種不同的途徑：經典途徑、凝集素途徑和旁路途徑[16-17]。補體主要通過以下方式引發機體免疫反應：(1)調理作用引發吞噬作用；(2)釋放趨化肽介導炎癥反應；(3)MAC裂解細胞。特定的適應性免疫反應發生前，結合于病原體表面的C3可以自發激活旁路途徑，觸發一系列酶促事件，導致MAC的形成。

1.3 FH的結構及特性FH及其補體調節H因子樣蛋白-1(factor H-like protein 1，FHL-1)是補體旁路途徑的主要調節蛋白。FH是一種相對分子質量150 000的可溶性蛋白，由人體多種類型的細胞(如肝細胞、成纖維細胞、單核細胞、內皮細胞)產生。FH由20個補體控制蛋白(complement control protein，CCP)模塊組成，包含2個末端的C3b結合區和2個聚陰離子宿主標志物結合區[18]。FHL-1是FH的可變剪接產物，FHL-1與FH的N末端共享配體結合區域和補體調節活性區域，但FHL-1僅含前7個CCP模塊和4個獨特氨基酸的羧基末端。因此，FHL-1含有N端FH調節位點和1個糖胺聚糖識別位點，但缺少C端C3b結合區和CCP19-20模塊[19]。

FH可作為I因子介導C3b降解的輔因子，裂解C3b導致其失活(輔助劑活性)；還可通過與B因子競爭性結合C3b調節旁路途徑中C3b轉化酶(C3bBb)的形成[20]。并且FH還可以加速C3轉化酶的衰變，進一步在C3b水平上控制補體激活[21-22]。FHL-1可在C3及上游水平抑制補體系統激活[23]。FH還可與宿主表面的聚陰離子宿主標志物(如：唾液酸和糖胺聚糖)結合以抑制補體系統的激活，從而維持伯氏疏螺旋體免受補體系統攻擊的能力。

2 CRASP調節補體因子活性的機制

哺乳動物體內的補體調節因子以特定方式與不同補體成分相互作用，使其激活和抑制處于平衡狀態，既能防止對自身組織造成損傷，又能有效殺滅外來病原微生物。在免疫系統中，補體系統直接激活會使活化產物沉積形成MAC，在細胞膜中形成孔洞，導致細胞裂解，以殺滅外來病原體[24]。因此，抵抗哺乳動物補體系統的清除能力是伯氏疏螺旋體在宿主中存活的重要環節。哺乳動物宿主體內許多病原體通過招募補體調節劑的方式，實現逃避宿主補體的殺傷作用。

伯氏疏螺旋體采用的逃避策略主要為，在補體激活的旁路途徑中，通過CRASP在表面募集FH和FHL-1，抑制旁路途徑補體激活并阻止細胞表面形成MAC，幫助螺旋體逃避補體的殺傷作用[25]。這種補體逃逸機制對于伯氏疏螺旋體這類生長緩慢的病原體尤為重要。在CRASP的結合能力中，CRASP-1和CRASP-2結合FH和FHL-1，而FHL-1缺乏FH CCP-20模塊，故CRASP-3、CRASP-4和CRASP-5僅結合FH[26]。CRASP結合FH的過程中，每種CRASP的相對親和力隨補體調節因子FH和FHL-1的變化而變化，并且FH會保持本身的活性構象，使得其能正常發揮抑制補體活化的作用[27]。

3 CRASP與伯氏疏螺旋體致病的關系

伯氏疏螺旋體主要以脊椎動物，如小型哺乳動物或鳥類為宿主，以硬蜱屬蜱類為傳播媒介。由于伯氏疏螺旋體必須經過蜱類叮咬動物傳播，進一步增加了伯氏疏螺旋體與蜱和脊椎動物宿主之間相互作用的復雜性，使得其能適應不同生存環境的挑戰[10]。伯氏疏螺旋體在從蜱傳播到哺乳動物的過程中，所表達的外表面蛋白會隨所處環境的不同而不斷變化。幼蜱吸食已感染伯氏疏螺旋體的動物血后感染伯氏疏螺旋體，隨后伯氏疏螺旋體上調外表面蛋白OspA和OspB，以幫助自身成功定植于蜱蟲體內。為進一步成功感染其他哺乳動物宿主，伯氏疏螺旋體需從蜱的腸道遷移至蜱唾液腺，此時，OspA和OspB表達減少而OspC表達增加[28]。當蜱蟲叮咬其他宿主時，將伯氏疏螺旋體傳播到宿主的血液和皮膚，伯氏疏螺旋體會擴散至遠處的組織中建立持續感染[29]。當感染伯氏疏螺旋體的蜱吸食人類血液或組織液時，會將病原體傳播至人體內，導致LD的發生。

在伯氏疏螺旋體感染宿主的進化過程中CRASP對宿主體內的補體調節蛋白有很強的親和力和結合力，能有效支持伯氏疏螺旋體在多種哺乳動物中實現免疫逃逸。CRASP-1主要為伯氏疏螺旋體提供針對宿主補體系統的抗性[30]。CRASP-2結合FH和FHL-1可保護伯氏疏螺旋體免受補體介導的殺傷作用，但也有研究表明，有的CRASP-2突變體對補體介導的體外殺傷作用不敏感，因此CRASP-2對于宿主中伯氏疏螺旋體持久存活不是必需的[31]。Erp蛋白(CRASP-3、CRASP-4、CRASP-5)在哺乳動物感染期間產生，但在蜱定植期間受到很大抑制。雖然表達水平隨時間變化，但伯氏疏螺旋體在整個哺乳動物感染過程中會不斷合成Erp蛋白[6]。有研究表明，Erp蛋白基因在伯氏疏螺旋體遇到哺乳動物宿主血清的所有階段都會被轉錄[10]。在Erp蛋白家族中ErpP、ErpC和ErpA蛋白結構非常相似，共享約90%的氨基酸序列，但依賴于各自Erp蛋白的特異性識別基序，它們結合補體調節因子(如FH和FHL-1)的能力有所不同，而這也成為伯氏疏螺旋體在特定宿主中存活的一個關鍵因素[32]。

2007年，Woodman等[33]研究中還發現，WT和FH缺陷型小鼠都可被伯氏疏螺旋體同等程度地感染，說明CRASP可能不是促成補體抗性和伯氏疏螺旋體成功感染哺乳動物的唯一機制[10]。在伯氏疏螺旋體表面表達的CRASP存在著相互合作機制，其功能遠遠不止結合FH，CRASP與FH或其他類似的宿主蛋白結合，可能還發揮其他功能，例如對宿主組織的黏附作用。因此，CRASP結合FH以逃避補體系統的殺傷作用，對于伯氏疏螺旋體有效感染哺乳動物可能不是必需的。

4 結語

在伯氏疏螺旋體傳播期間，除了上文中提到的CRASP，伯氏疏螺旋體還可利用其他直接干擾不同補體成分的分子如BBK32、BGA66、BGA71和CD59樣蛋白或分子，結合FH、FHL-1、FH相關蛋白FHR-1、FHR-2或C4Bp等各種補體調節劑間接抵抗補體系統激活，實現免疫補體逃逸。文章通過對補體調節因子FH和FHL-1在伯氏疏螺旋體補體逃逸過程中發揮的關鍵性作用概述，提高了對伯氏疏螺旋體逃逸免疫防御能力而存活機制的認識，也為研究LD的發病機制開辟了一條新途徑。通過對伯氏疏螺旋體-補體系統-補體調節因子的聯合分析總結，可以更加深入了解LD的發病機制，為探索LD發病機制和防治提供科學依據和新思路。同時深入探究伯氏疏螺旋體補體抗性的其他機制，有助于進一步開發直接靶向這些蛋白質的有效疫苗。