铜绿假单胞菌Ⅲ型分泌系统的研究进展

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ｐａｔｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ
ｅｓｃａｐｅ
ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍｍｕｎｅ ｃｅｌｌｓ．
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔ３ＳＳ ｃｏｕｌｄ ｈｅｌｐ
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ｃｌａｒｉｆｙ ｔｈｅ ｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ ｏｆ Ｐ５Ｐ“ｄＤ聍ｌｏ行口５
ｎＰｒ“ｇｉ玎０５“，ａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔｌｙ，ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｎｅｗ ｉｄｅａｌｓ ｆｏｒ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｒｕｇ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｓＰ“ｄｏ，村。村ｎｓ ｎＰｒ“ｇ ｚ艴０５ｄ；ＴＳＳＳ；ｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ；Ｔ３ＳＳ
ＣＦ）患者，是其致死的重要原因。在机械性气道损 伤、免疫抑制或患有艾滋病、肿瘤的患者常常引起急 性肺炎。目前已知，Ⅲ型分泌系统（ｔｙｐｅⅢｓｅｃｒｅ—
ｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ，Ｔ３ＳＳ）是造成真核细胞损伤的决定性
毒力因素，它是一针管样结构，能够直接将效应蛋白 输入宿主细胞，并受到多系统复杂而精细的调控。 本文将近几年来有关铜绿假单胞菌Ⅲ型分泌系统的 相关研究做一简要综述，以期为铜绿假单胞菌的治 疗策略提供新思路。
３
Ｔ３ＳＳ的调控
铜绿假单胞菌Ｔ３ＳＳ的表达与环境条件密切相 关，其中与宿主细胞接触和低钙浓度是诱导其相关 基因表达的两个重要条件。代谢压力、ＤＮＡ损伤、 高钙等不利环境则抑制Ｔ３ＳＳ的表达。针对不同环 境做出不同反应不仅有利于细菌节省能源，而且适 时表达Ｔ３ＳＳ有利于减少抗体产生，逃避宿主免疫 系统攻击。铜绿假单胞菌接受环境信号后Ｔ３Ｓｓ表 达的调控主要表现在蛋白质的调控和Ｔ３ＳＳ装置的 装配调控两方面。至于其接受环境信号后Ｔ３Ｓｓ如 何启动，目前还不十分清楚。
中国人兽共患病学报
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｏｏｎｏｓｅｓ ８３ ＤＯＩ：１０ ３９６９／ｃｊｚ．ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—２６９４．２０１５．０１．０１８
铜绿假单胞菌Ⅲ型分泌系统的研究进展
鞠晓红，李瑶，王月华，冯宪敏
摘
要：铜绿假单胞菌是临床常见的重要条件致病菌，具有多种毒力因子，能引起各种急慢性感染。其中最重要的毒力
但是鞭毛系统种系发生学的研究表明他们的生物来 源中不具有编码Ｔ３ＳＳ的基因簇，提示物种间可能 存在基因的水平转移。铜绿假单胞菌的Ｔ３ＳＳ是否 来自于环境的选择压力目前还不清楚。在出现现代 抗菌药物治疗之前，ＣＦ患者一旦感染铜绿假单胞 菌则几乎不能长期存活的研究结果１１］，提示人体内
作者单位：吉林医药学院病原教研室，吉林 Ｅｍａｉｌ：ｌｉｉｎ８３８＠１ ２６．ｃｏｍ
日ｊｃｂｍｕｍ 图ｌ铜绿假单胞酉Ｔ３ＳＳ的结构
Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｏｆ ｔｈｅ ＰｓｅＨｄｏｍｏｎ口ｓ口ｅｒ“ｇｆｎｏｓｎ Ｔ３ＳＳ
到目前为止，铜绿假单胞菌Ｔ３ＳＳ
分泌的效应（毒性）蛋白质有４种：Ｅｘｏｓ、ＥｘｏＴ、Ｅｘ— ｏＵ和ＥｘｏＹ。４种效应蛋白几乎不同时表达在同一 株细菌中，同一株铜绿假单胞菌也不同时携带ＥｘｏＳ 和ＥｘｏＵ基因，推测两者可能占据相同的染色体位 点，因而不能共存。７ｊ。 ＥｘｏＳ和ＥｘｏＴ具有双重酶活性，即氨基端Ｒｈｏ 因子一ＧＴＰ酶活化蛋白（ＧＡＰ）和羧基端的ＡＤＰ核 糖基转移酶（ＡＤＰＲＴ）活性，二者氨基酸序列７６％ 相同，编码基因同源性高达８０％。ＥｘｏＳ是由４５３个 氨基酸组成的蛋白质，由分泌域、分子伴侣结合域、 膜定位域、ＧＡＰ结合域和ＡＤＰＲＴ结合域组成。 ＥｘｏＴ由４５７个氨基酸组成，结构上与ＥｘｏＳ相似。 二者能抑制宿主细胞的吞噬作用、破坏肌动蛋白细 胞骨架重排、抑制细胞分裂和导致细胞凋亡。 ＥｘｏＵ是由６８７个氨基酸组成的具有磷脂酶 Ａ２活性的磷脂酶，是４种毒性蛋白中毒性最强的一 种，其活性依赖于１４２位的苏氨酸和３４４位的精氨 酸残基，分别由分泌域、分子伴侣结合域、Ｐａｔａｔｉｎ样 结构域和膜定位域组成。ＥｘｏＹ是３７８个氨基酸组 成的一种腺苷酸环化酶，由分泌域和两个ＡＴＰ结 合域组成，可以提高血管内皮细胞的ｃＡＭＰ水平从 而增加血管的渗透性。
ｍｅｍ—
ｂｒａｎｅ，ＩＭ）部分的内层环由ＰｓｃＪ组成，跨越外膜
（ｏｕｔｅｒ
ｍｅｍｂｒａｎｅ，ＯＭ）和肽聚糖部分的外环由外
膜蛋白家族的ＰｓｃＣ组成。１２～１４个分泌素亚单位 组成同源多聚体形成横跨外膜的直径２０ ｎｍ的孔 道并突出于周质中，针管装结构锚定在基础小体外 环部分。其他蛋白，如ＰｓｃＮ，是一种ＡＴＰ酶，为铜 绿假单胞菌的分泌系统提供能量，并受脂蛋白ＰｓｃＪ 的调控；ＰｓｃＰ可能是指示针管长度的分子标尺，但 确切功能尚有待于进一步研究。 Ｔ３ＳＳ注射器是由ＰｓｃＦ蛋白以螺旋形式聚合 装配而成的突出于菌细胞表面的中空管状结构，长
度６０～１２０ ｎｍ，直径６～１０ ｎｍ，内部有专门输送分
泌蛋白的狭窄中心孔道，孔道从底部的环状结构一 直延伸到针管的顶端。Ｔ３ＳＳ注射器的主要功能是 将效应蛋白从基础小体输送至转位器装置，同时充 当与宿主细胞接触的感受器。中心孔道非常小，折
Ｔ３ＳＳ的分子伴侣
Ｔ３ＳＳ的分子伴侣是一些
小分子量的细菌胞质内酸性蛋白质，在Ｔ３ＳＳ的装 配和运作中发挥作用。依据分子伴侣辅助对象的不 同，将铜绿假单胞 ｏｆ
ａｃｕｔｅ
ａｎｄ ｃｈｒｏｎｉｃ ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ．
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ｓｙｓｔｅｍ（Ｔ３ＳＳ）ｔｈａｔ ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｅ ｅｆｆｅｃｔｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｃｅＵｓ ｈｏｓｔ ｃｅｌｌｓ，ａｎｄ
３．２
ｔｅｉｎ）；Ⅱ类分子伴侣辅助装配针筒样结构；Ⅲ类分 子伴侣辅助效应蛋白。分子伴侣在菌细胞内与相应 蛋白特异性结合，维持蛋白的稳定性、阻止蛋白的不 恰当聚合或分泌、提高分泌前及分泌时的稳定性，但 分子伴侣本身不向菌细胞外分泌。构成针管样结构 的ＰｓｃＦ蛋白只有以单体形式存在才能维持螺旋样 结构，而单体结构的维持依赖于胞质内分子伴侣 ＰｓｃＥ和ＰｓｃＧ，三者以１：１：ｌ的比例结合，分子伴 侣屏蔽了ＰｓｃＦ蛋白的聚合位点，阻止亚基彼此聚 合。转位器蛋白ＰｏｐＢ和ＰｏｐＤ的分子伴侣是 ＰｃｒＨ，效应蛋白ＥｘｏＳ和ＥｘｏＴ分享共同的分子伴 侣ｓｐｃＳ，Ｅｘｏｕ的分子伴侣是Ｓｐｃｕ，ＥｘｏＹ尚未发 现分子伴侣。
２．４
２．１
分泌装置或针管状复合体
铜绿假单胞菌的
分泌装置由一个基础小体（ｂａｓａｌ ｂｏｄｙ）和一个针管 状结构（ｎｅｅｄｌｅ—ｌｉｋｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ），或称之为Ｔ３ＳＳ注 射装置（ｉ ｎｊｅｃｔｉｓｏｍｅ）装配而成。基础小体是横跨菌 细胞内外膜的的双层环状结构，中间由杆蛋白（ｒｏｄ ｐｒｏｔｅｉｎｓ）连接而成，主要作用是将细菌胞质内的效 应蛋白输送至针管状结构。跨越内膜（ｉｎｎｅｒ
１３２０１３，
万方数据
８４
中国人兽共患病学报 叠的蛋白要经过伸展后才能从中通过。
２．２
Ｓｐａ家族包括肠炎沙门菌的ＳＰＩ一１和志贺菌属；Ｓｓａ— Ｅｓｃ家族包括肠炎沙门菌ＳＰＩ一２和肠致病性大肠埃 希菌（ＥＰＥＣ）及肠出血性大肠埃希菌（ＥＨＥＣ）。不 同家族具有功能上的相似性而非序列相似。依据功 能不同分４部分，分别是分泌装置（ｓｅｃｒｅｔｉｏｎ
１
铜绿假单胞菌Ｔ３ＳＳ的起源 在进化上，Ｔ３Ｓｓ与鞭毛系统具有共同的祖先，
Ｔ３ＳＳ是一套结构和功能相对保守的复杂大分 子装置，各种病原菌的Ｔ３ＳＳ在电子显微镜下具有 相似结构。铜绿假单胞菌的Ｔ３ＳＳ首次发现于１９９６ 年，但直到２００５年才确切地观察到其结构，是由多 种蛋白组成的一个类似针管样的复杂跨膜复合体 （图１［５Ｊ）。目前已知Ｔ３ＳＳ包括５个主要家族：Ｙｓｃ 家族、Ｉｎｖ—Ｍｘｉ—Ｓｐａ家族、动物病原菌Ｓｓａ—Ｅｓｃ家族 和两个不同的植物病原菌Ｈｒｐ家族。耶尔森菌属 的Ｙｏｐ系统、杀鲑气单胞菌的Ａｓｃ系统、铜绿假单 胞菌的Ｐｓｃ系统是Ｙｓｃ家族的典型代表；Ｉｎｖ—Ｍｘｉ—
因子是Ⅲ型分泌系统，主动向宿主细胞靶向输送效应蛋白，引起宿主细胞的病理交化，并逃避免疫细胞的降解。研究Ⅲ型分 泌系统不仅有助于明确铜绿假单胞茵的致病机制，更重要的是为临床治疗及新药研发提供新思路。 关键词：铜绿假单胞菌；Ⅲ型分泌系统；致病机制；Ｔ３ＳＳ抑制剂 中图分类号：Ｒ３７８．９９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—２６９４（２０１５）０１一００８３—０５
ｔｉｐ
ｒａｔｕｓ）或针管状复合体（ｎｅｅｄｌｅ ｃｏｍｐｌｅｘ）、转位器装
置（ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｏｒ ａｐｐａｒａｔｕｓ）、被分泌毒素或效应蛋 白（ｅｆｆｅｃｔｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎｓ）和分子伴侣（ｃｈａｐｅｒｏｎｓ）。
ｐｒｏｔｅｉｎ），可能起到一个平台作用，连
接针管样结构到ＰｏｐＢ／ＰｏｐＤ上、促进ＰｏｐＢ／ＰｏｐＤ 在宿主细胞膜上转运孔道的装配。转位器主要作用 是将效应蛋白从针管样结构通过宿主细胞膜输送人 宿主细胞浆中。在未与宿主细胞接触、没有效应蛋 白分泌的情况下，Ｔ３ＳＳ处于封闭状态或仅向周围 环境释放少量的效应蛋白，但不足以引起细胞中毒。 当与宿主细胞紧密接触后，Ｔ３ＳＳ注射装置激活，进 而形成插入到宿主细胞膜的功能性的转位孑Ｌ道，向 宿主细胞靶向输入毒性蛋白。Ｔ３Ｓｓ的转运相当高 效，只有不足０．１％的效应蛋白逃脱进入细胞外环 境‘６Ｉ。 ２．３效应蛋白
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万方数据
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鞠晓红等：铜绿假单胞茵Ⅲ型分泌系统的研究进展