结核分支杆菌mulerculosis入侵巨噬细胞的机制

结核分支杆菌mulerculosis入侵巨噬细胞的机制

世界上有2000万人，每年发生约900万例新病例，每年死亡300万人。世界上有17亿例感染细胞菌的患者，占世界人口的1.3%。结核再次成为严重的世界性疾病。由于人口剧增、移民增加、旅游业发展、耐药性的产生、人类免疫缺陷病毒(HIV)感染流行、吸毒、酗酒与贫困等原因,结核病呈日益严重回升趋势。结核分支杆菌(M.tuberculosis)属胞内寄生菌,在感染早期被巨噬细胞吞噬后,可抵抗宿主的杀伤,维持胞内繁殖和扩散,在结核分支杆菌致病性上有重要意义。文中主要从生物学上讨论结核分支杆菌入侵巨噬细胞并在胞内存活繁殖的机制。一、阐明分支机构和内吞研究表明,结核分支杆菌以受体途径入侵巨噬细胞过程中,利用巨噬细胞表面受体主要有以下几种。1.mri分类检测基识别位点MR通过识别配体上的末端甘露糖残基与非调理素介导吞噬作用,细胞表面MR的表达受到许多介质调节,γ干扰素(IFN-γ)能下调MR的表达,白细胞介素4(IL-4)则上调MR的表达。已经证实MR是一单体跨膜蛋白,只表达于成熟的巨噬细胞,其胞外有8个具有C型凝集素特征的糖基识别位点。目前已知的一种MR配体是脂阿拉伯甘露聚糖(lipoarabinomannan,LAM),LAM末端带有甘露糖残基,在结核分支杆菌表面大量表达,MR不仅作为受体介导结核分支杆菌的内吞,而且可将结核分支杆菌的LAM转送至含CD1b的内体(endosome)中,参与将LAM装载至CD1b上,继而LAM被运送至巨噬细胞膜,插入糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol,GPI)丰富区。LAM本身是一特殊多糖结构的GPI,能改变巨噬细胞的多种功能,包括对IFN-γ的应答和对抗原呈递能力的抑制。通过插入GPI,改变巨噬细胞表面标记,抑制了巨噬细胞向CD+4T细胞呈递抗原的能力,使CD+4T细胞不能分泌足够多的INF-γ;LAM能改变IFN-γ受体结构,使巨噬细胞对IFN-γ的应答降低。这些均使结核分支杆菌免受活性氧介质(ROI)和活性氮介质(RNI)的杀伤。2.内吞cd11b/cd4巨噬细胞表面的CR有两类:CR1和CR3/CR4,CR1(CD35)为一单体跨膜蛋白,与C3b和C4b结合,而不与C3bi结合,介导结核分支杆菌的内吞;CR3(CD11b/CD18)和CR4(CD11c/CD18)为异二聚体,可与C3bi结合。在有血清或无血清存在的情况下,抗CR1、CR3和CR抗体均可抑制结核分支杆菌的粘附和摄入。3.sp-a受体基因组织SP-A是由2型肺泡细胞产生,为糖蛋白,含1～2个寡糖结合点,一胶原样区和一糖识别区。SP-A是18亚基寡聚体,表现出可与多种不同分子结合的特征,如与巨噬细胞、2型肺泡细胞表面SP-A受体及微生物表面某些成分结合,多种证据表明,SP-A是通过胶原区与巨噬细胞表面的SP-A受体相互作用的。已发现至少3种可能的SP-A受体,C1qRp、CR1和SPR210。C1qRp表达于单核细胞、巨噬细胞、嗜中性粒细胞(PMN)及内皮细胞。CR1也叫做CD35,对C1q有高亲和力,可能为SP-A受体。SPR210与SP-A结合,但不与C1q结合,表达于巨噬细胞和2型肺泡细胞。4.确保参菌体a型的表达巨噬细胞上这一受体主要结合革兰阴性菌脂多糖和革兰阳性菌磷壁酸。竟争抑制试验表明该受体A型的表达水平对结核分支杆菌非常重要。纯化的A型受体可结合结核分支杆菌,且结核分支杆菌中的硫酸脑苷脂可与其他配体竟争A型受体。5.脂结合剂il-8是革兰阴性菌脂多糖的高亲和力受体,研究表明,CD14可与结核分支杆菌H37Ra株的阿拉伯甘露糖脂结合,这一结合诱导巨噬细胞分泌IL-8。来源于单核细胞前体的小神经胶质细胞可利用CD14识别结核分支杆菌H37Rv株并介导菌体内吞。用抗CD14抗体或可溶性CD14处理人的小神经胶质细胞,能阻止细胞被结核分支杆菌感染。但CD14没有跨膜区和胞质区,推测其介导的内吞可能与其他膜蛋白有关。二、实施抑制剂抑制试验含有结核分支杆菌的吞噬体与溶酶体的融合被抑制,使结核分支杆菌得以存活。直到现在,结核分支杆菌抑制吞噬体与溶酶体融合的机制仍不是很清楚,可能与以下几个方面有关。1.结晶社会主义网络上rab蛋白家族在第5期内体膜融合中的作用吞入异物的吞噬体,将与内体之间发生一系列融合和分离,在此过程中,获得并失去一些膜表面蛋白,这些膜蛋白与吞噬体的成熟密切相关,它与早期内体融合,使吞噬体获得早期内体的膜蛋白。随着进一步成熟,吞噬体与晚期内体融合,获得晚期内体的膜蛋白,对结核分支杆菌吞噬体的研究显示,结核分支杆菌吞噬体有主要组织相容性复合体Ⅰ(MHC-Ⅰ)类分子(吞噬体成分,来源于巨噬细胞膜,随内吞进入),以及大量的MHC-Ⅱ类分子和转铁蛋白受体(与早期内体成分相同),但是溶酶体膜糖蛋白、CD63、溶酶体相关膜-1(LAMP-1)、溶酶体相关膜蛋白-2(LAMP-2)和溶酶体酸性蛋白酶等晚期内体和溶酶体成分则相当少。这些结果说明结核分支杆菌吞噬体可以与早期内体融合,但与晚期内体的融合则受到抑制,或者含有结核分支杆菌的吞噬体可以特异地清除某些膜蛋白,使吞噬体不能充分成熟,从而失去与溶酶体融合的能力。有人认为rab蛋白家族,尤其是rab5和rab7控制着吞噬体的成熟。报道说,在吞噬体囊泡成熟过程中观察到rab(一种小ras样GTP结合蛋白)在吞后的融合事件中有着精确而短暂的重新分布,特异的rab蛋白以有活性的GTP结合形式聚集于膜上的位点,调节剪切蛋白的装配,提供一种校正机制来保证膜融合的特异性。rab的这种功能以及其在吞噬体囊泡上的重新分布提示吞噬体成熟过程中rab蛋白控制同型和异型囊泡融合的重要作用。进一步研究发现,rab5是吞噬体膜与早期内体膜融合的调节因子,rab7则控制着与晚期内体的融合。而有结核分支杆菌存在的吞噬体具有rab5,却缺乏rab7,这就限制了它的成熟,失去与溶酶体融合的能力。这可以解释结核分支杆菌被吞噬后的存活,即结核分支杆菌可以限制rab7的聚集或者可以选择性地清除rab7,逃避了rab7调节的溶酶体融合途径。2.预防嘴唇全膜蛋白由于分支菌酸的存在,使结核分支杆菌具有一定的抗酸性。但若pH值过低,则结核分支杆菌的生长可被阻滞,甚至被杀死。一般情况下,含有异物的吞噬体都将被酸化,而结核分支杆菌能在巨噬细胞中存活、繁殖这一事实说明含有结核分支杆菌的吞噬体的酸化发生异常,因为结核分支杆菌生活在一个pH值较高的微环境中。吞噬体是通过质子-ATP酶进行酸化的,结核分支杆菌可以抑制这一酸化作用。在建立的结核分支杆菌感染模型中发现,结核分支杆菌的脂多糖和LAM被分泌到吞噬体中,接着被转运到囊泡中作为质膜循环,吞噬体必须与胞内某些囊泡融合来弥补膜的这一损失。在此过程中,吞噬体可能接受一些膜蛋白,但其始终缺乏H+-ATP酶,这一事实说明吞噬体接受膜蛋白是具有选择性的。可能是结核分支杆菌的生物活性使高尔基体功能发生改变。高尔基体新合成的成分改变了宿主胞膜及蛋白,因而表现为吞噬体与质膜来源的内体膜的融合具有一定的限制性,选择性地抑制了与H+-ATP酶阳性的囊泡融合,这样就使吞噬体酸化障碍,并进而阻止了吞噬性溶酶体的形成。结核分支杆菌在巨噬细胞生长时会产生大量的氨,能迅速进入溶酶体中,升高溶酶体内的pH值。氨除了能升高pH值外,还能抑制溶酶体内蛋白质的降解,使溶酶体的蛋白质代谢受到干扰,表现抑制融合的活性。3.利用硫酸脑苷脂结核分支杆菌具有一些其它细菌所没有的特殊的菌体成分,如胞壁硫酸脑苷脂,可抑制巨噬细胞中吞噬体与溶酶体的正常融合,使结核分支杆菌能在巨噬细胞内长期存活。将硫酸脑苷脂给予培养的小鼠腹腔巨噬细胞,发现它在次级溶酶体上聚积,并使后者失去与吞噬体融合的能力。若在巨噬细胞吞噬前,将少量的硫酸脑苷脂粘附在底物(酵母)上,硫酸脑苷脂就可被直接引入吞噬体中,发现它同样展示出抗融合的活性。显然,硫酸脑苷脂对膜融合有一种选择性的抑制作用。实验中被结核分支杆菌感染的巨噬细胞中也发生了上述现象。这种作用与硫酸脑苷脂所带多聚阴离子同溶酶体膜之间的离子相互作用有关。三、岩脉内失语-前分子的抗氧化酶系统roi活化的巨噬细胞可产生ROI和RNI,这两种物质可在细胞间自由扩散。因此,结核分支杆菌对ROI(如O2、H2O2)和RNI(如NO、NO-)的耐受就成为其胞内存活的一项重要机制。实验中,被IFN-γ、脂多糖或TNF-α激活的巨噬细胞都能抑制和杀死结核分支杆菌,巨噬细胞抗结核分支杆菌活性同RNI密切相关,但RNI对游离和寄居在巨噬细胞内结核分支杆菌的杀伤活性表现不一致。不能产生ROI的D9变异型巨噬细胞在杀伤结核分支杆菌方面显示出与能正常产生ROI的非变异型相似的效力;而且,应用氧自由基清除剂如超氧化物歧化酶(SOD)、触酶等,其杀菌能力未发生明显变化。由此说明结核分支杆菌对ROI高度的耐受,分析其原因:虽然结核分支杆菌通过特异受体途径进入巨噬细胞能激发呼吸爆发,大多数结核分支杆菌细胞壁相关糖脂和菌体分泌的糖脂均是高效的氧自由基清除剂;结核分支杆菌的入侵,使巨噬细胞的基因表达发生改变,尤其是细胞色素C氧化酶(Cox)表达锐减,而此酶是电子传递链终末环节的酶,也抑制了呼吸爆发。结核分支杆菌蛋白也引起人们的兴趣。KatG是一种含血红蛋白的蛋白,对于异烟肼发挥抗结核活性具有重要作用。最近发现KatG具有Mn依赖的过氧化物酶活性和细胞色素P450样加氧酶活性,以及效率很高的过氧亚硝酸酶,能有效降解ONOOH。因而,KatG在结核分支杆菌抗ROI、RNI杀伤中有着重要的作用。四、岩肉激活剂所作用的岩胞巨噬细胞中的信号传导是指细胞受到刺激后在细胞膜和胞浆内所发生的一系列连锁性生化反应,即所谓刺激应答偶联(stimulus-responsecoupling)。结核分支杆菌感