衣原體致病機制研究進展

舒明藝，李忠玉

衣原體是一類專性宿主細胞內寄生和具有獨特發育周期的小革蘭陰性菌。在衣原體目(Chlamydiales)中，衣原體屬(Chlamydia)研究最多,因其包含多種重要的人獸共患病原體[1]，致病性衣原體主要包括引起沙眼和女性生殖道感染的沙眼衣原體(Chlamydiatrachomatis, Ct)，引起肺炎、動脈粥樣硬化、反應性關節炎等疾病的肺炎衣原體(Chlamydiapneumoniae, Cpn)，引起肺炎的鸚鵡熱衣原體(Chlamydiapsittaci, Cps)[2]。衣原體具有獨特的兩相發育周期，產生具有感染性的小而致密的原體(elementary body，EB)和非感染性的大而疏松的始體( reticulate body，RB)。感染性EB侵入宿主細胞發育為RB，RB在宿主細胞內經二分裂繁殖的子代發育為EB，EB從宿主細胞中釋放出來后再感染新的宿主細胞[3]。雖然抗生素能夠有效治療衣原體感染，但衣原體感染初期往往無明顯癥狀，導致診斷延遲和治療不及時，使得感染發展，引起患者心血管、呼吸道、生殖系統等損傷。本文從衣原體致病物質、調控宿主細胞凋亡、逃逸宿主免疫殺傷和干擾宿主細胞轉錄等方面綜述衣原體的分子致病機制，為衣原體感染的臨床和基礎研究提供新的思路。

1 致病物質

1.1 脂多糖(LPS) 衣原體LPS是由一種截斷的三糖(3-脫氧-D-甘露-辛-2-酮糖)和脂質A組成。脂質A結構特殊，具有高疏水性，脂肪酸鏈較長，且存在與糖鏈相連的非羥基脂肪酸脂，是導致衣原體LPS內毒素毒性低的原因[4]。楊春福等采用Ct LPS刺激小鼠骨髓源巨噬細胞(BMDM)，與大腸埃希菌LPS刺激相比，Ct LPS刺激的BMDM不能促進TLR4/MD-2聚合或內吞，且IL-6、TNF、I型干擾素和IL-beta分泌減少。提示衣原體LPS可避免經典和非經典先天免疫信號途徑的識別，這可能是衣原體無癥狀感染者多見的一個原因[5]。此外，A.M.O’Doherty等用Ct和流產衣原體(Chlamydiaabortus)的LPS刺激牛輸卵管上皮細胞，發現LPS不能引起經典TLR4信號通路的活化，但可導致子宮內精子活力減低和滅活[6]，這可能與衣原體引發無癥狀感染和女性不孕有關。

1.2 III型分泌系統效應子(T3SS) 衣原體T3SS效應子能夠調控宿主細胞的多種生理和生化功能，有利于衣原體在宿主細胞內的生存和復制[7]。Ct的易位性肌動蛋白轉移招募磷蛋白(Tarp)、CT694/TmeA和TepP等效應子，在感染早期由原體分泌至宿主細胞胞質，通過調節肌動蛋白細胞骨架運動去介導衣原體的入侵[8-10]。Ct包涵體膜蛋白(Inc)效應子通過雙葉疏水基序插入包涵體膜上，干擾宿主細胞的囊泡和非囊泡運輸、代謝、信號傳遞和調亡等[11]；Ct非Inc蛋白CT105/CteG是一個與高爾基體相關的T3SS效應子，其可能參與干擾宿主細胞囊泡運輸[12]。另外，研究發現Ct T3SS效應子可能參與干擾宿主細胞染色質重塑和組蛋白甲基化[13]以及Cpn T3SS干擾宿主細胞泛素化[14]等(表1)。T3SS效應子數量多、功能多樣，其在衣原體致病中的作用尚有待研究闡明。

表1 III型分泌系統效應子及相關功能Tab.1 T3SS effectors and their functions

1.3 質粒編碼蛋白 大部分衣原體攜帶一個大小為7.5 kb、含有8個開放閱讀框(pORF1-8)的質粒，可促進衣原體定植、入侵、誘發炎癥反應和組織損傷等，為衣原體重要的毒力因子[15-16]。衣原體質粒編碼蛋白1-8(pGP1-8)，可參與衣原體的致病過程。研究發現Ct pGP1、2、6、8與質粒的維持和復制有關[17]；Ct pGP7與整合酶具有同源性[17]；Ct 和鼠衣原體(Chlamydiamuridarum,Cm)pGP4、5可參與質粒與基因的轉錄調控，pGP4調控pGP3和染色體上編碼GIgA、EUO基因[17-19]；Ct pGP3可分泌到宿主細胞胞質中，參與調控宿主細胞自噬、凋亡、免疫應答等[20-22]，此外，研究發現Ct pGP3通過阻斷抗菌肽的活性抑制宿主先天免疫，導致衣原體持續性感染[22-23]。

1.4 表面蛋白 研究發現Cpn的粘附蛋白CPn0473可粘附在上皮細胞的質膜上，并誘導磷脂酰絲氨酸易位，促進衣原體入侵宿主細胞[24]；Ct則用Ctad1與宿主細胞表面整合素β1受體結合侵入宿主細胞[25]；Ct和Cpn表面多形態膜蛋白(Pmps)可與宿主上皮或內皮細胞表面受體結合，如Pmp21粘附細胞表面生長因子受體[26]。Ct外膜蛋白OmcB和主要外膜蛋白(MOMP)則可結合宿主糖胺聚糖(GAG)硫酸肝素粘附宿主細胞[27]。這些蛋白介導衣原體粘附、入侵宿主細胞，但具體機制尚不清楚。

2 致病機制

2.1 調控宿主細胞凋亡 細胞凋亡是細胞的自主反應，涉及一系列基因和蛋白的激活、表達和調控，并有許多調節通路參與，是一個復雜的過程。天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白水解酶(Caspase)家族和B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)家族在調節細胞凋亡中起重要作用，Bcl-2家族控制內源性凋亡途徑，促凋亡Bcl-2蛋白Bax和Bak可透過線粒體外膜，然后啟動Caspase級聯，導致細胞凋亡[28]。研究發現Cps可促進抗凋亡蛋白Mcl-1并抑制促凋亡蛋白tBid和Bim的表達，也可通過JAK/STAT3信號通路抑制Bax蛋白表達，與此同時對細胞內促凋亡酶(Caspase-3、Caspase-7、Caspase-9、PARP)的活性也有抑制作用以阻止細胞凋亡[29-30]。此外，Ct通過磷酸肌醇依賴性蛋白激酶(PDPK1)-MYC途徑導致細胞產生大量的己糖激酶( HKII)，增加線粒體與己糖激酶( HKII)的結合以抑制宿主細胞凋亡[31]。CD95作為腫瘤壞死因子(TNF)/神經生長因子(NGF)分子受體超家族成員，主要從Caspase的激活和線粒體途徑來調節細胞凋亡，研究表明，Ct和Cpn感染細胞后可產生相同的抗凋亡活性，如阻斷CD95誘導的凋亡途徑，從而抑制Caspase3和Caspase9的活性、阻止線粒體中細胞色素C的釋放，但這種活性不影響死亡受體凋亡通路的激活[32-33]。因此，Mcl-1和CD95是衣原體抑制宿主細胞凋亡的重要分子。衣原體感染抑制宿主細胞凋亡，有利于其利用宿主細胞生長繁殖。此外，研究發現Cpn通過細胞外調節蛋白激酶1/2(ERK1/2)通路可上調血凝素樣氧化低密度脂蛋白受體(LOX-1)的表達來誘導人臍靜脈內皮細胞凋亡[34]。

2.2 抑制宿主免疫應答

2.2.1 破壞免疫細胞 CD4+和CD8+T淋巴細胞通過分泌干擾素IFN-γ在抗衣原體免疫中起主要作用[35]，因此，損害T淋巴細胞有利于衣原體在宿主中存活。Fankhauser等在Ct感染小鼠生殖道的研究中，發現程序性細胞死亡蛋白-1(PD-1)和其配體PD-L1可抑制粘膜CD8+T細胞的抗Ct應答，抑制PD-1/PD-L1信號通路則能增強CD8+T細胞清除衣原體的能力[36]。此外Shekhar等在體外用PD-1抗體阻斷PD-1/PD-L1信號，發現CD4+T細胞產生和分泌IFN-γ和IL-17的作用明顯增強[37]。這些發現表明PD-1/PD-L1信號的活化可抑制T細胞的抗衣原體免疫應答。然而，彭等發現PD-L1在Cm感染小鼠生殖道中具有相反的作用，阻斷PDL-1并不能增強抗衣原體免疫保護作用，反而會導致鼠輸卵管積水增加和炎癥反應加重[38]。因此，PD-1/PD-L1信號在衣原體感染過程中的作用仍有待進一步探索。

最近的一項研究發現，Ct感染過程中宿主分泌過量的促炎細胞因子IFN-γ和IL-12，其通過調節T盒子轉錄因子(T-bet)的表達來抑制CD8+T淋巴細胞成熟，T-bet是調節CD8+T淋巴細胞成熟的關鍵轉錄因子[39]，另外，Ct感染巨噬細胞分泌腫瘤壞死因子TNF-α去介導T細胞凋亡[40]，Cm感染激活PI3K/AKT通路來介導CD4+T細胞凋亡[41]。中性粒細胞清除體內細菌主要通過吞噬作用和釋放防御素以及形成中性粒細胞胞外陷阱(NET)等方式來實現。然而，衣原體在感染過程中可阻止NET的形成和抑制中性粒細胞激活等來逃逸宿主免疫殺傷；衣原體蛋白酶活性因子(CPAF)在此過程中扮演著重要作用，CPAF直接影響多形核白細胞(PMN)的表面甲基肽受體2(FPR2)的裂解和釋放，干擾FPR2激活PMN[42]。衣原體通過破壞T淋巴細胞和中性粒細胞等免疫活性細胞來抑制機體的特異性免疫應答，使其得以在宿主中長期存活并造成宿主反復感染。

2.2.2 抑制MHC分子的表達 主要組織相容性復合體(MHC)將抗原呈遞給T細胞和NK細胞，激活T細胞和NK細胞，經典的MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ類分子分別識別CD8+和CD4+T細胞受體。除此之外，一些非經典的MHC分子或稱為MHC樣分子，如CD1和MR1直接結合NK細胞受體[43]。已有許多研究證明細胞內病原體可以抑制MHC分子的表達或表面呈遞，以避免獲得性免疫應答的追蹤，如觸染性軟疣動物病毒(MCV)和I型皰疹病毒(HSV-1)，MCV編碼的一種MC80蛋白，通過結合TAP結合蛋白可使其泛素化，然后經過ERAD(內質網相關性降解)途徑降解，降解的TAP結合蛋白可抑制MHC-Ⅰ的抗原呈遞[44]，HSV-1則是通過Us3病毒基因產物靶向MR1分子，抑制MR1分子的表達[45]。衣原體作為胞內病原體，也有可能通過干擾MHC分子作用來逃逸宿主的免疫監視。研究發現衣原體CPAF可與MHC樣分子CD1d的重鏈相互作用，導致其泛素化和降解。在衣原體感染過程中，人陰莖尿道上皮細胞表達的CD1d重鏈與CPAF一起定位在胞漿和衣原體包涵體中，并不在細胞表面，使CD1d無法呈遞抗原[46]。

2.3 干擾轉錄因子功能 核因子激活的B細胞的κ-輕鏈增強(NF-κB)是控制DNA轉錄的蛋白復合物，為炎癥反應、免疫應答、細胞凋亡、應急反應等基因轉錄的中心調節因子。NF-κB家族由p50、p52、p65(也稱Rel-A)、c-Rel和Rel-B組成，在胞質中與抑制蛋白IκB結合處于非活躍狀態，其信號途徑的激活至少涉及到3個步驟：1)轉化生長因子TGF-β激酶(TAKI)和IκB蛋白激酶(IKK)的活化；2)抑制蛋白IκB的磷酸化后降解IκB；3)NF-κB前體加工組裝[47]。IκB蛋白家族是調控NF-κB信號最常見的蛋白質，其中最主要的是IκBα蛋白，當大量的IkBα與NF-κB蛋白結合時，可阻止NF-κB激活和進入胞核，起到負調控NF-κB信號的作用[48]。

衣原體可利用多種機制干擾NF-κB信號的功能，例如感染衣原體可阻止IκBα蛋白的降解和NF-κB 的核轉位[49]。 研究證明Ct的ChlaDub1蛋白可抑制IkBα蛋白的泛素化和降解[50]，ChlaDub1蛋白是Ct 的cdu1(CT868)基因編碼的一種具有去泛素化和去甲基化活性的蛋白酶，此外，Ct cdu2(CT867)基因編碼的ChlaDub2蛋白也具有去泛素化和去甲基化活性[51]。ChlaDub1蛋白不影響IκBα的磷酸化水平，但直接與IκBα相互作用、阻止該蛋白的泛素化和降解，通過干擾IκBα激酶(IKK)復合物下游途徑來發揮抑制活性[50]。衣原體CT441(Tsp蛋白酶)可選擇性裂解p65，使p65裂解為p40和p22片段，CT441蛋白酶和p40裂解片段可抑制NF-κB的激活[49]。Christian等人提出衣原體CPAF在感染過程中可降解p65，從而抑制NF-κB的激活[52]。此外，衣原體CPAF也與轉錄因子USF-1蛋白和RFX5蛋白的降解有關，降解USF-1和RFX5可分別抑制MHC-Ⅱ和MHC-Ⅰ分子的表達[53-54]。

2.4 持續性感染狀態應對不利環境因素 在不利生長條件下，如抗生素、細胞因子或營養缺乏等，衣原體轉變為新陳代謝降低的特殊感染狀態，即持續性感染狀態[55]。此時的衣原體不具有感染性，可逃逸宿主免疫反應，引起機體嚴重并發癥和慢性后遺癥。Claudia等通過比較正常感染Ct的發育周期和青霉素誘導的持續性感染狀態Ct發育周期，發現在持續性感染狀態下，宿主上皮細胞表面的脂質磷脂酰絲氨酸暴露、吞噬細胞/白細胞募集的信號受阻、caspase1和caspase3/7的活性受抑、毒性消失、感染細胞活性氧產生增加等[56]，表明衣原體在持續性感染狀態下可對宿主細胞造成許多有害作用，更加需要認真對待。

3 小 結

近年來，衣原體致病性的研究取得很大的進展，發現衣原體T3SS效應子等新的致病物質。在感染過程中，衣原體通過分泌效應子與宿主細胞相互作用來調控宿主細胞功能，以利于衣原體的生長繁殖和致病。這些發現在分子水平上闡述衣原體致病機制，為更好地診斷、治療和預防衣原體感染提供新的理論基礎。

利益沖突：無