解脲支原体的致病性研究进展
2013-10-22宋铁军谢鑫友综述
黄 珺,张 钧,宋铁军,谢鑫友 综述
(浙江大学医学院附属邵逸夫医院检验科,浙江杭州 310016)
解脲支原体(ureaplasma urealyticum,UU),也称溶脲脲原体,归类于柔膜体纲支原体目支原体科脲原体属,是最小、最简单、能独立生活的原核微生物。UU形成的菌落很小,需放大200倍才能观察到,故又被称为 T株(tiny strain)。自1954年Shepard从非淋球菌性尿道炎(nongonococcal urethritis,NGU)男性患者的尿道首次分离到 UU[1],并把它与人类疾病联系在一起以来,各国学者对UU的研究就从未间断过。
1 UU与NGU、不孕不育、新生儿发病率的关系
1.1 与NGU的关系 UU与NGU有关,且有可能是致病原之一。NGU患者的UU感染率高于非NGU患者的UU感染率[2-3],且感染了UU的NGU患者比非NGU患者含有更高的UU浓度[4]。同时,与有多个性伙伴的 NGU患者人群相比,这种相关性在仅有少数性伙伴的人群中表现得更显著[5],且与生物群别有关系[3-5]。此外,UU与附睾炎、赖特尔病、尿路结石等疾病相关[6-7]。
1.2 与不孕不育的关系 在对不孕不育夫妇的病因排查过程中,支原体培养(包括UU和人型支原体)和鉴定已是一项重要检查。UU与不孕不育的相关性从20世纪70年代开始被讨论,目前 UU引起男性不育已得到广泛认同[8-10]。Wang等人建立的小鼠模型证明,UU可以引起精子形态改变及精子的死亡,导致男性不育[9]。Xia等人认为UU可以破坏精子质膜的完整性[10]。Zhang等人发现,感染 UU的精液白细胞含量显著升高,并认为氧化压力是导致UU对精子形态产生影响的原因[8]。针对UU进行抗生素治疗后,宿主的精子动力、质量和形态得到明显改善[11-12]。与此相对应的,UU是否与女性不孕有关则一直未能有统一的结论。从女性的宫颈、子宫内膜[13]、羊水[14]等均曾分离到UU,说明UU可以通过女性的生殖道上行并定植于这些生殖器官。但是Günyeli等人通过ELISA检测宫颈、尿液中的UU抗体发现,这些支原体在不孕不育患者及正常生育者的感染率并没有区别。因此,他们认为除非有明确的症状,否则不应常规性对不孕不育女性进行这些病原体的筛查[15]。
1.3 孕期感染UU对生育结果及新生儿发病率的影响 UU是早产孕妇的羊水中最常检测到的微生物。Gerber等抽取254名排除了高血压、子宫机能不全、胎盘前置、子宫内生长受抑等疾病的15~17周孕妇的羊水,使用PCR检测羊水中的UU,发现UU阳性的比UU阴性的产妇的早产的发生率要高[16]。Kasper等人发现,羊水中UPA感染与组织学绒毛膜羊膜炎、胎膜早破、早产、新生儿早期败血症、支气管肺泡发育不良等有关,且浓度越高相关性越强[17]。Wonodi等人对小于33周早产儿气管和鼻咽部抽取物进行UU检测,发现UU感染的早产儿发生坏死性结肠炎的概率是未感染UU 的早产儿的 2.2 ~3.3 倍[18]。这些研究说明,UU是与绒毛膜羊膜炎、早产、胎膜早破、新生儿发病率有相关关系的。羊水中的UU是由定植于母体生殖道的UU上行,然后通过胎盘屏障而来的。这种上行能力可以理解为UU的一种致病能力。
2 UU的致病机制
UU具有一定的定植能力,可以定植于成人泌尿生殖道或婴儿呼吸道的粘膜表面。UU具有一定的粘附力,可以粘附于宿主的红细胞、白细胞、精子和尿道上皮细胞[6]。目前,UU的致病机制尚不明确,许多研究者从UU基因组信息分析UU可能存在的致病因子或致病岛,对其进行了阐述。
2.1 UU潜在的致病因子和致病岛
2.1.1 磷脂酶 A1、A2、C、D(PhospholipaseA1,and A2,C,D)DeSilva等发现,在UU的血清型 3、4、8 中存在磷脂酶 A1、A2、C 活性[19-21]。但Paralanov等人对14种UU血清型的全基因测序结果分析,认为UU的基因组中并不存在编码磷脂酶A1、A2、C的基因,但是存在编码磷脂酶D的基因,因此,相比于磷脂酶A1、A2、C,磷脂酶D更有可能是与致病相关的因子[22]。当UU感染羊水或胎盘时,活化的磷脂酶可以产生游离花生四烯酸,激活前列腺类物质的合成,从而可能导致早产[23]。
2.1.2 IgA蛋白酶 IgA蛋白酶曾被认为是UU引起宿主致病的最主要的潜在致病因子之一,可以通过降解 IgA,逃避黏膜的免疫防护[24]。在哺乳类动物的免疫系统中,粘膜表面的最基本的防御机制就是分泌免疫球蛋白IgA抗体。当IgA抗体被IgA蛋白酶破坏时,机体的防御机制就遭到了破坏。Kilian M等在UU中检测到了IgA蛋白酶活性。但是Paralanov等人对14种UU血清型的全基因测序结果分析,却没有找到编码IgA蛋白酶的基因[22]。因此,UU中是否存在着IgA蛋白酶有待于进一步验证。
2.1.3 核酸酶(Nucleases) 在一些微生物中曾有报道核酸酶为一潜在的致病因子[25]。解脲支原体是一类能从外界环境中摄取核苷酸帮助自身合成DNA和RNA的微生物,有可能含有隐蔽的有致病力的核酸酶。UU中含有核酸酶基因,因此进一步对其致病性加以分析具有一定的价值。
2.1.4 脲酶 UU通过代谢尿素产生能量,分泌氨,在体内以NH4+的形式存在,后者能引起细胞间质坏死和纤毛损伤,同时能使磷酸酶盐和磷酸钙盐形成结晶,促进尿路结石的形成[26]。UU的这个特性也被广泛应用于UU的培养鉴定中。
2.1.5 假定 O-唾液酸糖蛋白酶(Putative O-sialoglycoprotein peptidase) 14株UU血清型标准株中有11株(除了血清型2、8、10)含有注释为O-sialoglycoprotein endopeptidase的基因。一些含有该酶的细菌,可以破坏的人类红细胞血型糖蛋白A[27]。而含有该酶的溶血曼杆菌(Mannheimia haemolytica)在人类细胞的裂解靶位,是增白细胞蛋白 CD43、祖细胞限制抗原CD34、透明质酸受体CD44及常见的白细胞抗原酪氨酸磷酸酶CD45类分子[27]。Abdullah等人则认为,该酶在宿主的潜在靶蛋白是粘膜上皮细胞或是巨噬细胞表面的唾液酸糖蛋白[27]。假设UU的假想O-sialoglycoprotein peptidase蛋白酶也可以裂解这些靶蛋白,则这有可能是UU逃避宿主免疫系统,定植于宿主体内,进而感染宿主的致病机制[22]。
2.1.6 UU146-UU170 基因片段 Momynaliev等对血清型3的全基因组序列进行分析,利用基因芯片的方法筛选出致病性UU株和非致病性UU株的差异基因,并经过生物信息学分析,UU146-UU170的基因大小、毗连基因的特征及该片段基因的功能等方面均符合作为致病岛的条件,因此认为UU146-UU170很有可能为UU潜在的与致病相关的基因片段,是UU的一个候选致病岛(a putative pathogenicity island,PAI)[28]。黄珺等人通过检测不孕不育患者的UU株和正常健康者UU株的PAI阳性率,并对UU株进行生物分群,认为该PAI单独存在不能改变UU对不孕不育的致病力,但可能为与UU生物2群相关的致病因子[29]。
2.1.7 MBA(Multiple Banded Antigen)超级家族 UU进行血清型分型主要依据表面抗原,就是多带抗原MBA。MBA是一群表面蛋白家族成员,由一个N-端保守结构域和一个C-端可变结构域组成。保守结构域含有一个信号肽、脂蛋白结合位点和跨膜结构域。可变结构域中含有许多重复序列。MBA可以被1、2、6 Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)识别,诱导产生细胞因子、NF-κB 和抗体[30]。而 UU为逃避机体的这种免疫反应,很可能改变MBA的可变结构域(比如改变MBA基因的重复序列的数量)。另外,MBA可以随着邻近基因而变化[28]。它在体外经历高频变异,在侵袭性强的菌株体外还展现出大小的变异,提示抗原大小的变异可能是UU逃避宿主防御的另一个机制[24,31]。UU 的血清型中有多个 MBA 基因,有些含有一种MBA类型的多种拷贝。这些研究表明,MBA和MBA同源基因可能是UU最主要的致病因子之一。
2.1.8 巨噬细胞感染突变蛋白(Macrophage infection mutant protein,MimD) 海洋分支杆菌(Mycobacterium marinum)能够在巨噬细胞中生存并复制,是鱼、两栖动物和人类的病原体。使海洋分支杆菌能在宿主巨噬细胞中生存并复制的,是一个命名为MimD的假想蛋白突变体。UU血清型2中含有一个注释为mimD[UUR2_0526(GenBank:ZP_03771352)]的 基 因(183aa),与海洋分支杆菌的 mimD基因(731aa)比较,有179个氨基酸达到了40%的一致性和68%的相似性[22]。因此,在将来UU潜在致病基因的研究中,mimD基因是值得进一步深入探索的基因。
2.1.9 有利于UU在不利环境中生存的基因细菌可以产生一些物质,比如细菌素(变形链球菌产生变链素)、H2O2等,抑制与其同处一个环境的其它细菌,从而提升生存竞争力。UU血清型13含有两个对变链素具有免疫性的基因,即mutE和mutG[32]。另外,在UU生物1群所有血清型菌株中有一个类似于编码谷胱甘肽过氧化物酶的基因,生物2群所有血清型菌株中含有一个类似于编码过氧化物氧化还原酶的基因。这些基因有利于UU抵抗氧化应激的压力或共生于粘膜表面的其它细菌所产生的细菌素的伤害[22]。同时,在所有UU标准菌株中还存在硫氧还蛋白还原酶系统。这种系统曾被认为是支原体的自我排毒系统,免受自身代谢产生的氧化物的侵害[33]。这些基因的存在,有可能是UU菌株具有致病潜力的原因之一。
3 与UU致病性相关的一些因素
3.1 UU的血清型和生物群 1980年Lin等人将 UU分成了14种血清型[34]。Razin等人利用DNA-DNA杂交试验、限制性内切酶裂解DNA、聚丙烯酰胺凝胶电泳等试验对UU的14种血清型进行分析后认为,可以将UU分为生物1群和生物2群[35]。Kong等人分析14种血清型的系统亲缘关系后,将血清型1、3、6、14归类为生物 1 群,血清型 2、4、5、7、8、9、10、11、12和13归类为生物2群[36]。由于两个生物群之间DNA的相似度少于60%,许多学者提出将生物1群命名为U.parvum(UPA),生物2群命名为 U.urealyticum(UUR)[36-41]。
3.2 UU血清型与致病性的关系 自UU被分为14种血清型后,各国学者通过大量的流行病学研究,讨论着血清型与疾病之间的联系,试图找到特定血清型与某种疾病之间的联系或是具有强致病性的血清型。与其它血清型相比,血清型4与尿道炎及习惯性流产之间的相关性更强[42-46]。在患有呼吸窘迫综合征的早产儿和正常分娩的新生儿体内,从前者分离的UU血清型4、7、8的滴度要明显高于后者的,而血清型3、6的滴度在这两者没有区别。叶南圆等人整理国内有关Uu血清学分型的研究和报道,选择具有完整性和有效性的文章中的数据进行血清型聚类分析,认为:血清1、3、4型的致病力明显强于其它几型[47]。
另有学者认为血清型与疾病之间并不存在特殊的相关性,各种血清型的致病性强弱并无区别。Robertson等人发现,从自然流产儿组织及NGU体内分离的UU与无症状携带者体内分离的UU相比较,血清型分布并无区别[48]。Xiao等对多地区进行大样本(1061株UU)取材,分析后认为UU血清型分布与疾病之间并无相关性[49]。
在比较UU各血清型致病性强弱的研究中存在许多问题。如一些用小样本量得到的研究结果并不十分可靠,一种UU可以与多种抗体产生交叉反应而导致结果的不可重复,取材部位的不同导致结果的不一致等。另外,早期研究中所使用的各种培养法[44,50-52]及血清学间接抗体检测法具有低效性和不精确性的缺点,常常会产生可变的、前后矛盾的结果。最新的分型方法,如 real-time PCR[53]等结果清晰、可靠,对相关的研究具有较高的参考价值。
3.3 UU生物群与致病性的关系 在一些人群,体内可以同时分离到两种生物群,即UPA和UUR。从宫颈发生鳞状上皮内病变的女性患者的阴道后穹窿处分泌物、宫外孕患者的输卵管内膜和宫颈分泌物、不育男性的精液等分离出的 UU,均以 UUR为主[54-56]。且感染了UUR的输卵管发生纤毛粘附和脱落的概率高达90%,而UPA仅10%[55]。感染UUR的精液的体积、形态正常的精子比例、活力精子的比例均要低于感染了UPA的精液[56]。因此,许多学者认为:UPA为寄生于泌尿生殖道的正常菌群,而UUR则可能为具有致病力的支原体。
3.4 UU的浓度与UU致病性的关系 UU浓度表示方法有以UU在琼脂培养基生长形成的菌落来计算的菌落形成单位(CFU),和以UU在液体培养基中的代谢活力为指标的颜色变化单位(CCU),以及用分子生物方法检测的DNA浓度(copies/μl或 copy/g)。
Li等人认为,UU血清型3对小鼠生殖道的致病力随浓度不同而改变,当 UU>106 copy/g 时,它的感染能力显著增强[57]。Randelovi?等人认为,高浓度的UU定植(UU≥104CFU)可能是引起胎膜早破的危险因素[58]。UU的浓度越高致病力越强,但对于不同的疾病其阈值可能不同的。
3.5 宿主的免疫力与UU引起疾病的关系UU作为一种病原微生物,其致病性并不强,人类完善的免疫反应限制了粘附于粘膜表面的UU向外侵袭和扩散。当宿主的免疫力低下或菌群失调时,UU对宿主的致病性得以体现。感染了UU,在低丙球蛋白血症患者身上可表现为慢性呼吸道感染、关节炎,在早产儿身上表现为各种侵袭性疾病[6]。早产儿免疫力低下,UU可能通过改变其系统或局部的免疫反应,破坏肠粘膜,导致坏死性结肠炎,这些患儿的脐带血 IL-1β和IL-6含量高于未感染UU的患儿[18]。UU可以与甘露糖结合凝集素(mannose-binding lectin,MBL)结合,因此血清中缺少MBL的人可能更易患UU感染相关的疾病[59]。此外,UU的定植也与宿主免疫抑制有关[60]。
4 结语与展望
综上所述,国内外有关UU的致病性规律的报道结果并不完全一致,UU的致病性由致病因子或致病岛、生物群、血清型、浓度及宿主自身的免疫力等多种因素决定。UU的致病机制至今尚未明确,潜在的致病因子或致病岛很可能成为解释UU致病机制的关键,值得进一步深入研究。
流行病学数据表明,通过比较UU不同血清型或生物群和特定疾病类型之间的联系,结果各异,始终无法统一。多位点序列分型(multilocus sequence typing,MLST)是一种基于核酸序列测定的分型方法。该法操作简单,结果能快速得到并且便于不同实验室的比较,已经用于多种细菌的流行病学监测和进化研究,有望成为新的UU分型方法。除了从流行病学角度分析外,还可以进行体外试验,如将待选的致病因子或致病岛用逆转录载体表达至人宫颈、阴道上皮细胞系,观察细胞病变情况(如细胞的凋亡、形态学改变、周期变化等),从而进一步进行UU的致病性研究。
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