肺炎支原体致病机制的研究进展

张会敏 马宏

[摘要] 肺炎支原体是社区获得性肺炎的常见病原体，致病机制主要包括其对气道上皮细胞的黏附作用，产生氧化应激；释放 CARDS 毒素，导致气道损伤；通过细胞免疫和体液免疫，引起长期感染或自身免疫反应。肺炎支原体还可导致多脏器的损伤，然而其致病机制尚未明确。肺炎支原体感染后可通过血液、淋巴液向远处传播，直接损伤器官；或者形成循环或原位免疫复合物，诱发机体免疫反应，伴或不伴有血液高凝状态。文章系统综述了目前肺炎支原体致病机制的研究结果。

[关键词] 肺炎支原体；致病机制；病原体

[中图分类号] R725.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2015）19-0157-04

肺炎支原体是社区获得性肺炎的常见病原体，除了可引起呼吸系统疾病外还可导致多脏器、系统的损伤，对患儿有一定的影响，其致病机制的研究为临床的诊断、治疗提供了依据。

1 肺炎支原体的生物学特性

肺炎支原体（mycoplasma pneumoniae，MP）属于柔膜菌纲，无细胞壁结构，由胞膜包裹，是一种可以自主复制的最小的原核生物。肺炎支原体细胞膜表面具有特异性的膜抗原和胞浆抗原。

肺炎支原体基因组是环状双股 DNA，全基因组测序已完成，G+C含量为40%，含有689个开放阅读框（ORF）[1]。在肺炎支原体感染中，肺炎支原体对宿主细胞的黏附与定植主要通过黏附素完成的，而 P1 基因起着主要作用[2]。P1 基因是由4884个碱基组成的单拷贝区，其中A+T含量约46%，编码一个由1627个氨基酸组成的蛋白质[3]。P1 基因含有大量重复序列，如RepMP2/3、RepMP4和 RepM5，依据重复序列之间的不同，肺炎支原体可分为 P1-Ⅰ型和 P1-Ⅱ型[4]。

菌株自身或者菌株间重复序列发生突变或重组会导致p1基因序列变化，使其抗原性发生改变，导致机体无法有效识别，从而逃避了机体的有效清除，并影响了肺炎支原体的致病能力，使毒力更强的肺炎支原体菌株更易于存活。Nilsson等[5]研究发现肺炎支原体感染的严重程度与肺炎支原体定量有相关性，与基因亚型无明显相关性。

2 肺炎支原体的致病机制

肺炎支原体致病机制的研究不断增多，但是肺炎支原体引起的机体免疫反应和多脏器损伤的机制并不是十分清楚[6-7]。多年以来人们通过体外培养和动物模型不断探索肺炎支原体的致病机制，主要集中在以下几种观点。

2.1粘附作用

从1960年至今通过动物模型或是体外细胞、器官培养的研究表明肺炎支原体对呼吸道上皮细胞的黏附作用是引起细胞损伤和肺炎支原体增殖的先决条件[8]。粘附作用使其避免了呼吸道纤毛细胞的清除并于局部产生细胞毒性作用，造成损伤。由于肺炎支原体缺乏细胞壁，粘附于宿主细胞膜表面后模仿宿主细胞的胞膜结构，逃逸机体的免疫应答，可長期存在于宿主细胞体内[9]，引起慢性感染和无症状携带。肺炎支原体的粘附结构包括P1、P30、P65、HMW1、HMW3蛋白以及蛋白A，B和C[10]。蛋白P1和P30似乎直接参与粘附过程[11，12]。蛋白B和C虽然没有直接参与粘附过程但是必不可少的辅助结构。肺炎支原体吸附在细胞膜表面后可伸出微管插入细胞内并释放过氧化氢和超氧游离基。这些物质和宿主细胞产生的内源性毒性氧分子相互作用，可造成细胞肿胀、溶解、坏死[13]。

2.2细胞毒性作用

研究表明肺炎支原体也具有细胞毒性作用，Kannan和Baseman[14]在实验中发现了肺炎支原体相关致病因子MPN372，其N端含有二磷酸腺苷-核糖转移酶（adenosine diphosphate-ribosyltransferase，ADP-ribosyltransferase），在感染过程中起着重要作用，其结构与百日咳毒素类似，可与活化蛋白A结合，通过网格蛋白介导进入细胞，引起呼吸道柱状上皮纤毛减少甚至缺失，阻碍氨基酸的摄取、大分子合成等过程，最终导致感染细胞损伤。根据肺炎支原体临床特征，毒素蛋白又称社区获得性呼吸窘迫综合征（community-acquired respiratory distress syndrome，CARDS）毒素。Bose S[15]研究发现CARDS毒素和机体的NOD样受体-3（NALP3）分子进行反应，激活IL-1 β（interleukin-1 β，IL-1 β）和半胱天冬酶-1（caspase-1），形成炎症小体，激活一系列的炎症反应。当CARDS毒素过度激活炎症反应时损伤机体，导致组织损伤，加重病情。

2.3细胞免疫

肺炎支原体的细胞膜抗原为糖脂类，并且存在宿主细胞相同的糖脂类抗原。肺炎支原体对T淋巴细胞和B淋巴细胞有丝裂原作用，刺激T淋巴细胞和B淋巴细胞产生自身抗体，导致病理性免疫反应。肺炎支原体感染后的免疫反应[24]可见淋巴细胞、免疫球蛋白的生成增多，同时可释放肿瘤坏死因子（TNF-α），γ干扰素（IFN-γ）和各种白细胞介素（包括IL-1α、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18）。多种因子作用于巨噬细胞、胶质细胞等，从而介导广泛的免疫反应，进而激活抗自身T淋巴细胞的抗体，导致细胞因子产生减少或紊乱，破坏正常T淋巴细胞亚群的Th1/Th2比例[16，17]，Th2亚群功能占优势，导致机体免疫功能减低，免疫调节功能发生紊乱，产生自身免疫反应。Th2 细胞分化致 IL-4 增加，促进 B 细胞产生大量特异性 IgE，并促使嗜酸粒细胞在气道内聚集产生大量炎性物质及气道高反应[18]。Atkinson等[19]认为肺炎支原体的表面抗原变异、重组和宿主细胞的免疫缺陷机制密切相关。免疫功能缺陷时感染后无法产生抗体，使肺炎支原体的感染长期存在。肺炎支原体与人类的CD4+和Ⅱ类主要组织相容性抗原的氨基酸序列具有同源性，可以产生相应的自身抗体，与组织细胞表面Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）TLR2和TLR6结合，激活核因子NF-κB，引起炎症反应，促使淋巴细胞、单核巨噬细胞等免疫细胞凋亡，大量免疫因子的消耗加重机体免疫功能的损伤[20]。

肺炎支原体感染宿主细胞后Treg细胞在免疫反应中起了重要作用[21]。传统观点认为辅助T1细胞（Th1细胞）介导的细胞免疫是主要的抗感染机制，Th2细胞增强免疫反应，有研究发现Treg细胞在肺炎支原体感染后可引起细胞的免疫反应。Treg细胞促进肺炎支原体感染后的特异性CD4+ T细胞分泌肿瘤干扰素IFN-γ和白细胞介素IL-17，抑制炎症反应的发生。此外，Treg细胞还可耗竭细胞免疫应答中产生的Th2细胞。

2.4体液免疫

肺炎支原体感染后可产生各种免疫应答，一般认为体液免疫由糖脂抗原引起。研究表明，肺炎支原体肺炎患儿的急性期和恢复期血清IgG、IgM和IgA 的含量明显升高[22]。患者的病情与血清IgG、IgM、IgA、免疫复合物和补体成分的变化密切相关。安黎云等[23]研究显示支原体肺炎患儿免疫球蛋白 IgM 的水平显著升高。机体感染肺炎支原体，多克隆激活B细胞增殖，IgM 及 IgG 抗体，产生特异性抗体而导致病理免疫反应。肺炎支原体是一种特异性抗原，刺激机体产生特异性IgE，并与肥大细胞、嗜酸粒细胞表面的IgE 受体结合而使其致敏，当再次感染或感染持续存在时，已经致敏的细胞释放炎性介质，如白三烯、组胺等导致速发型（Ⅰ型）变态反应的发生[24]。

自身免疫学说认为肺炎支原体作为抗原与机体心、肺、脑、肝、肾、平滑肌等存在着共同抗原，感染后淋巴细胞产生自身抗体，引起自身免疫反应[25]，造成脑、肝、肾、肺等多处脏器组织的损伤。多系统肺外并发症也可能是因为抗原抗体形成的免疫复合物激活补体，产生中性粒细胞趋化因子，吸引大量白细胞侵入病变部位，释放溶菌酶，引起增生和破坏性病变。

2.5多脏器损伤的机制

Mitsuo[26]认为肺炎支原体引起肺外损伤的机制主要有以下三种：①肺炎支原体细胞膜上的脂蛋白诱导炎症因子产生，感染后肺炎支原体可向远隔部位传播，直接造成多脏器和系统的损伤；②通过免疫反应的间接损伤，例如肺炎支原體细胞膜上的成分可以与人体细胞内的成分发生交叉反应，诱导自身免疫反应；③肺炎支原体感染后形成血管炎或血栓形成，可能伴有全身血液高凝状态。江毅[27]对134例肺炎支原体患儿进行研究后发现肺炎支原体感染后产生的炎症因子通过血液、淋巴液直接传播到消化系统各器官，引起消化系统的损伤。肺炎支原体的直接损伤作用伴随着组织器官的吞噬作用，可产生巨噬细胞，呈现出肺炎支原体的多种抗原，例如糖蛋白类和脂蛋白类，通过自身免疫反应、过敏反应、循环免疫复合物等免疫调节机制，免疫复合物沉积于关节、肾小球基底膜等部位引起相应部位病变。Mitsuo[26]认为循环免疫复合物在肾小球肾炎、IgA肾病中发挥了重要作用，推测肺炎支原体可使宿主体内产生免疫复合物，通过间接损伤引起肾脏疾病。肺炎支原体感染后在血行播散的过程中可产生TNF-α、IL-8等因子，导致血管炎，出现全身血液高凝状态可引起栓塞性脉管炎。

3 小结

综上所述，肺炎支原体感染不仅造成呼吸系统损伤，还会引起全身多脏器多系统的损害。肺炎支原体引起多脏器损伤的致病机制仍未明确，有待进一步研究。目前研究表明，免疫反应是引起肺炎支原体损伤的主要机制，肺炎支原体作为致病原可引起机体的体液免疫和细胞免疫反应，释放炎症因子、诱导自身免疫反应。临床监测细胞免疫指标及细胞因子的改变，可能为明确诊断、免疫治疗及判断预后提供依据。

[参考文献]

[1] Tobias Maier，Josep Marcos，Judith AH Wodke，et al. Large-scale metabolome analysis and quantitative integration with genomics and proteomics data in Mycoplasma pneumoniae[J]. Mol BioSyst，2013，9（7）：1743-1755.

[2] Waites KB，Talkington DF. Mycoplasma pneumonia and its role as a human pathogen[J]. Clin Microbiol Rev，2004， 17（4）：697-728.

[3] Chaudhry R，Nisar N，Hora B，et al. Expression and immunological characterization of the carboxy-terminal region of the P1 adhesin protein of Mycoplasma pneumoniae [J].J Clin Microbiol，2005，43（1）：321-325.

[4] Dumke R，Catrein I，Pirkl E，et al. Subtyping of Mycoplasma pneumonia isolates based on extended genome sequencing and on expression profiles[J]. Int J Med Microbiol，2003，292（7）： 513-525.

[5] Nilsson AC，Bjorkman P，Welinder-Olsson C，et al. Clinical severity of Mycoplasma pneumoniae（MP） infection is associated with bacterial load in oropharyngeal secretions but not with MP genotype[J]. BMC Infect Dis，2010，10（1）：39-47.

[6] Jacobs E. Mycoplasma pneumonia：now in the focus of clinicians and epidemiologists[J]. Eur Surveill，2012，17（6）：9-11

[7] Chen ZR，Yan YD，Wang YQ，et al. Epidemiology of community-acquired Mycoplasma pneumonia respiratory tract infections among hospitalized Chinese children，including relationships with meteorological factors[J]. Hippokratia，2013，17（1）：20-26.

[8] Page CA，Krause DC. Protein kinase/phosphatase function correlates with gliding motility in Mycoplasma pneumonia[J].J Bacteriol，2013，195（8）：1750-1757.

[9] Yavlovich A，TarsIlis M，RotLem S. Internalization and intracellular survival of Mycoplasma pneumonia by non-phagocytic cells[J]. FEMS Microbiol Lett，2004，233（2）：241-246.

[10] Chaudhry R，Varshney AK，Malhotra P. Adhesion proteins of Mycoplasma pneumoniae[J]. Front Biosci，2007，12（2）：690-699.

[11] Seto S，Kenri T，Tomiyama T，et al. Involvement of P1 adhesin in gliding motility of Mycoplasma pneumoniae as revealed by the inhibitory effects of antibody under optimized gliding conditions[J]. J Bacteriol，2005，187（5）：1875-1877.

[12] Hasselbring BM，Jordan JL，Krause DC. Mutant analysis reveals a specific requirement for protein P30 in Mycoplasma pneumoniae gliding motility[J]. J Bacteriol，2005， 187（18）：6281-6289.

[13] 趙季文，吴移谋，叶元康. 支原体学[M]. 北京：人民卫生出版社，2008：134-163.

[14] Kannan TR，Baseman JB. ADP-ribosylating and vacuolating cytotoxin of Mycoplasma pneumoniae represents unique virulence determinant among bacterial pathogens[J].Proc Natl Acad Sci USA，2006，103（17）：6724-6729.

[15] Bose S，Segovia JA，Somarajan SR，et al. ADP-ribosylation of NLRP3 by Mycoplasma pneumoniae CARDS toxin regulates inflammasome activity[J]. MBio，2014，5（6）：1-11.

[16] 罗征秀，李欣，刘恩梅，等. 肺炎支原体肺炎患儿Th1、Th2细胞免疫功能变化分析[J]. 第三军医大学学报，2006， 28（15）：1623-1626.

[17] 王鑫，马春艳，张亚京，等. 肺炎支原体肺炎患儿外周血Th1/Th2表达及肺功能变化的临床意义[J]. 中华临床医师杂志（电子版），2014，6：1031-1035.

[18] Bamtt NA，Austen KF. Innate cells and T helper 2 cells Immunity in airway inflamation[J]. Immunity，2009，31（3）：425-437.

[19] Atkinson TP，WaitesKB. Mycoplasmapneumoniae Infections in childhood[J]. Pediatr Infect Dis J，2014，33（1）：92-94.

[20] Ferreira DS，Annoni R，Silva LF，et al. Toll-like receptors 2，3 and 4 and thymic stromal lymphopoietin expression in fatal asthma[J]. Clin Exp Allergy，2012 ，42（10）：1459-1471.

[21] Jerry Simecka，Adam Odeh. CD4+CD25+ T regulatory cells dampen inflammatory responses in murine mycoplasma pneumonia and are associated with promotion of IL-17 AND IFN-production，but not IL-10 or TGF-β[J].J Immunol，2013，190（3）：187-190.

[22] Stelmach I，Podsiadlowicz-Borzeka M，Grzelewski T，et al. Humoral and cellular immunity in children with Mycoplasma pneumoniaeinfection：A 1-year prospective study[J]. Clin Diagn Lab Immunol，2005，12（10）：1246-1250.

[23] 安黎云，王缚鲲，陈晶，等. 肺炎支原体肺炎患儿免疫功能变化及结果分析[J]. 实用预防医学，2008，15（2）：544-546.

[24] Smith-Norowitz TA，Silverberg J，Kusonruksa M，et al. Asthmatic children have increased specific anti-Mycoplasma pneumoniae IgM but not IgG or IgE-values independent of history of respiratory tract infection[J]. Pediatr Infect Dis J，2013，32（6）：599-603.

[25] Mizutani H. Immunologic responses in patients with Mycoplasma pneumoniae infections[J]. Am Rev Respir Dis，1983，127（2）：175–179.

[26] Mitsuo Narita. Pathogenesis of extrapulmonary manifestations of Mycoplasma pneumoniae infection with special reference to pneumonia[J]. J Infect Chemother，2010，16（3）：162-169.

[27] 江毅. 小儿肺炎支原体肺炎134例临床治疗分析[J]. 中国医药指南，2013，11（5）：509-510.

（收稿日期：2015-04-17）