梅毒螺旋體外膜蛋白功能的研究進展

何碧莎, 劉雙全

南華大學衡陽醫學院附屬第一醫院 1.檢驗醫學中心,2.微生物與感染性疾病研究所,湖南衡陽421001

梅毒是一種由梅毒螺旋體引起的慢性傳播性疾病,對全身器官造成損傷,從而導致人類健康受到嚴重的影響[1]。梅毒螺旋體外膜蛋白(outer membrane protein,Omp)是存在于外膜上的菌體蛋白,是菌體與周圍環境之間的第一道防線[2]。Omp在梅毒螺旋體中具有毒性黏附因子、營養物質吸收通道的作用,同時Omp也是宿主黏附和免疫的主要靶點[2]。Omp根據其性質和結構分為稀有外膜蛋白和外膜脂蛋白兩類[2-3]。

1 稀有外膜蛋白

稀有外膜蛋白是存在于外膜上的蛋白質,其蛋白含量非常少,大約是大腸桿菌外膜蛋白的1%[4],由此被命名為稀有外膜蛋白;其標志性結構是β-桶狀結構。β-桶狀結構能維持外膜結構穩定的作用,可以轉運物質的進出,能在梅毒螺旋體免疫逃逸的過程中發揮著關鍵作用。稀有外膜蛋白主要為梅毒螺旋體重復蛋白、Tp0326、Tp0515。

1.1 梅毒螺旋體重復蛋白

梅毒螺旋體重復蛋白(Tp repeat proteins,Tpr)是梅毒螺旋體中非常重要的組成部分。Tpr含同源基因A～L,編碼12種蛋白。根據氨基酸同源性,Tpr分成3個亞群:Tpr I亞群(C、D、F、I),TprⅡ亞群(E、G、J)和TprⅢ亞群(A、B、H、K、L)。TprⅠ亞群和TprⅡ亞群具有保守的N端和C端,連接可變的中央區。與TprⅠ、Ⅱ亞群不同的地方在于,TprⅢ亞群只有有限的同源性,保守區和可變區混合出現,推測其在生存和致病性方面具有重要作用。

1.1.1 TprK(Tp0897) TprK的N末端含有73個氨基酸,C末端含有54個氨基酸,中間為高度保守區域。TprK的序列變異性強。TprK具有7個可變區(V1-V7區),由于V區的多樣性,使得TprK氨基酸序列變化較大,不僅在菌株之間產生了較強的變異性,菌株內部的堿基序列也存在高度變異,可以在逃避宿主的免疫識別時發揮重要作用[6-7]。

TprK具有較強的免疫原性、免疫反應性。TprK的保守區具有T淋巴細胞識別表位,可變區則具有B淋巴細胞識別表位,所以TprK能誘導機體同時產生體液免疫和細胞免疫,被認為是Tpr中細胞免疫反應最強的攻擊靶點[8]。

1.1.2 TprC/D/I TprC/D/I在梅毒螺旋體上都呈現出低表達的狀態,且具有兩親性和暴露于梅毒螺旋體表面的特點[2]。同時,TprC/D/I是屬于TprⅠ亞群的蛋白,在機體感染梅毒螺旋體時,TprⅠ亞群可通過N-末端保守區使機體產生有效的免疫反應和免疫保護作用[9]。

1.2 Tp0326(Tp92)

Tp0326全長2 562 bp,由853個氨基酸組成,相對分子質量約為96 kDa。Tp0326具有特征性的外膜-桶蛋白整合機器(β-barrel assembly machinery,BAM)二分拓撲結構,其編碼與核心亞基BamA相似,BamA具有β-桶狀結構、會暴露于細胞表面以及含量很低的標志性特點。同時,Tp0326也屬于Omp85超家族,Omp85的家族成員也具有β-桶狀結構,且呈低表達的狀態[10]。

Tp0326具有較強的免疫原性和免疫反應性,可以促進分泌促炎細胞因子,并促進巨噬細胞分泌白細胞介素-8[11]。同時,Tp0326還能夠誘導趨化素的分泌來參與內皮細胞活化過程。Tp0326能誘導活化的內皮細胞產生趨化素,趨化素可以通過凱莫瑞趨化因子樣受體1促進腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和細胞間黏附分子-1在內皮細胞中的分泌,進而加速巨噬細胞向內皮細胞的遷移[12]。

1.3 Tp0515

Tp0515具有β-桶狀結構,其中包括β-折疊的N端結構域和26鏈的β-桶狀結構組成。26鏈β-桶狀結構中的1鏈和26鏈可以結合為一個不完全氫鍵,從而使β-桶狀通道打開,進而有助于轉運底物。此外,Tp0515還是脂多糖轉運蛋白D(lipopolysaccharide transport D,LptD)的同源物質[13],LptD位于革蘭氏陰性細菌外膜上,用于將脂多糖從內膜運輸到外膜;提示Tp0515的運輸方式與LptD相似,所以推測梅毒螺旋體自身有一種獨特的轉運裝置。

2 外膜脂蛋白

外膜脂蛋白是存在于外膜上的脂蛋白,能作為黏附素影響梅毒螺旋體的傳播和黏附等過程。并且少數外膜脂蛋白能通過感知壓力信號調控基因轉錄,用來對抗壓力、維持細菌包膜結構和功能的完整性。外膜脂蛋白主要包括Tp0751、Tp0136、Tp0435以及Tp0453。

2.1 Tp0751

Tp0751全長714 bp,由237個氨基酸組成,相對分子質量約為25 kDa。Tp0751具有較強的免疫原性和免疫反應性。

Tp0751能與層粘連蛋白發生特異性結合[14]。由于層粘連蛋白在調節內皮細胞形態發生時起重要作用,推測Tp0751與層黏附蛋白特異性結合可以啟動內皮細胞活化,促進梅毒螺旋體穿透內皮細胞對組織的侵蝕。同時,Tp0751還是一種依賴鋅的金屬蛋白酶,其C端含有一個鋅依存性蛋白酶結構域金屬蛋白酶模體,且N端具有凝血酶裂解位點和自身催化裂解位點,可以通過這兩個位點發揮的作用,進而產生金屬蛋白酶活性[15]。

2.2 Tp0136

Tp0136全長1 488 bp,由495個氨基酸組成,相對分子質量約為50 kDa。Tp0136具有較強的序列變異性[16],能引起梅毒螺旋體各菌株序列間的變異,從而在梅毒螺旋體免疫逃逸中發揮重要的作用。同時,Tp0136是一種脂蛋白黏附素,能與宿主細胞外基質成分層黏蛋白充分接觸,還能特異性結合具有可溶性且為聚合體形態的纖連蛋白,使得梅毒螺旋體可以黏附在宿主細胞上,在梅毒螺旋體的傳播和感染中起到關鍵性作用[17-18]。

Tp0136具有較強的免疫反應性以及不完全的免疫保護作用。Brinkman等[17]發現,Tp0136與早期患者以及兔的血清抗體反應強烈,提示Tp0136有望成為診斷梅毒螺旋體感染的候選抗原。Li等[19]發現,Tp0136免疫并不能阻止兔體內梅毒螺旋體感染的發生,只能部分改變其病理進程,提示Tp0136可以引起免疫保護作用,但免疫效果不明顯。

2.3 Tp0435(Tp17)

Tp0435全長468 bp,由156個氨基酸組成,相對分子質量約17 kDa。Tp0435主要由β-桶狀結構組成,其N端上有α-螺旋結構。但Tp0435的β-桶結構中心不能轉運底物,相反含有大量的氨基酸側鏈[20],提示Tp0435K可能具有與其他外膜蛋白不同的獨特功能。同時,Tp0435還是一種炎癥介質[21],Tp0435可刺激巨噬細胞產生TNF-α,從而促進單核細胞的遷移。Tp0435還能參與梅毒螺旋體和多種宿主細胞的黏附,通過增加多種因子的表達和基因轉錄,來促進梅毒螺旋體與宿主細胞的黏附。

2.4 Tp0453

Tp0453全長863 bp,由287個氨基酸組成,相對分子質量約為31 kDa。Tp0453是一個整合膜蛋白,位于外膜內葉且不暴露于菌體表面[22];提示Tp0453可能在梅毒螺旋體的免疫逃逸過程中發揮了關鍵性的作用。Tp0453結構不同于經典的Omp,其二級結構主要為α螺旋(占28%),而β折疊(占18%)則較少。

Tp0453可以參與梅毒螺旋體滲透吸收營養物質。研究表明,Tp0453具有兩親性[23],推測其能夠促進物質在外膜中的運輸,可能與梅毒螺旋體營養物質的攝取代謝相關。TP0453結構與結核分枝桿菌兩種脂蛋白(LprG和LppX)的結構具有相似性,這兩種蛋白能夠將復雜脂質轉運到外膜,由此推測Tp0453可能作為脂質、糖脂或外膜衍生物的載體。

3 展 望

目前,梅毒仍然是全世界廣泛關注的傳播性疾病。梅毒螺旋體Omp在梅毒螺旋體感染、黏附以及轉運物質方面都發揮著關鍵且不可忽視的作用。因此,對于梅毒螺旋體Omp的功能和結構的研究還需不斷深入,為今后梅毒螺旋體的致病機制和疫苗研發提供更多的參考價值。