单增李斯特菌与细胞焦亡

李钰心 贾艳艳 原 维

（1.郑州外国语新枫杨学校，河南郑州 450001；2.河南科技大学动物疾病与公共卫生重点实验室，河南洛阳 471023；3.浙江伊科拜克动物保健品有限公司，浙江湖州 313220）

单增李斯特菌（Listeria monocytogenes，LM）是一种宿主谱广泛的兼性胞内菌，在自然界中广泛存在，LM能穿过人体及动物的肠道、血脑和胎盘三大屏障，引起人、羊、猪及鸡等发生李斯特菌病[1]。人畜感染后常表现为脑膜炎、胃肠炎、流产等症状，该病病死率高达30%以上，具有重要公共卫生学意义[2]。美国每年李斯特菌污染造成近2500人患病，神经系统感染者死亡率在30%以上[3]。而我国从1964年到2010年报道李斯特菌病案例，临床病例病死率为26%[4]。因此，单增李斯特菌不仅造成大批动物死亡，给养殖业带来巨大损失，同时对人类及动物健康存在巨大的潜在威胁。

1 LM的感染过程

单增李斯特菌进入机体后，可以感染多种细胞，如肝细胞等非吞噬细胞，及巨噬细胞和树突状细胞（dendritic cells，DCs）等。在宿主细胞中，单增李斯特菌能够分泌毒力因子李斯特菌溶胞素（Listeriolysin O，LLO）和磷脂酶去裂解吞噬体膜，从而使单增李斯特菌逃入宿主细胞的细胞质中。一旦进入胞质，单增李斯特菌开始快速增殖，并启动肌动蛋白聚合酶A（ActA）的表达，ActA聚合宿主细胞的肌动蛋白，形成彗星状的肌动蛋白尾，驱使单增李斯特菌在胞质内运动，进而感染相邻细胞[5-6]。

2 细胞焦亡

2.1 细胞焦亡的概述

细胞死亡是贯穿于所有生命活动的一种现象，在机体新陈代谢的生理过程和病理过程中均有重要作用，充分认识细胞死亡的现象和本质具有十分重要的生物学意义。细胞死亡方式分为程序性死亡和被动性死亡。前者需要代谢能量，由特定的细胞信号和效应分子介导，后者由外力失控诱导。程序性死亡包括凋亡（apoptosis）、自噬（autophagy）及焦亡（pyroptosis）等，被动性死亡包括坏死（necrosis）[7]。其中，细胞焦亡是一种新的促炎程序性细胞死亡模式，由半胱天冬蛋白酶1（caspase-1）依赖性介导，同时伴有大量促炎因子的释放，诱发级联放大的炎症性反应，已成为研究病原与宿主细胞互作的热点之一[8]。

图1 细胞焦亡的炎症性过程

2.2 细胞焦亡的形态特征

焦亡细胞的最显著特征是细胞膜完整性丧失和胞内容物释放，诱发级联炎症性反应。研究表明细胞发生焦亡时细胞膜有1～2 nm的小孔形成，这些小孔使细胞内的离子平衡丧失，水分内流，细胞肿胀继而膜破裂，最终细胞发生渗透性溶解[9]。

2.3 细胞焦亡的分子机制

细胞焦亡发生的主要机制是内源性及外源性刺激信号通过不同途径作用于炎性体（inflammasome）而激活caspase-1，介导细胞渗透性肿胀破裂，形成细胞膜小孔，胞内内容物流出，IL-1β、IL-18前体裂解并诱导其他炎性因子等的合成和释放，从而放大局部和全身炎症反应[10]。研究证明，caspase-1的活化是由多蛋白复合物炎性体所介导的，炎性体将caspase-1前体裂解成具有活性的caspase-1，进而促进IL-1β和IL-18前体形成成熟的细胞因子，引起细胞焦亡[11]。

炎性体通常是含NACHT（nucleotide binding oligomerization domain）、LRR（leucine rich repeat）和PYD（pyrin domain）结构域的蛋白、凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated specklike protein containing a CARD，ASC）和caspase-1前体所构成的多蛋白复合物。接头蛋白ASC含有CARD（caspase activation and recruitment domain）和PYD结构域，通过CARD-CARD和PYDPYD相互作用结合，能够作为双重接头蛋白分子将炎性体与caspase-1以桥梁形式连接起来，将二聚体形式的caspase-1前体裂解为p10、p20的两个大小亚基，最后形成具有催化活性的caspase-1，作用于IL-1β和IL-18前体，介导细胞焦亡的发生。炎性体由相关病原体分子模式（如细菌毒素、病毒、寄生虫）和内源性危险相关分子模式（如透明质酸）所触发。NOD样受体（nod-like receptors，NLRs）包含NLRP1、NLRP3、NLRC4、NLRC5、PYRIN（pyrin and HIN domain-containing protein）和AIM2（absent inmelanoma 2）是炎性体家族的主要成员，在炎症反应发生和维持中起重要作用[12-13]。

研究表明，细胞焦亡广泛参与感染性疾病、神经系统相关疾病和动脉粥样硬化性疾病等的发生发展，并在这些疾病中发挥重要作用[14]。

3 LM感染过程中诱导细胞焦亡

LM诱导的天然免疫应答依赖于多种受体的识别，如细胞表面的Toll样受体（toll-like receptors，TLRs）[15]、胞浆识别的NOD受体。胞外LM主要被TLR2和TLR5所识别，而NOD1及NOD2识别胞浆中的LM。最新研究发现胞浆的LM可被NLRs中的NLRC4、NLRP3及AIM2等识别，其中NLRC4主要识别细菌鞭毛及Ⅲ型分泌蛋白，NLRP3则主要识别破坏的溶酶体，AIM2识别胞浆中细菌裂解后释放的DNA[16]。一旦被激活，这些受体组装形成炎性体，从而招募procaspase-1并经切割形成活性状态caspase-1，后者剪切前IL-1β和前IL-18，最终形成IL-1β和IL-18，诱导细胞发生焦亡（pyroptosis）。

研究报道，LM能够激活巨噬细胞NLRP3炎性体及caspase-1的活化，释放IL-1β家族的促炎性因子，诱导宿主细胞发生促炎性死亡，从而清除胞内LM及实现宿主防御[17]。Wu等研究显示NLRP3及ASC参与LM诱导巨噬细胞发生caspase-1依赖型细胞促炎性死亡，且TLR4信号通路在NLRP3炎性体激活中发挥作用，说明LM引发NLRP3炎性体的激活有多条信号通路的参与[18]。Witte报道炎性体通路是LM感染过程中引发的天然免疫机制之一[19]。Sauer等构建了表达鞭毛蛋白的重组LM菌株，作为NLRP4炎性体增强型菌株，免疫小鼠后减弱了机体T细胞应答能力，并降低了对小鼠的免疫保护力，提示炎性体的激活可改变LM菌株的特异性免疫应答[20]。上述研究表明病原体感染机体时细胞焦亡可作为一种宿主防御机制，然而细胞焦亡的过度激活亦可造成机体损害。因此，炎性体的激活及细胞焦亡在宿主抵御LM入侵及LM的致病机制中具有重要意义。

4 结语

细胞焦亡是新近发现的一种炎症性程序性细胞死亡模式，可被多种体内外刺激信号所触发，其中炎性体的激活活化是细胞焦亡过程的关键。目前研究发现，细胞焦亡及炎性体激活在机体抵御病原微生物感染过程中发挥着先天免疫的作用，在LM感染宿主细胞的过程中，可激活机体细胞中的不同炎性体，介导炎症反应，改变机体的免疫应答，进而遏制细菌的感染。因此，深入研究单增李斯特菌诱导细胞焦亡及炎性体激活的过程，有助于认识细胞焦亡在李斯特菌病发生发展中的作用，为李斯特菌病的临床防治提供全新的药物靶点。

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