布鲁氏菌毒力因子研究进展

摘要：布鲁氏菌是一种革兰氏阴性菌，可引起二类传染病，称为布鲁氏菌病或马耳他发热病。该文主要讨论布鲁氏菌毒力因子的进展。了解布鲁氏菌与宿主细胞之间的分子水平的相互作用来调节细胞的功能，将有助于了解布鲁氏菌病的病因。

关键词：布鲁氏菌;IV型分泌系统;双组分调控系统;密度感应系统

中图分类号：S851.3 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.2096-3637.2019.16.033

0 引言

布鲁氏菌病是最常见的全球性细菌性人畜共患病。每年全世界有超过50多万感染者[1]。它是一种重要的流行相关性疾病，该病没有有效的疫苗，人们对布鲁氏菌病的病原的重视程度越来越大。

1 IV型分泌系统（T4SS）

在布鲁氏菌中研究比较多的因子之一是T4SS[2]。在革兰氏阴性菌中IV型DNA转运系统VirB基因是同源的，如根瘤农杆菌和嗜肺军团菌。布鲁氏菌病的T4SS首先在猪种布鲁氏菌中发现，由12个开放阅读框（VirB1到VirB12）编码。在布鲁氏菌中virB缺失株不能与内质网相互作用，其调控的下游基因不能转录，导致布鲁氏菌无法在细胞内长期生存。VirB调控许多转录调控子的表达。最近研究表明，virB的突变可能会影响其他基因的表达，包括密度感应系统调控子VjbR在内的几个基因的相对转录水平下调[3]。

2 布鲁氏菌脂多糖（LPS）

作为革兰氏阴性菌，布鲁氏菌的外膜含有LPS。在致病的布鲁氏菌菌株中，光滑型LPS较多。目前，LPS已成为毒力因子进行研究。布鲁氏菌LPS缺失后不会诱导小鼠的炎症反应，造成低水平的促炎细胞因子和低细胞毒性活性。

布鲁氏菌LPS的结构与典型的模式不同。非经典脂质A有一个氨基葡萄糖主链和几条极长的脂肪酸长链组成。这些特点对布鲁氏菌感染反应是至关重要的。布鲁氏菌bacA突变株，缺乏脂质A的长链脂肪酸，导致较高的炎症反应。同样，布鲁氏菌bvrS突变体中，增加脂质A的含量，在小鼠模型中是弱毒的。

LPS的O-多糖对布鲁氏菌的影响至关重要。参与LPS生物合成途径不同阶段基因的突变，如甘露糖基转移酶wbdA或磷酸甘露糖苷酶manB，及其突变通常使布鲁氏菌的表型由“光滑型”变为“粗糙型”，在细胞或动物感染模型中毒力减弱。这种减毒的程度取决于受影响的基因和通路。

在很长一段时间内，人们已經发现粗糙型突变体来源于光滑型的布鲁氏菌菌株。这种从光滑型到粗糙型的LPS转变发生在细菌培养期间，也发生在动物感染中，这可能是由于不稳定遗传因素引起的。粗糙型菌株能被宿主迅速有效清除，随着时间的推移并在这些选择性的压力下，布鲁氏菌保持其内在不稳定性，是在宿主内存活的主要方式之一。LPS在感染期间改变其功能，有利于细菌的短期存活和持续感染。但是，因为到目前为止还没有实验方法抑制LPS转换，因此其在动物感染中的实际作用仍有待于进一步调查。

3 环葡聚糖

布鲁氏菌可产生环β-1，2-葡聚糖（CβG），CβG是一个毒力因子。环葡聚糖合成酶（CGS）在布鲁氏菌CβG合成中是至关重要的。CβG缺失株在动物体内和细胞中的生存能力减弱。

环葡聚糖在细菌的生理学和感染期间的功能尚不完全清楚。布鲁氏菌cgs突变株的膜表面有一定缺陷，表明其表面活性分子有较高的灵敏度。然而在牛种布鲁氏菌cgs突变株和减毒疫苗株S19的cgs突变株显示出对表面活性剂相同的敏感性，表明膜的改变并不是导致毒力持续性下降的主要原因。

4 双组份调控系统（TCS）

双组份调控系统（TCS）是一种常见的细菌适应环境变化的机制。跨膜蛋白传感器通过自身磷酸化，反应出特定的胞外信号，如TCS的pH值下降或温度增加;磷酸基团随后转移到一个或多个反应调控子上面，介导转录的改变。

介导布鲁氏菌宿主内复制的TCS包括FeuQ、NtrY、VsrB、OmpR和BvrR/BvrS。FeuQ编码FeuP/FeuQ系统的传感器激酶，在根瘤菌中，该系统介导高亲和性铁摄取的调节。但是猪种布鲁氏菌的feuP反应调控子突变株，可以在小鼠和巨噬细胞中的复制，表明种属特异性差异或FeuP并不是FeuQ信号的唯一调控子。而其他调节布鲁氏菌毒力的TCS与氮反应有关（NtrY、VsrB和OmpR）。

布鲁氏菌中除对BvrR/BvrS系统研究较多外，最近对TceS/TceR系统也进行研究。TceSR缺失株不能在小鼠脾脏中繁殖复制，很难入侵巨噬细胞和HeLa细胞，也不能在巨噬细胞和HeLa细胞中复制，并且对抗菌肽多粘菌素B的耐药性降低。与野生型亲本株相比，TceSR缺失株对细胞的毒性减弱。此外，TceS/TceR调节许多基因和蛋白的表达。

5 密度感应系统

密度感应是基于能在单个细菌及其相应的调控子之间传递信息的信号分子。布鲁氏菌物种合成C12-高丝氨酸内酯密度感应信号，并且已确定2个转录调控子—VjbR和BlxR，且与毒力密切相关。

6 Rsh

当细菌面临严重的营养胁迫时可以改变基因表达做出严格的回应。为应对营养胁迫，细菌激活鸟苷四磷酸合成酶Re1A产生3'，5'-二-焦磷酸（ppGpp），布鲁氏菌可产生ppGpp合成酶的同系物Rsh。研究表明，布鲁氏菌Rsh突变株当在体外营养胁迫时可很快失去活性，并且在巨噬细胞、HeLa细胞和试验感染的小鼠中是减毒的。这些结果表明，严格反应可在布鲁氏菌对其在宿主细胞内定居过程中遇到营养胁迫时成功适应具有关键作用。营养胁迫似乎对诱导编码VirB的基因是一个重要的环境刺激，Rsh的存在对于这些基因在羊种布鲁氏菌16M中的最佳表达是必需的。

7 No1R、MucR和LOV结构域组氨酸激酶

No1R是一种转录调控因子，在根瘤菌中调控根瘤基因的表达。在羊种布鲁氏菌16M中预测的编码转录调控因子的基因靶向突变分析表明，No1R对布鲁氏菌在小鼠巨噬细胞、HeLa细胞和小鼠中的毒力是必需的。转录调控因子MucR对根瘤菌中胞外多糖的合成和运动之间提供调控关系。羊种布鲁氏菌mucR突变株在巨噬细胞和小鼠体内的毒力也是减毒的。最近在布鲁氏菌中发现携带LOV（光、氧或压）结构域的组氨酸激酶。生化研究表明，该蛋白对光有应答作用，缺乏该蛋白后，布鲁氏菌在小鼠J774巨噬细胞中毒力减弱。

8 结束语

布鲁氏菌成功在宿主细胞中生存和繁殖的能力是其毒力的关键。布鲁氏菌利用多种策略建立和维持其在宿主细胞内长期生存。在感染初期，布鲁氏菌可逃避炎症反应。布鲁氏菌一旦进入宿主细胞，它们主动影响胞内的运输，使含布鲁氏菌的液泡避免成为“吞噬溶酶体”。布鲁氏菌利用一些它们遇到的环境压力（如酸性环境和营养胁迫）作为改变其细胞内运输所需的基因诱导的刺激。最终，布鲁氏菌使细胞失去抗原加工能力，布鲁氏菌抵抗细胞凋亡，以利于自身生存。

参考文献

[1]刘倩宏.布鲁氏菌的IV型分泌系统[J].中国人兽共患病学报，2012.28（9）：951-954.

[2]易继海，王月丽，王震，等.布鲁氏菌胞内存活机制与巨噬细胞极化关系研究进展[J].中国畜牧兽医，2018，45（4）：1082-1088.

[3]王玉飞.IV型分泌系统调控布鲁氏菌胞内生存的分子机制研究[D].北京：中国人民解放军军事医学科学院，2008.

作者简介：肖延仁（1986-），男，河北南宫人，本科，兽医师，研究方向：农业畜牧养殖、疾病诊疗及防治等。