沙眼衣原體對宿主細胞抑癌基因p53影響的研究進展

任 杰 綜述，劉原君，劉全忠 審校

（天津醫科大學總醫院皮膚性病科，天津300052）

綜述

沙眼衣原體對宿主細胞抑癌基因p53影響的研究進展

任 杰 綜述，劉原君，劉全忠 審校

（天津醫科大學總醫院皮膚性病科，天津300052）

沙眼衣原體；抑癌基因；p53；代謝；凋亡；抑制

沙眼衣原體（chlamydia trachomatis）是專性細胞內寄生的病原體，其具有雙相性生長周期，包括宿主細胞外具有感染性的原體（elementary bodies，EB）以及宿主細胞內有代謝活性的網狀體（reticulate bodies，RB）。EB代謝遲鈍，可通過附著細胞繼而引起感染；RB生長代謝活躍，依賴宿主的營養供給，包括：核苷酸、氨基酸、脂類以及糖類。衣原體感染細胞后，通過多條途徑使宿主細胞產生凋亡抑制，以利于其順利完成宿主細胞內生長和復制周期。沙眼衣原體感染細胞后，可以促使宿主細胞內的p53蛋白在感染早期發生降解，進而抑制宿主細胞凋亡，并解除了p53蛋白對磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway，PPP）的抑制。p53蛋白對于細胞完整性的維持起著無可替代的作用，它可以對整個基因組的穩定性進行調節并對DNA損傷做出應答。p53蛋白的一個重要功能是誘發細胞凋亡和衰老，若細胞發生不可逆的損傷，p53就會激活相關信號通路，以達到誘導細胞凋亡的目的。沙眼衣原體與腫瘤細胞不同，需要從宿主細胞中獲得能量和養分以滿足其生長周期的需求。p53還可以調節細胞代謝，沙眼衣原體通過降低p53蛋白的穩定性，使磷酸戊糖代謝途徑活性增高，從而為其自身生長提供足夠原料[1]。在人體的大多數腫瘤細胞中，p53蛋白是沒有活性的或因錯義突變而喪失了腫瘤抑制功能。正常細胞中p53蛋白發揮著無可替代的抑癌作用，沙眼衣原體的生長依賴p53蛋白的降解，說明沙眼衣原體感染可能是潛在的致癌因素。本文主要從抑制凋亡和影響代謝兩個方面來討論沙眼衣原體如何與p53相互作用、影響宿主細胞生理活動，從而為其自身生長創造一個合適的環境。

1 影響宿主細胞代謝

p53可以調節細胞代謝[2]，宿主細胞的代謝活動對沙眼衣原體的生長有著重要意義。正常健康細胞主要依靠線粒體有氧氧化糖類分子獲得能量。沙眼衣原體感染宿主細胞后，可引起宿主細胞產生類似腫瘤細胞中的Warburg效應，即像腫瘤細胞一樣主要通過葡萄糖無氧酵解為自身供能。沙眼衣原體在宿主細胞內完成生長周期需要消耗大量的NADPH，這些NADPH都是由PPP產生[3]，并且同樣需要宿主細胞PPP產生的核苷酸前體[4]。因此類似腫瘤細胞環境中的糖酵解和磷酸戊糖途徑非常有利于沙眼衣原體的生長[5]。p53是腫瘤細胞中糖酵解和磷酸戊糖途徑的重要抑制蛋白，抑制p53對Warburg效應有促進作用。

葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD）是磷酸戊糖途徑的第一個限速酶，抑制G6PD可以抑制PPP。研究發現，宿主細胞內的G6PD被抑制后，衣原體就會因為缺乏生長繁殖必要的原料而出現持續無法復制的狀態；而過表達G6PD可以很有效的彌補p53持續穩定表達或加入依托泊苷引起的衣原體生長抑制，這些結果進一步證明PPP在衣原體完成正常生長周期這一過程中發揮著重要作用。與自由生長的細菌不同，專性細胞內寄生的細菌依賴宿主細胞的代謝，以獲得生長所需要的原料，所以Siegl等[1]推測沙眼衣原體感染降解宿主p53蛋白的首要目的并不是為了抑制宿主細胞的凋亡，而是為了解除p53對PPP的抑制從而為其自身提供更多生存所需的原料。

2 抑制宿主細胞凋亡及相關信號通路

抑制宿主細胞凋亡對沙眼衣原體的生存和復制很重要，被認為是一種重要的免疫逃逸機制，以完成其專性細胞內生長周期。衣原體通過抑制諸多凋亡途徑來確保其在宿主細胞內的存活，它可以改變宿主細胞凋亡相關蛋白的位置以及直接干擾宿主細胞凋亡信號。沙眼衣原體感染細胞后，可以與宿主細胞膜上的酪氨酸激酶受體（receptor tyrosine kinases，RTK）EPHA2（Eph receptor A2）[6]和EGFR(epidermal growth factor receptor)[7]結合，激活宿主細胞內PI3K-AKT通路，隨后泛素連接酶MDM2（murine double minute 2）磷酸化并且被激活，最終導致p53蛋白降解。目前認為PI3K-AKT通路和沙眼衣原體感染抑制凋亡密切相關，該通路可以調節MCL1（myeloid cell leukemia-1）蛋白的穩定，并且募集抗凋亡蛋白BAD（BCL2 associated agonist of cell death）[8-9]。

EphA2是跨膜酪氨酸激酶受體,屬于酪氨酸激酶受體超家族成員之一。研究發現，EphA2是介導沙眼衣原體黏附并侵入宿主細胞的關鍵因素[6]，并且在沙眼衣原體對宿主細胞凋亡抑制的誘導中起到重要作用。沙眼衣原體的感染可以上調EphA2的表達，感染激發ERK信號通路是EphA2上調和激活的必要途徑。表達上調的EphA2并沒有定位至細胞膜表面，而是募集到沙眼衣原體包涵體膜，在包涵體膜EphA2與磷酸化的PI3K相互作用，激活PI3K通路。研究發現，卵巢癌患者若過表達EphA2通常預示著臨床預后較差并且生存期較短[10]。

EGFR是細胞表面重要的酪氨酸激酶受體，在細胞的生長、增殖和遷移中起到重要作用。宿主細胞EGFR的表達和磷酸化對沙眼衣原體的生長有著重要意義。沙眼衣原體可以促進EGFR的磷酸化，從而也促進了EGFR下游蛋白AKT等的磷酸化。EGFR與肌動蛋白共定位在包涵體外周，可能在這里發揮著聚集骨架建立所需信號蛋白的作用[11]。沙眼衣原體還可以影響EGFR蛋白在細胞內的定位，沙眼衣原體感染EGFR敲低的宿主細胞后，包涵體在宿主細胞內的生長受阻，形成體積較小、不成熟的包涵體，并且沙眼衣原體引起的宿主細胞內鈣轉移以及肌動蛋白在包涵體周圍的聚集也被抑制。

沙眼衣原體黏附宿主細胞并使宿主細胞膜表面的EphA2與EGFR蛋白磷酸化，磷酸化的EphA2與EGFR蛋白激活PI3K-AKT通路，活化的AKT使MDM2蛋白磷酸化，隨后磷酸化的MDM2綁定并泛素化p53，泛素化的p53蛋白遷移至胞質被蛋白酶體降解[12]。抑制p53-MDM2的相互作用，可以有效的影響沙眼衣原體在宿主胞內包涵體的形成，并且可以干擾沙眼衣原體的抗凋亡作用[13]。對p53的持續抑制可能是沙眼衣原體抑制宿主細胞發生凋亡的重要機制，沙眼衣原體借此機制可以持續存在于受感染的宿主細胞中抑制凋亡，以延長受感染細胞的壽命。研究發現，沙眼衣原體同時感染p53野生型細胞與p53-/-細胞，發現前者感染程度更嚴重，這說明p53蛋白是沙眼衣原體與宿主細胞相互作用的一個關鍵靶點。在感染早期使用抗腫瘤藥物依托泊苷和Nutlin-3穩定p53，可以抑制包涵體的形成，故影響沙眼衣原體生長周期和后代的生成，從而降低了其感染性[1]。

沙眼衣原體激活PI3K-AKT通路后，還可通過Mcl-1和BAD等多種因子誘導細胞產生凋亡抑制。沙眼衣原體感染引起依賴MEK通路的Mcl-1 mRNA的上調以及依賴PI3K通路的Mcl-1蛋白的穩定化[8]。Mcl-1蛋白對與髓細胞的分化、淋巴細胞的生存和穩態有極其重要的作用[14-15]。沙眼衣原體感染細胞后對各種凋亡刺激的凋亡抑制機制中Mcl-1蛋白的上調和穩定化起著重要作用。

宿主細胞對凋亡刺激的敏感與沙眼衣原體感染的階段有關。在感染的初期，宿主細胞對凋亡刺激是足夠敏感的，但是在隨后的16~24 h時，由于宿主凋亡抑制蛋白家族 IAPs（inhibitor of apoptosis proteins,IAPs）和Mcl-1的激活，產生了凋亡抑制。但是在鼠類的細胞中沒有發現相關的對IAPs和Mcl-1的依賴[16]。差別產生的原因除了種屬和細胞類型的不同之外，可能也與感染階段和包涵體大小有關。有研究表明，Mcl-1可以調節線粒體外膜的通透性，不穩定的Mcl-1可以導致線粒體釋放細胞色素C[17]。因此，沙眼衣原體的急性或持續性感染中，上調或穩定Mcl-1蛋白可以降低宿主細胞線粒體外膜的通透性，從而產生某種程度的凋亡抑制。

在正常細胞中，BAD蛋白可與線粒體外膜結合，引起細胞色素C的釋放，從而引發細胞凋亡。沙眼衣原體感染的細胞中PI3K-AKT通路被激活，使BAD磷酸化，磷酸化的BAD蛋白可與胞質中的14-3-3蛋白結合。正常細胞中14-3-3蛋白存在于胞質中，但在衣原體感染的宿主細胞中14-3-3蛋白與沙眼衣原體胞質分泌的IncG結合并定位在包涵體膜上，因此磷酸化的BAD蛋白也被募集于包涵體膜無法與線粒體結合，從而使宿主細胞產生凋亡抑制[9]。

3 結語

p53是重要的腫瘤抑制基因，幾乎全部卵巢癌病例p53都是功能缺失的，因此推測沙眼衣原體對p53蛋白的降解可能會在女性生殖道腫瘤的發生發展中起到重要作用。感染人乳頭瘤病毒（HPV）的女性不一定會發展為宮頸浸潤癌（invasive cervical cancer,ICC）[18]，這說明環境影響和基因因素的共同作用才會決定癌癥細胞最終的轉化。有研究報道，肺炎衣原體或許與肺癌有關聯[19]。沙眼衣原體是人最常見的性傳播病原體，所以最有可能是癌癥發生和發展的協同因子。一些大規模的隊列研究發現，沙眼衣原體的感染要比其他危險因素增高ICC發展的風險[20-22]，因此推測沙眼衣原體可能會參與HPV感染的女性鱗狀細胞ICC的發生和發展過程，但也有一項研究的結果是相反的[23]。

對宿主細胞p53通路的干擾是很多病原菌阻礙宿主細胞對感染引起的細胞毒性的保護性應答，并且可以達到控制細胞代謝的目的。目前，已經有研究表明志賀氏菌、幽門螺桿菌、奈瑟氏菌感染可引起宿主細胞p53蛋白的降解；其中幽門螺桿菌、奈瑟氏菌可以導致DNA雙鏈損壞（DSB）并激活p53，最后導致宿主細胞死亡[24]。Chumduri[25]證明沙眼衣原體在感染的后期也可引起DSB，降解p53蛋白可能是很多病原體避免由感染引起基因毒性的主要途徑。另外，與腫瘤細胞不同的是這些胞內病原體需要從宿主細胞獲得足夠的能量和養分以順利完成生長周期。弗氏志賀菌與沙眼衣原體相似，通過調節宿主細胞的代謝，以獲得充足的營養。P53蛋白參與磷酸戊糖代謝途徑，推測其有可能是病原體生長所依賴的重要宿主蛋白。沙眼衣原體的生長依賴HDM2-p53這一通路，說明沙眼衣原體可能有潛在的致癌作用，沙眼衣原體感染引起的p53降解可能與女性生殖道腫瘤的發生和發展有關。

沙眼衣原體對宿主細胞有毒性作用但同時又依賴宿主細胞的代謝。p53通路的研究可以使我們進一步認識沙眼衣原體的致病機制，對疾病的預防及治療也有重要意義。

[1] Siegl C,Prusty B K,Karunakaran K,et al.Tumor suppressor p53 alters host cell metabolism to limit Chlamydia trachomatis infection [J].Cell Rep,2014,9(3):918

[2]Vousden K H,Ryan K M.p53 and metabolism[J].Nat Rev Cancer, 2009,9(10):691

[3] Prusty B K,B?hme L,Bergmann B,et al.Imbalanced oxidative stress causes chlamydial persistence during non-productive human herpes virus co-infection[J].PLoS One,2012,7(10):e47427

[4] Tipples G,Mcclarty G.The obligate intracellular bacterium Chlamydia trachomatis is auxotrophic for three of the four ribonucleoside triphosphates[J].Mol Microbiol,1993,8(6):1105

[5] Eisenreich W,Heesemann J,Rudel T,et al.Metabolic host responses to infection by intracellular bacterial pathogens[J].Front Cell Infect Microbiol,2013,3:24

[6] Subbarayal P,Karunakaran K,Winkler A C,et al.EphrinA2 receptor(EphA2)is an invasion and intracellular signaling receptor for Chlamydia trachomatis[J].PLoS Pathog,2015,11(4):e1004846

[7] Nagata N,Akiyama J,Marusawa H,et al.Enhanced expression of activation-induced cytidine deaminase in human gastric mucosa infected by Helicobacter pylori and its decrease following eradication[J].J Gastroenterol,2014,49(3):427

[8] Rajalingam K,Sharma M,Lohmann C,et al.Mcl-1 is a key regulator of apoptosis resistance in Chlamydia trachomatis-infected cells[J].PLoS One,2008,3(9):e3102

[9] Verbeke P,Welter-Stahl L,Ying S,et al.Recruitment of BAD by the chlamydia trachomatis vacuole correlates with host-cell survival [J].PLoS Pathog,2006,2(5):e45

[10]Lin Y G,Han L Y,Kamat A A,et al.EphA2 overexpression is associated with angiogenesis in ovarian cancer[J].Cancer,2007,109 (2):332

[11]Patel A L,Chen X,Wood S T,et al.Activation of epidermal growth factor receptor is required for Chlamydia trachomatis development [J].BMC Microbiol,2014,14:277

[12]Wade M,Li Y C,Wahl G M.MDM2,MDMX and p53 in oncogenesis and cancer therapy[J].Nat Rev Cancer,2013,13(2):83

[13]González E,Rother M,Kerr M C,et al.Chlamydia infection depends on a functional MDM2-p53 axis[J].Nat Commun,2014,5:5201

[14]Opferman J T,Letai A,Beard C,et al.Development and maintenance of B and T lymphocytes requires antiapoptotic MCL-1 [J].Nature,2003,426(6967):671

[15]Opferman J T,Iwasaki H,Ong C C,et al.Obligate role of antiapoptotic MCL-1 in the survival of hematopoietic stem cells[J]. Science,2005,307(5712):1101

[16]Ying S,Christian J G,Paschen S A,et al.Chlamydia trachomatis can protect host cells against apoptosis in the absence of cellular Inhibitor of Apoptosis Proteins and Mcl-1[J].Microbes Infect,2008, 10(1):97

[17]Maurer U,Charvet C,Wagman A S,et al.Glycogen synthase kinase-3 regulates mitochondrial outer membrane permeabilization and apoptosis by destabilization of MCL-1[J].Mol Cell,2006,21(6):749

[18]StanleyM.Pathology and epidemiology of HP Vinfection in females[J]. Gynecol Oncol,2010,117(2,1):S5

[19]Chaturvedi A K,Gaydos C A,Agreda P,et al.Chlamydia pneumoniae infection and risk for lung cancer[J].Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,2010,19(6):1498

[20]Smith J S,Bosetti C,Mu?oz N,et al.Chlamydia trachomatis and invasive cervical cancer:a pooled analysis of the IARC multicentric case-control study[J].Int J Cancer,2004,111(3):431

[21]Smith J S,Mu?oz N,Herrero R,et al.Evidence for chlamydia trachomatis as a human papillomavirus cofactor in the etiology of invasive cervical cancer in Brazil and the Philippines[J].J Infect Dis, 2002,185(3):324

[22]Koskela P,Anttila T,Bj?rge T,et al.Chlamydia trachomatis infection as a risk factor for invasive cervical cancer[J].Int J Cancer,2000,85 (1):35

[23]Safaeian M,Quint K,Schiffman M,et al.Chlamydia trachomatis and risk of prevalent and incident cervical premalignancy in a population-based cohort[J].J Natl Cancer Inst,2010,102(23):1794

[24]Siegl C,Rudel T.Modulation of p53 during bacterial infections[J]. Nat Rev Microbiol,2015,13(12):741

[25]Chumduri C,Gurumurthy R K,Zadora P K,et al.Chlamydia infection promotes host DNA damage and proliferation but impairs the DNA damage response[J].Cell Host Microbe,2013,13(6):746

（2016-04-24收稿）

R730

A

1006－8147（2016）06-0544-03

國家自然科學基金資助項目（31370211）

任杰（1987-），女，博士在讀，研究方向：皮膚性病學；通信作者：劉全忠，E-mail:liuquanzhong@medmail.com.cn。