肺炎支原体社区获得性呼吸窘迫综合征毒素及其转运机制的研究

曹凯淇

肺炎支原体是儿童和成人中细菌性社区获得性肺炎(CAP)的主要原因，越来越多的实验数据证明，肺炎支原体在导致哮喘过程中发挥主要作用[1-6]。肺炎支原体合成591个氨基酸的ADP-核糖基化和空泡蛋白，称为社区获得性呼吸窘迫综合征(CARDS)毒素[7]。

1 肺炎支原体CARDS毒素的致病性及机制

CARDS毒素是支原体感染过长时间咳嗽甚至哮喘样症状的主要致病因素[8]。研究表明，CARDS毒素能引起通过Balb/C信号通路影响的功能IgE，肥大细胞脱颗粒，诱发气道高反应性，哮喘样病变，是肺炎支原体出现哮喘样症状的主要原因[9-12]。

CARDS毒素是肺炎支原体肺炎导致脓毒血症甚至急性呼吸窘迫综合征的致病因素。研究表明，CARDS毒素的N-末端200个残基与霍乱毒素(CT)和百日咳毒素(PT)S1亚基具有同源性，包括特征为CT样ADP-核糖基转移酶(ADPRT)毒素家族的特征序列[13-15]。与CT和PT的多亚基性质相反，CARDS毒素以单一多肽链形式出现，与白喉毒素(DT)类似。除ADPRT活性外，CARDS毒素诱导细胞空泡形成，黏膜细胞脱落和抑制纤毛运动。重要的是，在小鼠和灵长类动物模型中[16]，CARDS毒素单独诱导促炎性细胞因子，淋巴细胞活化、气道疾病和功能障碍，重现了肺炎支原体感染的特征性症状。进一步研究表明[17]CARDS毒素诱导IL-1β释放对NLRP3(一种主要的炎性蛋白)的ADP-核糖基化。虽然肺炎支原体在实验室培养基生长过程中合成的CARDS毒素非常有限，但是在感染小鼠实验期间，毒素量明显上调。这也提示CARDS毒素是导致脓毒性炎症反应的重要致病因素。

近年来，对于CARDS毒素在细胞内转运机制的研究很多，目前国外报道更倾向于CARDS毒素通过KELED序列逆转运机制[18]，这对于减少和消除肺炎支原体CARDS毒素的治疗提供了新的方法。

2 对于CARDS毒素的转运机制已有的相关研究

研究表明[19]，为了诱导其ADP-核糖基化和空泡的活性，CARDS毒素必须与宿主细胞受体结合，通过内质网(ER)蛋白介导的途径被内化，然后被运输到特定的细胞内细胞器。CARDS毒素的功能域分析证实了ADP-核糖基化活性与其N端的结合以及与其C末端的空泡活性和受体结合功能。对CARDS毒素的三维结构分析揭示了三个不同的结构域的存在。结构域1(D1)负责容纳ADP-核糖基化活性，结构域2(D2)和结构域3(D3)负责受体识别，结合，内在化和空泡化。为了发挥其ADP-核糖基化和空泡的活性，CARDS毒素通过易感宿主细胞，表面活性蛋白A和膜联蛋白A2的质膜上的至少两种蛋白质受体结合并被内化。另外，研究证明CARDS毒素选择性结合磷脂酰胆碱和鞘磷脂，在与这些受体结合后，CARDS毒素主要被ER蛋白介导的途径吞噬[20]。

3 对于CARDS毒素通过KELED序列逆转运机制的研究

利用细胞器特异性抗体和SNAP标签方法来识别和表征毒素如何进入细胞内和在细胞内转运。研究结果[18]揭示了CARDS毒素的有趣和独特的结构及生物学特性，使其能够进行细胞内运输和区室化，导致ADP-核糖基化介导的IL-1β释放和空泡的形成。

研究发现[18]，CARDS毒素从早期细胞内转运到晚期内涵体，然后通过逆向转运(高尔基复合体)到ER。利用ER-SNAP-tag方法来定义CARDS毒素的时间转运。CARDS毒素的高效ER运输依赖于位于CARDS毒素的D1和D2结构域之间的独特KELED基序，其氨基酸序列为268-272。CARDS毒素向高尔基复合体运输至ER，对于ADP-核糖基化依赖性NLRP3介导的IL-1β分泌和诱导液泡形成是至关重要的。

4 讨论

在本综述中，在微生物毒素传递到ER的途径方面已经取得了相当的进展，在这里，我们描述了肺炎支原体毒素如何通过其独特的KELED基序到达ER[21]。CARDS毒素使用受体介导的ER蛋白依赖性内吞作用进入靶细胞，其过程与志贺菌和炭疽毒素相似，它通过晚期内体通路转移到达高尔基复合体并逃脱溶酶体降解。上述的研究结果表明CARDS毒素的这种晚期核内体运输似乎不同于逆行途径后的大多数其他毒素的运输机制，它们规避了晚期内涵体，并直接从早期内体选择进入到高尔基体。CARDS毒素和假单胞菌外毒素A(PE)有相似的转运模式。在晚期内涵体中暴露于低pH可能触发CARDS毒素蛋白结构内的构象改变，促进KELED依赖性结合ER再循环受体。这种特殊的转运模式为进一步治疗提供了依据[22]。