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OHAD编辑荐读 | 揭示猪链球菌破坏血脑屏障的重要毒力因子

OHAD编辑荐读 | 揭示猪链球菌破坏血脑屏障的重要毒力因子 BMC科研永不止步
2025-02-12
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Potential mechanisms of Streptococcus suis virulence-related factors in blood–brain barrier disruption

第一作者:赵官正

通讯作者:沈张奇

研究背景

     猪链球菌是一种兼性厌氧的革兰阳性菌,根据其细胞壁荚膜多糖(Capsular polysaccharides,CPS)的差异,除传统的29种血清型外,目前研究人员已鉴定出血清型Chz和27个新cps基因座。猪链球菌是全球范围内的重要猪细菌性病原体,同时也是被严重低估的人兽共患病原体。所有猪链球菌血清型和克隆群在健康猪的分离株中均有发现,但来自病猪的分离株通常是血清型1、2、3、7和9,且属于克隆群1、16和28。大多数人感染病例是由属于克隆群1的2型猪链球菌引起的,但其他血清型(如9、14)和克隆群(如20)也有相关病例报道。血液感染是人感染猪链球菌的主要途径,但在东南亚地区,食用生猪血/肉制品是聚集性疫情暴发的重要原因。猪链球菌入侵人体后,患者大多表现为高热、昏迷、白细胞计数升高、多器官衰竭和急性呼吸窘迫综合征等,发病症状类似于化脓性链球菌引起的中毒性休克样综合征。

      猪链球菌穿透血脑屏障的具体机制目前尚不明确。尽管已经鉴定出许多可能与该过程有关的基因(图 1),但尚无单一或不可或缺的毒力相关因子被明确确认。此外,毒力因子的冗余性使得猪链球菌相关研究变得复杂。血脑屏障的破坏与穿透可能是由多种因子和分子机制共同作用的结果。本综述总结了猪链球菌在突破宿主血脑屏障过程中可能具有重要作用的毒力因子,旨在为预防和治疗猪链球菌感染引发的细菌性脑膜炎提供潜在的治疗靶点和策略。


图1 猪链球菌破坏血脑屏障过程中的潜在毒力因子

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1. 黏附因子

(1)AtlASS是一种自溶素,位于猪链球菌表面和分裂隔膜处。已知它在调控猪链球菌的链长和生物膜形成中发挥作用。AtlASS具有特异性纤维蛋白原/纤连蛋白结合活性,可极大地促进猪链球菌对脑微血管内皮细胞的粘附。

(2)SadP是1种通过SrtA介导催化锚定的80 kDa细胞壁蛋白,能够特异性结合多种细胞表面的糖脂受体,sadP基因的缺失会显著降低猪链球菌与多种内皮细胞的结合能力。

(3)SsPepO能够与细胞外基质中的纤连蛋白和纤溶酶原结合,从而增强猪链球菌对脑微血管内皮细胞的粘附,为后续破坏血脑屏障、增加通透性和加速脑膜炎发展提供先决条件。

(4)SssP1是1种富含丝氨酸重复序列的糖蛋白,能够在细菌表面组装成类菌毛样结构。猪链球菌利用SssP1上的免疫球蛋白样结构域与宿主细胞表面的唾液酸结合,从而增强对脑微血管内皮细胞的附着能力。


2. 毒力调节因子

(1)DdltA基因负责编码猪链球菌D-丙氨酸-聚磷酸核糖醇连接酶的1个亚基,该基因的缺失会抑制猪链球菌中脂磷壁酸的D-丙氨酰化。D-丙氨酰化可显著增加细菌表面的疏水性,从而促进猪链球菌的粘附和侵袭能力。

(2)NadR是1种定位于细胞质的烟酰胺核苷酸腺苷转移酶,在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的合成途径中发挥调节和运输功能。nadR基因突变会显著削弱猪链球菌对脑微血管内皮细胞的粘附和侵袭能力。RNA-seq表明,NadR可作为全局转录调节因子,影响猪链球菌多项生理活动。

(3)PrsA是革兰阳性菌中普遍存在的伴侣蛋白,能够影响猪链球菌的粘附和侵入能力,并调控毒力因子(如Suilysin)的分泌或异位,从而增强毒力和侵袭性。

(4)rss04是1种小RNA,能够调节10余种猪链球菌毒力相关因子的表达,并显著抑制CPS的合成。

(5)SrtA是A类分选酶家族成员,可以将C端具有LPXTG基序的蛋白质共价锚定到细胞壁肽聚糖上。srtA基因缺失会影响猪链球菌对脑微血管内皮细胞的粘附和入侵,从而降低对细胞外基质蛋白的粘附能力,并减少细菌在中枢神经系统和肺部等易感组织中的分布和载量。

(6)猪链球菌STK和STP是重要的全局性调节因子,该类信号转导系统在诸多原核生物中均有表达。在接收到外界信号刺激后,猪链球菌SKP快速响应,通过水解ATP的方式参与靶蛋白磷酸化调控过程,在翻译后修饰水平上影响细菌的多种活动,如CPS合成、细胞分裂、代谢和氧化应激抵抗等;而STP则参与蛋白质的去磷酸化过程。

(7)猪链球菌的vraSR是1种双组分信号系统,vraSR基因缺失会间接影响cps基因簇的表达,致使菌株CPS厚度显著降低。此外,vraSR基因还能通过未知途径影响紧密连接蛋白的表达,导致细胞间隙通透性增加,加速猪链球菌的扩散和迁移,致使血脑屏障损伤,并最终诱发炎症反应。


3. 血脑屏障通透性增强因子

(1)Fhb是由fhb基因编码的猪链球菌F因子结合蛋白,广泛存在于各种血清型的猪链球菌中。Fhb的N端能够与糖脂受体Gb3结合,提升猪链球菌的粘附能力。

(2)MRP是1个136 kDa的细胞壁锚定蛋白,MRP的N端能够与人类纤维蛋白原D片段的Aα和Bβ链结合,并以αXβ2整合素依赖的方式提升猪链球菌对多形核白细胞的抗吞噬能力。此外,MRP还能够破坏人类脑微血管内皮细胞中的p120-Catenin,改变内皮细胞的细胞连接,促进粘附并有助于脑膜炎的发展。

(3)关于phospholipase C的现有的研究较少,但已知猪链球菌能够通过phospholipase C与脑微血管内皮细胞接触,其水解产物二酰甘油能够促使宿主细胞释放花生四烯酸,进而增加血脑屏障的血管通透性。

(4)Ssads是1种腺苷合成酶,能够将AMP催化为腺苷。Ssads通过激活腺苷合成-A2A受体-cAMP途径,提升猪链球菌在血液中的生存能力,同时降低多形核白细胞的氧化活性和脱颗粒作用。Ssads还能与脑微血管内皮细胞的A1腺苷受体结合,致使肌动蛋白细胞骨架和紧密连接蛋白发生重排。

(5)hyl基因编码透明质酸酶,可将组织中的透明质酸降解为不饱和二糖,并导致组织渗透性增加,从而加速了猪链球菌的扩散和传播。


4. 细胞毒性因子

(1)Eno是猪链球菌的细胞毒性因子之一,主要通过剂量依赖性方式与纤维蛋白原和前列腺素结合,促进其与脑微血管内皮细胞的粘附,并激活信号通路诱导细胞凋亡。

(2)SspA能够特异性地诱导巨噬细胞释放大量细胞因子(如IL-1β、TNF-α、IL-6等)。此外,外源性添加SspA会显著降低脑微血管内皮细胞活性,进一步加剧血脑屏障的破坏。

(3)SLY是1种胆固醇依赖型细胞溶素,具有成孔活性、细胞毒性和溶血性,能够在富含胆固醇的细胞膜上形成跨膜孔,从而导致细胞裂解。SLY的成孔能力还会影响血小板聚集,引起血栓形成,从而可能导致组织坏死和损伤。


5. 其他(未表征)因子

(1)PgdA属于多糖脱乙酰酶家族,在猪链球菌中负责肽聚糖的N-脱乙酰化。研究发现,敲除pgdA基因会导致猪链球菌在小鼠和仔猪感染模型中的毒力显著降低。另外,PgdA还可能在抗中性粒细胞杀伤活性、诱导炎症因子释放等方面发挥功能。

(2)AdcA和Lmb均为锌结合脂蛋白,在猪链球菌中参与锌的摄取,有助于其在锌限制环境中生存。acdalmb基因双敲除菌株对小鼠感染模型的毒力丧失,对脑组织的损伤大幅减轻。此外,AdcA和Lmb还对生物膜的形成和细菌形态等具有一定的影响。

猪链球菌的防控对生猪养殖和公共卫生的意义重大,尽管有抗生素治疗方案,但尚未开发出针对猪链球菌感染的特定药物和疫苗。目前,猪链球菌核心毒力因子的鉴定仍是未解难题,其强大的免疫逃避和跨组织转移能力可能涉及多基因之间的复杂互作网络。因此,揭示猪链球菌在不同感染阶段优先表达的毒力因子,在全基因组水平上寻找高免疫原性抗原,并进行深入的机制分析以破译复杂的毒力调控网络至关紧要。


编辑荐语

      猪链球菌在养猪业中广泛流行,且对人类健康构成潜在威胁,因此研究其致病机制具有重要意义。本综述总结了猪链球菌在破坏血脑屏障过程中的多种毒力因子,并对这些因子在这一过程中发挥的关键作用进行了分类讨论,为深入理解猪链球菌的致病性提供了重要的参考基础。

作者介绍


第一作者:赵官正


      中国农业大学动物医学院 2024 级博士研究生,主要研究方向为细菌致病性。


通信作者:沈张奇


 教授,博士生导师,国家杰出青年科学基金/优秀青年科学基金获得者。主要从事细菌致病与耐药机制研究。主持国家自然科学基金及科技部国家重点研发计划课题7项。近五年,以第一作者或通信作者(含共同)发表学术论文30余篇。曾受邀在国际动物疾病研究者会议、空肠弯曲菌及相关细菌国际会议、环球食品安全及抗生素耐药性国际会议等多个国际学术会议上作专题报告。此外,参与编写英文专著5部,并参与翻译《Plumb’s 兽药手册》《猪病学》等3部著作;参与制定国家兽药残留标准1项。担任 Microbiology Spectrum 期刊编辑,并兼任中国畜牧兽医学会兽医食品卫生学分会常务理事、北京市畜牧兽医学会理事和中国畜牧兽医学会兽医药理学与毒理学分会理事。

原文链接

Zhao, G., Ying, L., Shi, Y. et al. Potential mechanisms of Streptococcus suis virulence-related factors in blood–brain barrier disruption. One Health Adv2, 26 (2024). https://doi.org/10.1186/s44280-024-00059-7


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文字:朱涧飞

排版:牛睿辰

封面:杨舒宇

责编:孙   攀  宋艳茹

审阅:汪   洋  孟   迪


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