奶牛乳房炎金黃色葡萄球菌基因工程疫苗研究進展

摘要:針對金黃色葡萄球菌易引起奶牛乳房炎的問題，綜述了金黃色葡萄球菌表面蛋白的種類及其在基因工程疫苗研制方面的進展。試驗表明，其主要通過其表面蛋白(黏附素)與宿主的細胞外基質結合感染宿主，研究金黃色葡萄球菌黏附素對預防由金黃色葡萄球菌引起的奶牛乳房炎具有廣闊的前景。

關鍵詞:金黃色葡萄球菌;乳房炎;黏附素;基因工程疫苗;進展

中圖分類號:S858.237.2+6文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.02.020

Research Development of Genetically Engineering Vaccine Against Bovine Mastitis Caused by Staphylococcus aureus

SUN Ying-feng1， ZHANG Yan-jun2， WANG Dong1， CHI Jing-jing1， TIAN Xiang-xue1

(1. Institute of Animal Science and Veterinary Medicine， Tianjin 300112， China; 2. Livestock Bureau of Jiaxiang City， Jiaxiang， Shandong 272400， China)

Abstract:Staphylococcus aureus is the most common cause of cow mastitis. The surface proteins (adhesin) of Staphylococcus aureus play an important role in adhering to extracellular-matrix.It is belived that it can provide an important reference for scholars in the related fields.The kinds of adhesions of Staphylococcus aureus in bovine mastitis were introduced， and its development on genetically engineering vaccines was briefly reviewed.

Key words: Staphylococcus aureus; mastitis; adhesions; genetically engineering vaccine; development

金黃色葡萄球菌是奶牛乳房炎的主要病原菌，近50%的乳房炎是由該菌引起的[1]，同時乳房炎也是影響乳品工業經濟效益的重要疾病之一。金黃色葡萄球菌所引起的乳房炎很難治愈，而且對抗生素產生耐藥性的菌株已經相當普遍，用抗生素治療的效果越來越差，因此，使用預防或治療性疫苗防治乳房炎就成為首選。在過去的幾年中發表的許多有關預防本病的常規疫苗的報道，由于缺乏廣泛的有效性，生產成本問題以及某些情況下的不穩定性，而未能廣泛應用。近年來，隨著分子生物學和免疫學發展，發現金黃色葡萄球菌的致病力由許多不同因子(如黏附素、莢膜等)決定，因此，針對不同因子研制抗金黃色葡萄球菌感染的基因工程疫苗就成為了研究熱點。筆者針對金黃色葡萄球菌黏附素在基因工程疫苗研制方面的進展做一簡要介紹。

1金黃色葡萄球菌表面的黏附素

細胞外結合基質(extracellular-matrix， ECM)是指分布于細胞外空間，由細胞分泌的蛋白和多糖所構成的網絡結構，它普遍存在于所有的脊椎動物的組織和器官中。在過去的幾十年里，ECM的許多生物學行為得到證實。獨特的ECM的組成被發現介導一至多個細胞事件，諸如支持、增殖及調節基因表達[2]。細胞表面的ECM受體是介導許多生理及病理等生物學事件發生的關鍵所在，各種病原性細菌也是通過細胞表面的ECM結合分子與宿主的ECM發生特定的相互作用。病原性細菌的ECM結合分子屬一組蛋白，被稱為黏附素;它們與ECM的相互作用被認為是細菌感染的先決條件[1]，否則細菌就無法定居和繁殖，也就不能產生和釋放胞外酶和外毒素。

金黃色葡萄球菌為了感染宿主，病菌必須緊緊“貼牢”組織，以克服外力對其的移動。它們除了應用非特異性的疏水力及靜電引力與宿主結合外，其表面蛋白與ECM及血漿蛋白還具有特異的親合力，雖然它們之中的一些結合血漿蛋白不與基質結構相聯系。表l列出了S. aureus產生的黏附素[3]。

金黃色葡萄球菌的黏附素除了介導細菌粘附外，還賦予細菌逃避宿主防御機制的功能[4]。這主要是通過這些黏附素，將機體的可溶性ECM(如纖維粘連素、血纖維蛋白)大量結合在細菌的表面，使細菌菌體完全被宿主的ECM包被，從而不被宿主的免疫系統所識別，這對金黃色葡萄球菌感染的結果亦有重要影響。這些蛋白的共同特征是均為細菌表面的蛋白成分，具有相似的結構，不形成菌毛等特殊附件;它們所結合的宿主成分皆為ECM;在不同的動物中，ECM的結構相當保守，故金黃色葡萄球菌能粘附于不同動物的各種組織，而無明顯的宿主特異性及組織傾向性[5]。

2金黃色葡萄球菌黏附素作為疫苗的研究

2000年 Hartford等進行了金黃色葡萄球菌ClfA突變株的研究，結果表明這種黏附蛋白是鼠的心內膜炎的致病因素，為金黃色葡萄球菌的重要致病因子[6]。因此，ClfA就成為開發可能抵抗金黃色葡萄球菌黏附的DNA疫苗的合適目的抗原，國內外已經開始對此進行相關研究。2002年 Brouillette等進行了小鼠對于抗ClfA的DNA疫苗免疫應答的研究，注射入能表達ClfA纖維蛋白素原結合區A的質粒后，在小鼠體內誘導出了針對ClfA的強的和特異性的抗體應答。結果表明，針對黏附素的DNA免疫接種代表著一種新的和有價值的方法來對抗金黃色葡萄球菌感染[7]。

AartLammers等的研究表明，缺乏纖連素結合蛋白(FnBP)表達的金黃色葡萄球菌菌株不能凝集細胞，并且黏附、侵入牛乳腺細胞的能力顯著降低[8]。2006年賀寬軍等對金黃色葡萄球菌的FnBPA進行了原核細胞表達，經過Western-blot分析，結果表明所表達蛋白具有活性[9]。FnBP能夠介導金黃色葡萄球菌結合于細胞表面的纖維連結素，使細菌黏附于寄主細胞表面，促進細菌對寄主組織的入侵。目前從奶牛乳房炎分離到的大多數金黃色葡萄球菌都能夠與細胞外基質上的纖維連結素特異性地結合[10]。 因此，FnBP對于金黃色葡萄球菌黏附并侵入牛的乳腺細胞是必須的，故FnBP就成為了亞單位疫苗中有價值的成分。

2006年周宏等報道Can-FnBP的新型融合蛋白，通過金黃色葡萄球菌fnb和cna基因融合構建并在大腸桿菌中表達該蛋白。在小鼠體內，重組蛋白疫苗針對Can-FnBP誘導出極強的特異性體液免疫應答。用Can-FnBP免疫小鼠，進行攻毒實驗，免疫組存活率顯著高于未免疫的小鼠。試驗表明，在預防金黃色葡萄球菌感染方面，利用Can-FnBP研制疫苗是非常有潛力的[11]。

2006年Castagliuolo等將金黃色葡萄球菌的4種黏附素(FnBP、FnBPA、Clf、Can)作為靶目標制成DNA疫苗，用編碼4種黏附素的DNA混合物進行鼻內免疫接種，引發高水平的特異性血清和粘膜Ig，在體外粘膜的Ig可以抑制金黃色葡萄球菌黏附到奶牛乳腺上皮細胞。研究表明，免疫小鼠有效地抵御了由金黃色葡萄球菌引發的乳腺內的感染。研究數據證實了基因粘膜疫苗針對金黃色葡萄球菌黏附素靶向作用的可行性，并促進了對其在預防奶牛乳房炎有效性方面的進一步研究[12] 。

3小結和展望

由金黃色葡萄球菌引發的奶牛乳房炎在世界范圍內都造成了巨大的損失。多年來，盡管在金黃色葡萄球菌引起的奶牛乳房炎的控制方面采取了各種措施，但都未能從根本上得以控制，至今也還沒有有效的方法防治金黃色葡萄球菌所致的乳房炎。目前，由于常規抗生素很難對其治愈，而且極易產生耐藥性。因此，疫苗似乎成為了預防疾病的首選。金黃色葡萄球菌的致病機理不但依靠各種致病因子，而且還有賴于他們在寄主體內的相互作用[13]。在這樣一個復雜的關系下，研制高效、安全的疫苗變得異常困難，目前的研究策略大多是利用新型的分子生物學技術來研制疫苗。利用新型的分子生物學技術將靶抗原基因融合以提高疫苗保護范圍來進行疫苗研制，將成為未來預防奶牛金黃色葡萄球菌乳房炎的熱點。

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