产肠毒素大肠杆菌毒力的分子机制

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1、产肠毒素大肠杆菌毒力的分子机制　　产肠毒素大肠杆菌(ETEC)是一类能在小肠上皮细胞定植和增殖,继而产生和释放由质粒和/或染色体编码的热不稳定(LT)和/或热敏(ST)肠毒素的病原菌。这类病原菌每年引起成千上万例腹泻病例,尤其在发展中国家,且ETEC每年引起300000~500000名5岁以下儿童的死亡。这类病原菌也是导致旅行者腹泻的常见原因,并常常困扰着被部署在疫区的军事人员。伴随着感染性腹泻的反复发作,可导致患者生长阻滞和营养不良,进而恶性循环。营养失调的儿童表现出更高的感染风险。　　临床上ETEC感

2、染通常伴有急性的水样腹泻,如同霍乱病例,有从温和到严重的水样腹泻等多种类型。除腹泻外,其他体征如头痛、发烧、恶心、呕吐也常常被报道。依据美国农业部最近连续监测报告(USDA:APHIS:VS.Sdash;核糖基化因子(ARFs)相互作用生成核糖基化ADPGsa,为胞内鸟嘌呤核苷酸蛋白。由于GsaGTP酶活性的抑制,引起腺苷酸环化酶的活化。继而,细胞内cAMP水平升高,激活了囊性纤维化跨膜调控子(CFTR)调控的氯离子通道,导致电解质和水分大量分泌,最终引起腹泻。　　CT和LT都是通过各自病原菌外膜分两步分

3、泌的。第一步,亚基N端信号肽在依赖Sec途径从细胞内膜到外周胞质的转运中被切割,而各单体在外周胞质中装配成全毒素。分泌物依靠复杂的Ⅱ型分泌系统穿过细胞外膜,这被认为是一般分泌途径(GSP)。一些菌株存在另外一些基因,如由野生型ETECH10407菌株毒力岛编码GTP结合蛋白的leoA基因,也调节LT分泌。　　LT如何呈递到肠细胞表面神经节苷脂受体的具体过程还不太清楚。早期的研究认为,LT释放呈递适宜时期发生于病原菌黏附在靶向上皮细胞时,因为抗LT抗体容易结合游离的毒素,却不能中和由黏附在上皮细胞上的病原菌

4、释放的LT。有趣的是,很多年来人们一直认为ETEC缺乏分泌LT的能力,实验室条件下生长的病原菌分泌的大部分LT仍然与外膜囊泡密切相关,它们可以通过依赖脂筏的内吞作用进入宿主细胞。LT和它的同源分泌系统装置能够聚集或极化到细菌的一端,从而ETEC可向宿主细胞表面释放呈递高负荷载体型的毒素。　　除了液态分泌作用,LT还能诱发多种对病原菌有利的效应,如下调包括防御素在内的宿主固有应答,同时增强ETEC对上皮细胞的黏附作用以及小肠定植能力。　　1.1.2热稳定毒素热稳定毒素ST是ETEC分泌的富含半胱氨酸的小肽,

5、它能与肠上皮细胞刷状缘上的鸟苷酸环化酶C(GC-C)的胞外域结合。上述相互作用激活了胞内鸟甘酸环化酶催化区,从而引起胞内cGMP的积聚。cGMP的增加继而激活依赖cGMP蛋白激酶Ⅱ型,引起囊性纤维化跨膜调控子(CFTR)的磷酸化,从而导致Cl-的分泌和NaCl吸收的抑制,引发渗透性腹泻,导致脱水。　　有些ST毒素肽已在人源ETEC菌株中鉴定,其中包括与鸟苷酸环化酶C结合相关的STa(STⅠ)多肽ST-Ⅰa(ST-P)和ST-Ⅰb(ST-H),也包括与人无关但与猪源菌株相关的STb(STⅡ)分子。但STb与

6、不同的受体结合,并不能刺激产生环化核苷,与人类疾病也无明确的联系。　　STⅠ分子共同拥有一个含3个二硫键的13个氨基酸构成的核心结构,为发挥生物学效应所必须(图2)。　　通过活化的ST-P毒素域的晶体结构预测,N11-A13残基组成的六聚体环,形成了一个潜在适应外表面的GC-C结合部位,能够促进GC-C的聚积和激活。　　ST-H和ST-P都是由质粒编码,通常存在于转座子中,最初合成氨基酸前体分子包含进入细胞外周质所需的19个残基信号肽,STI多肽通过Sec途径运输穿过外膜需要三聚体TolC蛋白输出通道。　

7、　大量的流行病学研究表明,产ST-H的ETEC比产ST-P的菌株更具有致病力。而含ST-P的ETEC能够引起人类疾病无需质疑,因为ST-P菌株在日本多次引起与食物有关的腹泻。目前还不清楚产ST-H和产ST-P的ETEC在潜在致病力的明显不同是否由2种毒素的生物性差异导致,或者它们仅仅是致病性的生物标志。　　1.1.3EAST1EAST1是一种肠聚集性耐热毒素,和STI多肽有相似的结构。在包括ETEC在内的多种肠道病原菌中,编码EAST1的基因ast已鉴定,通常存在多个拷贝数。　　ETEC研究表明,这种毒素

8、存在于移动元件上;当在重组菌表达,在肠毒素活性检查中可以观察到EAST1功能激活。虽然在ETEC发病机制中EAST1是否参与仍不清楚,但最近研究表明该毒素不刺激cGMP和cAMP水平升高。　　2黏附素和定植因子　　小肠定植是ETEC必需的毒力特征。多种编码在ETEC质粒和染色体上的不同结构蛋白已鉴定为假定的黏附素和定植因子。　　2.1定植因子(CFs)　　　　一类异质性蛋白质样的表面结构称为定植因子(CFs),是最早被确定ET