何碧莎, 刘双全
南华大学衡阳医学院附属第一医院 1.检验医学中心,2.微生物与感染性疾病研究所,湖南衡阳421001
梅毒是一种由梅毒螺旋体引起的慢性传播性疾病,对全身器官造成损伤,从而导致人类健康受到严重的影响[1]。梅毒螺旋体外膜蛋白(outer membrane protein,Omp)是存在于外膜上的菌体蛋白,是菌体与周围环境之间的第一道防线[2]。Omp在梅毒螺旋体中具有毒性黏附因子、营养物质吸收通道的作用,同时Omp也是宿主黏附和免疫的主要靶点[2]。Omp根据其性质和结构分为稀有外膜蛋白和外膜脂蛋白两类[2-3]。
稀有外膜蛋白是存在于外膜上的蛋白质,其蛋白含量非常少,大约是大肠杆菌外膜蛋白的1%[4],由此被命名为稀有外膜蛋白;其标志性结构是β-桶状结构。β-桶状结构能维持外膜结构稳定的作用,可以转运物质的进出,能在梅毒螺旋体免疫逃逸的过程中发挥着关键作用。稀有外膜蛋白主要为梅毒螺旋体重复蛋白、Tp0326、Tp0515。
1.1 梅毒螺旋体重复蛋白
梅毒螺旋体重复蛋白(Tp repeat proteins,Tpr)是梅毒螺旋体中非常重要的组成部分。Tpr含同源基因A～L,编码12种蛋白。根据氨基酸同源性,Tpr分成3个亚群:Tpr I亚群(C、D、F、I),TprⅡ亚群(E、G、J)和TprⅢ亚群(A、B、H、K、L)。TprⅠ亚群和TprⅡ亚群具有保守的N端和C端,连接可变的中央区。与TprⅠ、Ⅱ亚群不同的地方在于,TprⅢ亚群只有有限的同源性,保守区和可变区混合出现,推测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个氨基酸,C末端含有54个氨基酸,中间为高度保守区域。TprK的序列变异性强。TprK具有7个可变区(V1-V7区),由于V区的多样性,使得TprK氨基酸序列变化较大,不仅在菌株之间产生了较强的变异性,菌株内部的碱基序列也存在高度变异,可以在逃避宿主的免疫识别时发挥重要作用[6-7]。
TprK具有较强的免疫原性、免疫反应性。TprK的保守区具有T淋巴细胞识别表位,可变区则具有B淋巴细胞识别表位,所以TprK能诱导机体同时产生体液免疫和细胞免疫,被认为是Tpr中细胞免疫反应最强的攻击靶点[8]。
1.1.2 TprC/D/I TprC/D/I在梅毒螺旋体上都呈现出低表达的状态,且具有两亲性和暴露于梅毒螺旋体表面的特点[2]。同时,TprC/D/I是属于TprⅠ亚群的蛋白,在机体感染梅毒螺旋体时,TprⅠ亚群可通过N-末端保守区使机体产生有效的免疫反应和免疫保护作用[9]。
1.2 Tp0326(Tp92)
Tp0326全长2 562 bp,由853个氨基酸组成,相对分子质量约为96 kDa。Tp0326具有特征性的外膜-桶蛋白整合机器(β-barrel assembly machinery,BAM)二分拓扑结构,其编码与核心亚基BamA相似,BamA具有β-桶状结构、会暴露于细胞表面以及含量很低的标志性特点。同时,Tp0326也属于Omp85超家族,Omp85的家族成员也具有β-桶状结构,且呈低表达的状态[10]。
Tp0326具有较强的免疫原性和免疫反应性,可以促进分泌促炎细胞因子,并促进巨噬细胞分泌白细胞介素-8[11]。同时,Tp0326还能够诱导趋化素的分泌来参与内皮细胞活化过程。Tp0326能诱导活化的内皮细胞产生趋化素,趋化素可以通过凯莫瑞趋化因子样受体1促进肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和细胞间黏附分子-1在内皮细胞中的分泌,进而加速巨噬细胞向内皮细胞的迁移[12]。
1.3 Tp0515
Tp0515具有β-桶状结构,其中包括β-折叠的N端结构域和26链的β-桶状结构组成。26链β-桶状结构中的1链和26链可以结合为一个不完全氢键,从而使β-桶状通道打开,进而有助于转运底物。此外,Tp0515还是脂多糖转运蛋白D(lipopolysaccharide transport D,LptD)的同源物质[13],LptD位于革兰氏阴性细菌外膜上,用于将脂多糖从内膜运输到外膜;提示Tp0515的运输方式与LptD相似,所以推测梅毒螺旋体自身有一种独特的转运装置。
外膜脂蛋白是存在于外膜上的脂蛋白,能作为黏附素影响梅毒螺旋体的传播和黏附等过程。并且少数外膜脂蛋白能通过感知压力信号调控基因转录,用来对抗压力、维持细菌包膜结构和功能的完整性。外膜脂蛋白主要包括Tp0751、Tp0136、Tp0435以及Tp0453。
2.1 Tp0751
Tp0751全长714 bp,由237个氨基酸组成,相对分子质量约为25 kDa。Tp0751具有较强的免疫原性和免疫反应性。
Tp0751能与层粘连蛋白发生特异性结合[14]。由于层粘连蛋白在调节内皮细胞形态发生时起重要作用,推测Tp0751与层黏附蛋白特异性结合可以启动内皮细胞活化,促进梅毒螺旋体穿透内皮细胞对组织的侵蚀。同时,Tp0751还是一种依赖锌的金属蛋白酶,其C端含有一个锌依存性蛋白酶结构域金属蛋白酶模体,且N端具有凝血酶裂解位点和自身催化裂解位点,可以通过这两个位点发挥的作用,进而产生金属蛋白酶活性[15]。
2.2 Tp0136
Tp0136全长1 488 bp,由495个氨基酸组成,相对分子质量约为50 kDa。Tp0136具有较强的序列变异性[16],能引起梅毒螺旋体各菌株序列间的变异,从而在梅毒螺旋体免疫逃逸中发挥重要的作用。同时,Tp0136是一种脂蛋白黏附素,能与宿主细胞外基质成分层黏蛋白充分接触,还能特异性结合具有可溶性且为聚合体形态的纤连蛋白,使得梅毒螺旋体可以黏附在宿主细胞上,在梅毒螺旋体的传播和感染中起到关键性作用[17-18]。
Tp0136具有较强的免疫反应性以及不完全的免疫保护作用。Brinkman等[17]发现,Tp0136与早期患者以及兔的血清抗体反应强烈,提示Tp0136有望成为诊断梅毒螺旋体感染的候选抗原。Li等[19]发现,Tp0136免疫并不能阻止兔体内梅毒螺旋体感染的发生,只能部分改变其病理进程,提示Tp0136可以引起免疫保护作用,但免疫效果不明显。
2.3 Tp0435(Tp17)
Tp0435全长468 bp,由156个氨基酸组成,相对分子质量约17 kDa。Tp0435主要由β-桶状结构组成,其N端上有α-螺旋结构。但Tp0435的β-桶结构中心不能转运底物,相反含有大量的氨基酸侧链[20],提示Tp0435K可能具有与其他外膜蛋白不同的独特功能。同时,Tp0435还是一种炎症介质[21],Tp0435可刺激巨噬细胞产生TNF-α,从而促进单核细胞的迁移。Tp0435还能参与梅毒螺旋体和多种宿主细胞的黏附,通过增加多种因子的表达和基因转录,来促进梅毒螺旋体与宿主细胞的黏附。
2.4 Tp0453
Tp0453全长863 bp,由287个氨基酸组成,相对分子质量约为31 kDa。Tp0453是一个整合膜蛋白,位于外膜内叶且不暴露于菌体表面[22];提示Tp0453可能在梅毒螺旋体的免疫逃逸过程中发挥了关键性的作用。Tp0453结构不同于经典的Omp,其二级结构主要为α螺旋(占28%),而β折叠(占18%)则较少。
Tp0453可以参与梅毒螺旋体渗透吸收营养物质。研究表明,Tp0453具有两亲性[23],推测其能够促进物质在外膜中的运输,可能与梅毒螺旋体营养物质的摄取代谢相关。TP0453结构与结核分枝杆菌两种脂蛋白(LprG和LppX)的结构具有相似性,这两种蛋白能够将复杂脂质转运到外膜,由此推测Tp0453可能作为脂质、糖脂或外膜衍生物的载体。
目前,梅毒仍然是全世界广泛关注的传播性疾病。梅毒螺旋体Omp在梅毒螺旋体感染、黏附以及转运物质方面都发挥着关键且不可忽视的作用。因此,对于梅毒螺旋体Omp的功能和结构的研究还需不断深入,为今后梅毒螺旋体的致病机制和疫苗研发提供更多的参考价值。
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