结核分枝杆菌VII型分泌系统的研究进展

ｓｉｓ）中，有些蛋白（如Ｔ细胞抗原Ａ９８５）含有典型的 ｒｉｎｕｍ）和非致病性分枝杆菌耻垢分枝杆菌（Ｍ．
信号肽序列，这些蛋白的分泌通过Ｓｅｅ途径进行，还 ｓｍｅｇｍａｔｉｓ）中也发现了ＥＳＸ一１分泌系统。
有一些蛋白则通过Ｓｅｃ２旁路途径或者Ｔａｔ途径进 ２ ＥＳＸ一１系统的组成及分泌机制
行分泌。然而在结核分枝杆菌的培养滤液中含有很
遍认为ＥｓｐＡ、ＥｓｐＢ、ＥＡＳＴ一６、ＣＦＰ一１０、ＭｙｃＰｌ、
蛋白的代表。结核分枝杆菌具有十分复杂的细胞壁ＰＥ３５、Ｒｖ３６１４ｃ、Ｒｖ３６１５ｃ、Ｒｖ３８６８、Ｒｖ３８６９、
结构（图１），分枝菌酸和细胞壁基质共价结合，形成 Ｒｖ３８７０、Ｒｖ３８７１、Ｒｖ３８７７、Ｒｖ３８７９ｃ和Ｒｖ３８８２ｃ等
中国人兽共患病学报
７７２
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｏｏｎｏｓｅｓ
文章编号：１００２—２６９４１２０１０）０８—０７７２—０４
２０１０。２６（８）
结核分枝杆菌ＶＩＩ型分泌系统的研究进展＊
孙林，霍如松，焦新安
中图分类号：Ｒ３７８．９ 文献标识码：Ａ
细菌的致病性依赖于分泌毒力因子的能力，这
１ ＥＳＸ．１分泌系统
着一种特殊的分泌系统。
酶，Ｒｖ３８７０和Ｒｖ３８７１可能共同形成ＦｔｓＫ／Ｓｐｏ Ｉｌｌ Ｅ
类ＡＴＰ酶。其他参与ＥＳＸ—１分泌系统的蛋白质，
如Ｒｖ３８６９、Ｒｖ３８７７、Ｒｖ３８８１Ｃ以及Ｒｖ３８８２，它们与
已知功能的蛋白之间没有同源性，但预测其存在于
细胞质膜上。例如。Ｒｖ３８７７是一种多重跨膜蛋白，
不同的ＥＳＸ分泌系统之间是相互独立的，彼此 之间不能互补。ＥＳＸ一１被删除后，另外的４种ＥＳＸ 系统并没有使结核分枝杆菌的毒力得到恢复。 ＥＳＸ一５和ＥＳＸ一１一样，都参与了结核分枝杆菌从巨 噬细胞的逃逸以及细胞间的传播＝１“１４３，这就意味着 这两种分泌系统在细胞的感染过程中可能扮演独立 的角色。ＥＳＸ分泌系统的相互独立，可能是由于它 们不同的进化水平以及基因调控引起的。 ５其他革兰氏阳性菌的ＶＩＩ型分泌系统
泌通道。Ｒｖ３８７７预测含有１１个跨膜结构域，很有 可能形成了位于内膜（ｉｎｎｅｒ ｍｅｍｂｒａｎｅ，ＩＭ）上的转 位通道。但是目前还不清楚是什么蛋白或者哪些蛋 白形成了分枝菌酸膜上的通道。
当发现ＥＳＸ一１分泌系统的第２个基因簇 （Ｒｖ３６１４ｃ～Ｒｖ３６１６ｃ）后，ＥＳＸ—ｌ的分泌机制变得更 加复杂。Ｒｖ３６１６ｃ（ＥｓｐＡ）和ＥＳＡＴ－６、ＣＦＰ－１０是协 同分泌的，共同参与ＥＳＸ－１分泌系统。ＲｚＢ６１４ｃ～ Ｒ∞６ｊ６ｆ与ＲＤｌ区域的Ｒｖ３８６４～Ｒ＂０３８６７同源， ＥｓｐＡ可能与Ｒｖ３６１４ｃ和Ｒｖ３６１５ｃ共同形成操纵 子。胞质蛋白Ｒｖ３６１４ｃ和胞膜蛋白Ｒｖ３８８２ｃ相互 作用进而促进相关ＥＳＸ—１分泌蛋白的分泌（图３）。 Ｒｖ３８１５ｃ是一种分泌蛋白，其Ｃ端同ＣＦＰ一１０一样 是分泌系统ＥＳＸ一１所必需的。在缺少ＥｓｐＡ或 Ｒｖ３８１５ｃ时，能有效形成ＥＳＡＴ一６／ＣＦＰ一１０复合物， 但是只能停留在细胞内而不能被分泌，这就意味着 ＥＳＸ一１的所有底物（ＥｓｐＡ，Ｒｖ３８１５ｅ，ＥＳＡＴ－６和 ＣＦＰ一１０）在分泌时是互相依赖的∞。１。
能够在细胞质膜上形成蛋白质转位孑Ｌ。Ｒｖ３８８１ｃ
（Ｍｈ３８８１ｃ）在分泌时Ｃ端会被切除，而其Ｃ端对协
同分泌具有重要的作用。对ＥＳＡＴ－６的分泌水平有
影响。研究还发现，基因序列Ｒｖ３６１４ｃ～Ｒ仍６ｊ６ｃ
也参与了ＥＳＸ一１分泌系统的组成，如果这些基因缺
图ｌ结核分枝杆菌细胞膜结构示意图（１， Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｌｌ ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｏｆ Ｍ．ｔｕ‘
现在绝大多数的基因簇中，如编码ＰＥ、ＰＰＥ蛋白的 基因，而有些基因仅仅出现在特定的分泌系统中。
由于ＥＳＸ一１和致病性分枝杆菌的毒力相关，因 此ＥＳＸ一１成为了近年来的研究热点，然而对于其他 ＥＳＸ系统的研究较少。系统发生学和比较基因组 学研究揭示，分枝杆菌中５种不同的ＥＳＸ系统是通 过基因复制的形式进化而产生的。其顺序为ＥＳｘ＿４， ＥＳＸ一１，ＥＳＸ．３，ＥＳＸ－２以及ＥＳＸ一５“∞，因此ＥＳＸ一４ 在分枝杆菌中是最古老的Ｔ７Ｓ系统。与其他的 ＥＳＸ基因座相比，ＥＳＸ－４最小，在结核分枝杆菌中 仅为９ ８７０ｂｐ，而其他的ＥＳＸ基因座一般为１４— ２２ｋｂ。同时ＥＳＸ一４含有的基因数目最少，在结核分 枝杆菌中仅含有７个基因，而其他的ＥＳＸ基因座含 有１１一１８个基因。目前关于ＥＳＸ一４的生物功能仍 然不清楚，同样，对于ＥＳＸ～２的功能也是一无所知。 在结核分枝杆菌中，ＥＳＸ一２位于ＥＳＸ一１基因座的下 游。尽管ＥＳＸ－２片段较大，但是在海洋分枝杆菌中 是缺失的。有关ＥＳＸ一３的信息比较多，通过基因芯 片微阵列分析表明，ＥＳＸ一３在结核分枝杆菌的Ｆｅ／ Ｚｎ平衡方面有重要作用…３。然而，ＥＳＸ一３系统究 竟是如何工作的还不清楚。目前对于ＥＳＸ一５系统 的功能有了一定的认识，相关数据都是通过对海洋 分枝杆菌以及斑马鱼幼体感染模型的研究获得的。 Ｗｉｌｂｅｒｔ小组首次证实ＥＳＸ一５系统与ＰＰＥ蛋白的 分泌相关¨扪。后来该小组还发现，与野生型海洋分 枝杆菌相比，ＥＳＸ－５缺失株感染人Ｍ币一１后引起了 ＩＬ－１２ｐ４０、ＩＬ－６和ＴＮＦ－ａ分泌水平的上调和ＩＬ－１１３ 分泌水平的下调。因此认为ＥＳＸ一５在调控细胞因子 分泌方面有着重要的作用。∞。
兰氏阴性菌简单，因此其分泌的蛋白只需穿过质膜 泌系统或者ＥＳＸ一１分泌系统，亦被称为ＶＩＩ型分泌
和肽聚糖层就可以到达细胞外环境。
系统（ｔｙｐｅ ＶＩＩ ｓｅｃｒｅｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，Ｔ７Ｓ ｓｙｓｔｅｍ）¨’。
在结核分枝杆菌（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ．ｔｕｂｅｒｃｕｌｏ－
接着，在鱼致病性分枝杆菌海洋分枝杆菌（Ｍ．ｍａ—
失，即使存在完整的ＲＤｌ区，同样导致ＥＳＡＴ一６和
ＣＦＰ一１０不能分泌门。４３（图２）。
Ｆｉｇ．２
图２ ＥＳＸ一１分泌系统中的基因Ⅲ Ｇｅｎｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＥＳＸ一１ ｓｅｃｒｅｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＥＳＸ一１分泌系统中的相关蛋白是如何相互作用 进而定位和转移出细胞膜和细胞壁的？尽管缺乏结 构数据的支撑。ＥＳＸ—１分泌系统组分很有可能形成 一个类似于细菌１型一１Ｖ型分泌系统的多重跨膜 结构。有关ＥＳＸ一１分泌系统相关蛋白相互作用的 研究为了解ＥＳＸ一１分泌系统的分子机制提供了理 论依据。
些毒力因子可以表达在细胞表面。也可以通过分泌
在ＥＳＸ一１分泌系统被发现之前，通过基于ＥＳ一
的方式到达细胞外基质或者是直接进入宿主细胞。 ＡＴ一６、ＣＦＰ一１０以及两侧的膜相关蛋白和假定ＡＴＰ
对蛋白分泌机制的研究主要集中在革兰氏阴性菌。
酶的基因芯片分析已经预测到了这个分泌系统的存
并由此鉴定出了不同的分泌系统，分别命名为Ｉ—ＶＩ 在。有关这个分泌系统的第一个实验证据是≈３，只
ＥＳＸ－１位于ＲＤｌ区域，是结核分枝杆菌重要的 毒力因素，这个区域在ＢＣＧ疫苗株中是缺失的。１。 如果结核分枝杆菌缺失功能性的ＥＳＸ一１分泌系统 将会导致其毒力的降低“’，同样如果将完整的ＥＳＸ一 １互补进ＢＣＧ将会使ＢＣＧ恢复部分的毒力。。８’。 麻风分枝杆菌（Ｍ．１ｅｐｒａｅ）也含有ＥＳＸ—１分泌系 统，麻风患者的Ｔ细胞能够对麻风分枝杆菌的ＥＳ－ ＡＴ一６发生强烈的反应。３。但是功能性的ＥＳＸ一１分 泌系统并不仅仅存在于致病菌中，并且有少数分枝 杆菌，如溃疡分枝杆菌（Ｍ．ｕｌｃｅｒａｎｓ）、田鼠分枝杆 菌（Ｍ．ｍｉｃｒｏｔｉ）和禽分枝杆菌（Ｍ．ａｖｉｕｍ），它们缺 少ＥＳＸ一１的部分区域，ＥＳＡＴ一６不能被分泌，但依然 是致病性的。为什么仅仅在某些种属的细菌中 ＥＳＸ一１与毒力相关？或许与非致病菌相比，致病性 分枝杆菌中的ＥＳＡＴ一６／ＣＦＰ一１０具有额外的功能， 也有可能是因为致病性分枝杆菌通过ＥＳＸ－１系统 分泌了其他的蛋白¨３。究竟哪些分泌蛋白对于细菌 的毒力是至关重要的，这些蛋白又是怎样和宿主发 生相互作用的？目前的认识还无法清晰地回答这些 问题，这将寄希望于对ＥＳＸ－１分泌系统的进一步 认识。 ４分枝杆菌中其他的ＥＳＸ分泌系统
分泌的ＥＳＡＴ一６和ＣＦＰ一１０在稳定性上互相依 赖，并且形成紧密的１：１的二聚体结构。酵母双杂 交试验揭示，Ｒｖ３８７０可能与Ｒｖ３８７１相互结合，而 Ｒｖ３８７１又是与ＣＦＰ一１０结合的，因此推断胞浆蛋白 Ｒｖ３８７１首先识别ＥＳＡＴ一６／ＣＦＰ一１０复合物，并与 ＣＦＰ一１０的Ｃ端结合。接下来Ｒｖ３８７１与Ｒｖ３８７０在 细胞内膜上相互作用并形成具有活性的ＡＴＰ酶 （图３）。分子伴侣Ｒｖ３８６８可能和Ｒｖ３８７０和 Ｒｖ３８７１相互作用进而促进ＥＳＡＴ－６和ＣＦＰ－１０蛋 白ＴＰ酶，形成一个具有中央空 洞的六环结构，这种结构有助于分泌的底物通过分
ＥＳＸ一１系统所包含基因的数量还存在着争议，
多小分子量、高免疫原性的蛋白，它们都缺少典型的 可能在不同种类的分枝杆菌之间存在差异。目前，
信号肽序列，其中ＥＳＡＴ－６（６ ｋＤａ ｅａｒｌｙ ｓｅｃｒｅｔｅｄ ａｎ－
已经鉴定出一些确切参与ＥＳＸ一１的蛋白质组分，普
ｔｉｇｅｎｉｃ ｔａｒｇｅｔ，６ ｋＤａ早期分泌抗原靶位）就是这些
了高度疏水、几乎不通透的分枝菌酸膜（ｍｙｃｏｍｅｍ－ 蛋白参与了ＥＳＸ一１分泌系统的形成。Ｒｖ３８６８是具
ｂｒａｎｅ，ＭＭ），蛋白质必须穿过分枝菌酸膜才能分泌 有ＡＡＡ＋ＡＴＰ酶位点的假定细胞质伴侣蛋白，
到胞外环境，这就提示在结核分枝杆菌中可能存在
Ｒｖ３８８３ｃ（ＭｙｃＰｌ）是一种枯草杆菌样丝氨酸蛋白
万方数据
Ｆｉｇ．３
图３ ＥＳＸ－１分泌机制模式图“’ Ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ＥＳＸ－Ｉ ｓｅｃｒｅｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
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中国人兽共患病学报 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｏｏｎｏｓｅｓ
有关ＥＳＸ－１的分泌机制还有很多问题无法解 决，例如在ＥＳＸ－１分泌系统中ＭｙｃＰｌ的作用是什 么？虽然ＭｙｃＰｌ对于ＥＳＸ一１系统是必需的，但是 目前还没有鉴定出由ＭｙｃＰｌ作用的分泌底物。另 一个重要的问题是，ＥＳＸ－１底物是如何穿过分枝菌 酸膜的？分枝菌酸膜非常厚，达９一ｌＯｎｍ，然而目前 经预测ＥＳＸ一１系统中没有组分位于分枝菌酸膜上。 ３ ＥＳＸ－１分泌系统的作用