布魯氏菌破壞宿主免疫反應機制的研究進展

摘要：布魯氏菌是一種常見的細胞內致病菌，它引起的布魯氏菌病，是一種人畜共患病，對全球動物福利和經濟造成重大影響。布魯氏菌逃避宿主防御的能力對于建立慢性感染和確保穩定的細胞內生長至關重要。布魯氏菌通過調節模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRS）的激活、炎癥反應或免疫細胞如樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）的激活來抑制抗原呈遞，從而利用各種機制來逃避和破壞宿主的先天性和適應性免疫應答。本文綜述了近年來布魯氏菌破壞宿主免疫反應機制的研究進展，旨在加深對布魯氏菌病的了解，促進開發更有效的布魯氏菌病的治療方法。

關鍵詞：布魯氏菌；先天性免疫；適應性免疫；毒力因子

1 介紹

布魯氏菌病是一種由布魯氏菌引起的人畜共患病，廣泛分布在世界各地。人感染布魯氏菌病的癥狀包括波浪熱、關節炎、心內膜炎和腦膜炎，伴有病程長，反復發作，生產力下降。動物感染布魯氏菌病會導致流產和不育，對公共衛生和農業造成重大威脅和經濟損失。值得注意的是，該疾病在牧區流行，并且近年來在從牧區向非牧區轉移的過程中逐漸從職業人群向非職業人群傳播[1]。

布魯氏菌是一種需氧革蘭氏陰性菌，表現出部分細胞內寄生方式，其特征是短桿狀或球桿菌形態。基于致病性和宿主特異性的差異，布魯氏菌屬分為6個種19個生物型，其中羊種布魯氏菌，牛種布魯氏菌和豬種布魯氏菌對人類構成重大威脅[2]。布魯氏菌的致病性主要源于其能逃避宿主防御系統，并在吞噬細胞內長期存活，如巨噬細胞和樹突狀細胞（DCs），以及胎盤滋養層細胞[3]。布魯氏菌的毒力因子包括脂多糖（LPS）、鞭毛、IV型分泌系統（T4SS）和外膜蛋白（Omps）。T4SS分泌效應蛋白進入宿主細胞，從而逃避宿主免疫應答并促進布魯氏菌復制，導致宿主細胞持續慢性感染[4]。T4SS在所有布魯氏菌屬中是保守的，并且其表達受環境信號調節，例如低pH、高溫，以及和宿主細胞的相互作用。布魯氏菌T4SS的分泌器官主要由三部分組成，分別是核心組分（VirB3、VirB4、VirB6 -10）、外部菌毛（VirB2、VirB5）和提供能量的ATP酶（VirB4、VirB11），它們形成易位通道允許效應蛋白被遞送到宿主細胞中。雖然已經鑒定和研究了大量的布魯氏菌效應蛋白，但效應蛋白的確切數量仍有待完全確定。目前，已經鑒定出了15種效應蛋白操縱宿主細胞過程和免疫應答，包括RicA、VceC、VecA、BtpA、BtpB、BspA和BspB[5]。

免疫系統包括先天性免疫和適應性免疫。先天性免疫是對病原體入侵的初始防御，它依賴于宿主模式識別受體（PRRs）對病原體相關分子模式的識別（PAMPs）來觸發干擾素（IFNs）和炎性細胞因子的產生，從而消除宿主中的病原體[6]。適應性免疫作為先天性免疫的次級防御機制，通過激活抗原呈遞細胞如樹突狀細胞、吞噬細胞、細胞毒性淋巴細胞，并促進抗體的產生[7]。在與宿主的長時間相互作用期間，布魯氏菌經歷進化適應，并且主要采用“隱身”策略來逃避、干預或抑制免疫應答，從而導致慢性和持續性感染的建立。

2 布魯氏菌的細胞生態位

布魯氏菌在巨噬細胞、樹突狀細胞和胎盤滋養層細胞內具有很強的存活和繁殖能力。布魯氏菌感染可以分為三個階段：侵襲、急性感染和慢性感染。在感染的初期，宿主細胞激活先天免疫來抑制布魯氏菌復制，而適應性免疫在感染的后期階段起作用。然而，布魯氏菌采用各種策略來逃避宿主的免疫系統，允許定植，生長和長時間繁殖。慢性感染的發生是由于布魯氏菌與宿主之間的平衡相互作用維持較長時間[8]。

為了建立感染，布魯氏菌最初通過以下途徑與宿主細胞膜相互作用。脂筏，通過形成一種稱為含布魯氏菌液泡（brucella-containing vacuole，BCV）的特殊隔室來促進其細胞內的囊泡運輸。BCV暫時與內含體結合，形成一個早期含布魯氏菌的內含體液泡（endosomal brucella-containing vacuole，eBCV）。在運輸過程中，eBCVs失去了早期的內含體標記物，并且它們中的大多數被溶酶體清除，但少數eBCVs逃避了溶酶體清除。研究表明，eBCV與溶酶體的融合可以促進其成熟并與內質網（endoplasmic reticulum，ER）連接。在此階段，eBCV轉化為成熟的復制型含布魯氏菌的空泡（endoplasmic reticulum，rBCV）。ER為布魯氏菌復制和增強其致病性提供了最佳環境。目前的研究表明，eBCV可以通過COP II囊泡與ER合并，并在囊泡轉運過程中激活Sar1蛋白。此外，eBCV與ER的融合依賴于小Rab 2 GTP酶[9]。Yip1A會在ERE區域磷酸化IRE1α，從而激活IRE1α。這種激活會刺激產生由內質網衍生的囊泡，這些囊泡與eBCV融合，從而形成rBCV。這種與分泌的內質網囊泡的持續融合過程有助于布魯氏菌的增殖[10]。然而，介導eBCV與內質網融合的精確分子機制尚未完全闡明，需要進一步研究。在感染的后期階段，rBCV轉化為自噬的含布魯氏菌的液泡（aBCV），其不同于傳統的自噬體。有趣的是，aBCV的形成需要自噬起始因子如ULK1、Beclin1、ATG14L和PI3K激酶，但它不需要自噬延伸因子如ATG5、ATG16L1、ATG4B、ATG7和LC3。最終，布魯氏菌完成其細胞周期，并通過裂解和非裂解機制釋放，從而開始新一輪感染。

在酸性pH條件下，IV型布魯氏菌分泌系統可被觸發，釋放各種效應蛋白，這些效應蛋白幫助布魯氏菌逃避宿主防御反應和抑制宿主免疫反應[11]。近年來，各種研究已經揭示，布魯氏菌以及其他細胞內寄生病原體如衣原體采用不同的策略來利用宿主細胞的囊泡轉運途徑[12]。這些發現表明，開發疫苗的潛力，可以刺激免疫反應，干擾感染的初始階段，包括中和布魯氏菌釋放的毒力因子，以抑制其在宿主細胞內的復制。

3 布魯氏菌破壞先天免疫

先天性免疫應答作為抵抗病原體感染的初始防御，在抑制和消除入侵的病原體中起著關鍵作用。這種防御涉及免疫細胞如巨噬細胞、模式識別受體、病原體相關分子模式和補體系統的協調作用。模式識別受體包含多種組分，包括位于細胞膜上的Toll樣受體（TLRs）、細胞內Nod樣受體（NLRs）、RNA或DNA傳感器和補體系統。這些受體識別病原體相關分子模式并啟動適當的免疫應答以抑制病原體感染，從而增強宿主防御應答[13]。另一方面，布魯氏菌采用“隱身”策略來逃避宿主免疫應答，特別是通過逃避模式識別受體的連續識別和抑制免疫應答。這些策略允許布魯氏菌有效地逃避和破壞宿主免疫防御。

3.1 布魯氏菌逃避模式識別受體識別

在布魯氏菌感染過程中，由于布魯氏菌獨特的結構特征，可以防止激活模式識別受體和補體系統，從而使先天性免疫反應不能有效觸發。Toll樣受體是先天免疫信號的關鍵調節因子，并促進適應性免疫和先天免疫之間的通信，使免疫系統對各種病原體產生強烈的反應[14]。布魯氏菌表面的分子組分，如脂多糖（LPS）、脂蛋白和鞭毛，不能通過逃避模式識別受體識別而有效地刺激先天免疫系統[15]。布魯氏菌LPS的脂質A具有較長的脂肪酸鏈（C28），這降低了其被TLR4識別并抑制炎癥反應的激活[16]。然而，布魯氏菌產生的鞭毛蛋白缺乏特異性激活TLR5的結構域，進一步促進其逃避免疫檢測[17]。為了成功復制，布魯氏菌已經發展出T4SS，它分泌效應蛋白來操縱免疫信號，促進宿主細胞內的黏附、內化、細胞內運輸和復制。值得注意的是，BtpA和BtpB是重要的毒力因子，具有保守的Toll/白細胞介素1受體（TIR）結構域。這些結構域可以通過抑制TLR信號傳導途徑的激活來調節先天免疫應答。含有TIR結構域的銜接蛋白（TIRAP/MAL）通過與MyD88相互作用介導TLR信號傳導途徑。BtpA競爭性結合MyD88并通過增強其聚泛素化促進磷酸化TIRAP/MAL的降解，有效阻斷TIRAP/MAL誘導的NF-κB活化[18]。另一方面，與BtpA相比，BtpB表現出對TLR2、TLR4和TLR9信號傳導更強的抑制作用。BtpB還與MyD88相互作用，阻止NF-κB易位至細胞核[19]。

3.2 布魯氏菌逃避炎癥信號

炎癥反應作為消除病原體感染和啟動愈合過程的關鍵防御機制。多種外膜蛋白（Omps）調節炎癥反應并促進自我復制。值得注意的是，Omp25和Omp31是與布魯氏菌毒力相關的重要外膜蛋白。在小鼠模型中，Omp25缺失表現出毒力降低并促進炎癥因子的產生[20]。有研究發現Omp25上調與TNF-α相關的微小RNA，抑制TNF-α產生并抑制由NF-κB途徑介導的炎性因子的釋放[21]。此外，Omp25可以調節布魯氏菌激活的MAPK途徑，進一步抑制TNF-α表達[22]。Omp31在維持布魯氏菌外膜的完整性方面起著關鍵作用，這對于細菌的入侵、建立和復制生態位的形成至關重要[23]。Omp31誘導的自噬負調控NF-κB p65信號通路，從而抑制TNF-α表達[24]。

3.3 布魯氏菌逃避補體系統

補體系統是由一組不同的蛋白質構成的，可以有效地殺死大多數與C3結合的革蘭氏陰性菌并啟動補體系統介導的清除[25]。布魯氏菌的O抗原與鼠傷寒沙門氏菌的O抗原不同。具體而言，布魯氏菌的O－抗原缺乏游離OH-基團，并與4，6-雙脫氧-4-甲酰胺基-α-d吡喃甘露糖殘基連接，使得布魯氏菌能夠在與C3相互作用時阻礙C3a和C5a的產生，從而調節宿主免疫應答。此外，布魯氏菌的表面脂多糖（LPS）具有很長的多糖側鏈，這使得補體因子很難結合到細菌的細胞膜上。因此，布魯氏菌可以逃避補體系統的識別和破壞[26]。

這些研究表明，布魯氏菌采用特定的策略，包括調節吞噬活性，抑制模式識別受體如TLR和NLR，抑制炎癥反應應答，并干擾補體系統以調節和逃避先天免疫應答。

4 布魯氏菌破壞適應性免疫

適應性免疫是免疫系統中的一種防御機制，可對感染產生長期免疫。當布魯氏菌感染發生時，三種主要機制激活適應性免疫應答。首先，CD4+/CD8+T細胞產生IFN-γ，激活巨噬細胞以防止布魯氏菌在宿主細胞內復制。第二種機制涉及CD8+T細胞，它們具有細胞毒作用，可以消除受感染的巨噬細胞。此外，第三種機制涉及Th1抗體亞型，如IgG2a/IgG3，這有助于增強對降解的BCVs的吞噬作用。抗原呈遞細胞（APCs）識別布魯氏菌抗原并分泌IL-12細胞因子。這些細胞因子激活CD4+和CD8+T細胞，以及Th1和Th2輔助T細胞。反過來，這些細胞分泌TNFα、IL-2、IL-4、IL-10和IFN-γ等細胞因子，有助于調節適應性免疫應答并幫助巨噬細胞清除布魯氏菌[27]。為了在宿主中建立持續的感染，布魯氏菌對適應性免疫應答具有穩定的免疫抑制作用。在感染流產布魯氏菌的小鼠中，脾臟中CD4+和CD25+T細胞的數量增加，它們在持續感染中起調節作

用[28]。布魯氏菌已經開發出通過操縱DCs來干擾從先天性免疫信號傳導到適應性免疫信號傳導的轉變機制，從而逃避宿主免疫。布魯氏菌Omp19和Omp25已經被證明可以減少細胞因子TNF-α和IL-12的分泌，從而削弱DCs對T細胞的激活。這種對啟動宿主保護性Th1免疫反應的阻礙使得布魯氏菌在有效隱藏其存在方面具有優勢。布魯氏菌LPS可通過損害APCs中MHC II分子對抗原的識別和呈遞并抑制B細胞產生抗體來逃避宿主適應性免疫清除。最近的研究還發現BtpA，一種參與逃避適應性免疫應答的新型效應物，與磷脂酰肌醇-4，5－二磷酸（PI（4，5）P2）或PI（3，4，5）P3相互作用。這種相互作用抑制免疫突觸處APCs的活化，削弱CD8+T細胞的細胞毒性[29]。

總之，在布魯氏菌感染中觀察到的免疫應答不足可能歸因于先天免疫反應和適應性免疫反應的抑制，導致感染難以完全根除。提高我們對布魯氏菌和宿主免疫系統之間相互作用的理解，可以為布魯氏菌的發病機制提供有價值的見解。

5 結語

綜上所述，本文對布魯氏菌的致病機制及其逃避宿主防御反應的策略進行了綜述。然而，關于宿主對布魯氏菌感染的抵抗力的具體因素，仍有許多需要探索的地方。需要進一步探索宿主遺傳背景、免疫狀態和生理條件對布魯氏菌感染的影響，幫助揭示個體在易感性和感染嚴重程度上的差異，為開發更個性化和精確的治療方法提供證據。此外，布魯氏菌急性和慢性感染引發的免疫反應的差異值得研究，因為這些差異可能對布魯氏菌和宿主免疫系統之間的相互作用產生影響，包括宿主免疫反應的動力學和布魯氏菌逃避策略的差異。這種認識有助于制定更有效的預防措施，并為急性和慢性感染提供更精確的治療策略。最重要的是，布魯氏菌具有侵入宿主細胞并在其中存活的能力，其細胞內存活的機制仍不完全清楚。因此，需要進一步的研究來闡明布魯氏菌如何逃避宿主細胞內的免疫監視和清除。我們對布魯氏菌分泌蛋白和宿主蛋白之間的直接相互作用的理解也很有限，而這些蛋白對布魯氏菌致病的能力至關重要，從而開發布魯氏菌病的治療藥物和診斷工具。

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