病原性细菌阻断宿主补体系统激活的机制

谷九龙，李德龙，王思媛，刘婷，黄婷婷，吴敏，苏思颖，李继祥

（西南大学动物科学学院，重庆 荣昌 402460）

补体系统是由近40种蛋白组成的限制性蛋白水解系统，其中包含固有成分、补体系统活化的调节分子、补体受体以及活化过程中产生的活性片段与酶活性复合体[1]。正常生理情况下，固有成分均以非活性的酶原形式存在，主要通过三条途径激活，即经典途径（classical pathway,CP）、凝集素途径（lectin pathway,LP） 和旁路替代途径（alternate pathway,AP）[2]。补体系统的激活过程可分为识别及活化阶段、攻膜复合物（membrane attack complex,MAC）组装及攻膜阶段。三条激活途径中补体的活化机制相似，均在产生C3转换酶(C4b2a或C3bBb)、C5转化酶(C4b2a3b或C3bBb3b)的基础上裂解C5产生 C5b，并依次与 C6、C7、C8和 C9结合形成C5b-9复合体（即膜攻击复合物，MAC）裂解靶细胞。但是，在经典激活途径中，通过免疫球蛋白IgG（或IgM）的Fc片段补体结合位点与C1q结合，引起C1r活化使其具有丝氨酸蛋白酶活性，进而裂解C1s分子而使其具有蛋白酶活性[3]；在凝集素激活途径中，血浆中的凝集素（或纤维胶凝蛋白）直接识别细菌表面N-氨基半乳糖或甘露糖，激活与凝集素相关丝氨酸蛋白酶（MBL-associated serine proteases,MASPs）；旁路激活途径的激活不依赖于对外源物质的识别，而是通过补体C3分子内部的酯硫键缓慢持续水解形成具有生物活性形式的C3(H2O)而自发激活[4]。补体系统的主要生理功能是促进吞噬细胞的吞噬功能和溶解靶细胞，在宿主固有免疫和获得性免疫中发挥重要作用[5]。病原性细菌感染宿主需要逃逸补体系统的清除，而不同细菌逃逸的机制存在差异[6-10]。逃避补体系统清除机制是病原性细菌的毒力因子及致病机制研究的重要内容。本文对病原性细菌阻断补体系统识别与活化、攻膜复合物的形成与攻膜等进行综述，为相关研究提供资料参考。

1 病原性细菌的结构蛋白阻断补体系统的识别

SpA作为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)I型跨膜蛋白之一，其C端结合域X结合在细菌细胞壁，N端的免疫球蛋白结合域D、E、A、B与IgG结合，在此基础上阻断Fc受体介导的吞噬作用，并有效干预与C1q的识别与结合[11]。金黄色葡萄球菌可在其表面表达纤溶酶原结合受体(plasminogen binding receptor,PLGR)，当与 PLG结合后在葡激酶的作用下激活成为纤溶酶裂解IgG，裂解后的IgG片段丧失C1q分子的识别位点，不仅抑制CP途径的激活，且直接损害中性粒细胞的吞噬功能[12]。在其他细菌中，G族链球菌(Group G Streptococcus)的细胞壁蛋白G与杀鲑气单胞菌(Aeromonas salmonicida)的外膜蛋白Proin均与IgG有极高的亲和力，结合后C1q识别的补体结合位点被完全掩盖，阻断补体系统激活[13-14]。

2 病原性细菌分泌蛋白阻断补体系统的识别

肺炎链球菌(Streptococcus pneumonia)分泌的肽链内切酶O(Pep O)与C1q结合后，引起CP途径的高强度激活，造成补体分子的大量消耗。此外，Pep O与C4BP(C4-binding protein,C4BP)具有高强度亲和力，结合后可抑制C3转化酶的形成，阻断了下游补体系统激活[15]。该菌还可借助C1q作为肺炎球菌和宿主之间的分子桥梁，促进细菌对细胞的粘附：当C1q头部球状结构与肺炎链球菌表面结合后，C1q的N端杆状结构与宿主细胞表面受体S、粘多糖结合，增强了肺炎球菌对宿主上皮和内皮细胞的侵染[16]。Sbi作为金黄色葡萄球菌的一种分泌蛋白，可在该菌外膜通过与抗体Fc结合域结合来阻断C1q的识别，且可直接与C3分子结合引起补体系统过度激活从而消耗补体分子，削弱补体系统激活强度[17]。

3 病原性细菌分泌蛋白阻断补体系统的活化

A族链球菌(Group A Streptococcus,GAS)已进化出多重机制来破坏补体介导的先天免疫，其中Scp A作为其分泌蛋白能够裂解C3分子，产生的异常大小C3a、C3b片段已失去其原有生物活性，直接影响细菌表面C3b的沉积、PMN的活化、吞噬与趋化作用[18]。而B族链球菌(group BStreptococcus,GBS)分泌的CIP蛋白对C4b有较高亲和力，竞争性的抑制C4b与C2a的结合，阻止C4b2a的形成，下调CP和LP 激活[19]。

金黄色葡萄球菌分泌的胞外黏附蛋白EaP一方面与C4b紧密结合，占据C2b结合位点抑制CP、LP中C4b2a的形成；另一方面，抑制C3b在该菌表面的沉积，降低宿主机体吞噬调理和PMN杀伤作用[20]。该菌还可通过另一种蛋白Ecb，阻断补体受体1(complement recepetor-1,CR1)与C3b结合，削弱CR1在蛋白酶解活化过程中的协同因子活性，且Ecb通过与CR1结合来限制其对C3b的识别，导致吞噬细胞对该菌的吞噬功能受损，以此介导其免疫逃避[21]。

白色念珠菌(Candidaalbicans)分泌的Pra1蛋白与金黄色葡萄球菌分泌的金属蛋白酶(Metalloprotease Aureolysin)它们在不同位点修饰C3α链。前者在Ser742与His743之间裂解C3分子，后者在Asn750与Leu751之间裂解，而机体内源性C3转化酶则作用于Arg748与Ser749之间。非内源性C3转化酶裂解所形成的新型C3b分子极易被CFH(complement factor H,CFH)与 CFI(complement factor I,CFI)降解，抑制活性片段的生物效应功能，阻断补体系统的激活[22-23]。

卡他莫拉菌(Moraxellacatarrhalis)外膜蛋白Usp家族主要由UspA1、A2组成，重组表达的UspA1和A2均可与C3分子结合，且结合域位于C3d，抑制C3b沉积及C3a释放，阻断补体系统激活，抑制C3a介导的炎症反应[24]。肠道出血性大肠杆菌(enterohemorrhagic Escherichiacoli,EHEC)的重要毒力因子EspP蛋白酶能够裂解C3、C5分子，裂解后所产生的分子片段失去原有活性，阻断补体酶促级联反应的发生[25]。鸭疫里默氏杆菌(Riemerella anatipestifer,RA)的胞外蛋白酶S通过抑制CP和LP中C3b、C4b的沉积，抑制补体系统 C3转化酶（C4b2a、C3bBb）的形成，削弱PMN对于RA的吞噬和杀灭作用[26]。

4 病原性细菌招募宿主的补体调节因子阻断补体系统的活化

大肠杆菌O15:H7(Escherichia coli O157:H7)分泌的金属蛋白酶StcE，以一种特殊的方式阻断补体级联：通过招募C1抑制物(C1 INH)附着于细胞表面，对局部进行补体级联反应的下调。C1 INH，作为宿主重要补体调节因子，与C1s或MASPs相互作用，控制C4和C2分子的裂解，抑制经典和凝集素途径的激活[27]。

嗜肺巴氏杆菌 (Pasteurella pneumotropica)可将C4BP和CFH招募到其表面并与之结合。作为补体调节因子，C4BP能与C2a竞争性结合C4b，并作为CFH的辅助因子，抑制CP、LP中C4b2a的装配并加速其解离[28]。CFH与C3b结合，加速AP途径中C3bBb的解离与衰变，且作为I因子辅助因子介导C3b的裂解，抑制C3转化酶的形成，阻断整个级联反应的发生[29]。淋病奈瑟氏菌(Neisseria gonorrhoeae）和大肠杆菌K1的逃避机制相似，分别借助自身外膜蛋白，前者为外膜蛋白Por，后者为外膜蛋白A，招募C4BP来下调C3b的沉积和阻断下游补体系统的激活[30-31]。

膜辅助蛋白 (membrane cofactor protein，MCP)是一种体内广泛分布的补体调节蛋白，同时也作为宿主细胞表面的受体蛋白。淋病奈瑟氏菌和脑膜炎奈瑟氏菌 (Neisseria meningitides)的菌毛可与MCP结合，促进其对宿主细胞的吸附与侵入，形成典型的膜辅助蛋白迁移模式[32-34]，MCP可辅助CFI介导C3b、C4b降解，阻断下游补体分子的活化[35]。肺炎链球菌的表面蛋白Tuf，可与CFH、FHL-1、CFHR1及PLG结合。一方面借助结合的CFH和FHL-1抑制补体分子活性来阻断补体系统激活通路，另一方面可通过酶原激活剂激活血纤维蛋白溶酶裂解C3与C3b。作为该菌的新型致病因子，不仅可逃逸补体系统攻击，且在细胞外基质(extracellular matrix,ECM)降解过程中发挥作用[36]。

5 病原性细菌分泌蛋白阻断MAC的组装与攻膜

糖酵解酶-磷酸甘油激酶(Phosphoglycerate kinase，PGK)是糖酵解的关键酶，也是每种生物得以生存的必须酶，该酶的缺乏可引起生物体代谢等功能的紊乱。而肺炎链球菌分泌的糖酵解酶-磷酸甘油激酶(Phosphoglycerate kinase，PGK)在补体激活中有额外的调节作用：PGK可与MAC组件C5、C7、C9分子相互作用，阻断MAC的组装及外膜插入，且PGK还可与血纤维蛋白溶酶原结合，裂解核心活性片段C3b从而进一步调控补体攻击[37]。

由大肠杆菌K12的TraT基因表达的TraT蛋白对于补体激活的抑制作用主要集中于C6，抑制C5b与C6的结合以及后续MAC的组装和外膜插入[38]。A族链球菌所分泌的蛋白SIC，它的功能与补体调节因子S蛋白相似，可与C5b-7复合物结合，阻止其插入细胞膜进而阻断MAC的组装[39]。迄今为止，金黄色葡萄球菌所分泌的超抗原样蛋白(staphylococcal superantigen-likeproteins，SSLs)已有14种被人们发现。其中SSL7，大小为23kDa的蛋白分子，它可作为一种补体系统激活抑制分子，与C5特异性结合，有效的抑制C5裂解为C5a、C5b，阻断MAC的形成，由此介导细菌逃避MAC的裂解[40]。类鼻疽伯克氏菌(Burkholderia pseudomallei)的可自身结构-LPS多聚糖侧链在空间上可代替细菌细胞壁与MAC结合，尽管级联反应的识别阶段、活化阶段已经启动，但所形成MAC未结合至细菌表面，无法裂解细菌[41]。

补体系统是宿主固有免疫重要组成部分，当病原性细菌侵入时激活，直接介导细菌的杀灭与清除。因此细菌进化出高度专一的补体系统激活调节策略，通过修饰、降解不同阶段中补体分子及生物活性物质，或抑制其生物学功能来阻断补体系统的激活。一个特定的病原性细菌可同时调节一个或多个补体系统激活通路，目前发现最常见的逃逸策略包括：阻断C1q与免疫球蛋白IgG（或IgM）补体结合位点的识别；分泌蛋白（酶）或招募宿主自身补体调节因子修饰、降解补体分子；抑制C3和C5转化酶的形成；阻断MAC组装及附着等。多种逃逸机制可有效的为病原性细菌提供适宜的生存微环境。随着近年来的研究，不仅病原性细菌的各种逃避机制渐渐被人们所发现，且对于病毒、真菌与寄生虫逃逸机制的研究也日渐深入。认识和掌握它们的逃避机制不仅有助于我们了解病原微生物的致病机理，同时也为研究微生物免疫逃避的治疗方法铺平了道路。