王 聰，劉翊中

(西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

豬鏈球菌研究進展

王 聰，劉翊中*

(西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

豬鏈球菌(Streptococcussuis,S.suis)是一種重要的人畜共患病病原體，臨床表現(xiàn)主要有腦膜炎、關(guān)節(jié)炎、心內(nèi)膜炎、敗血癥等病癥.豬鏈球菌病的暴發(fā)不僅給養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失，而且還嚴(yán)重威脅到公共安全與健康.文章就病原的基本特征作簡要概述，進而探討目前已被廣泛研究的和新發(fā)現(xiàn)的諸多毒力因子以及豬鏈球菌的致病機理，對目前應(yīng)用較多的檢測豬鏈球菌的方法進行綜述，以期為豬鏈球菌的防控提供更多的理論依據(jù)，并為新型疫苗研發(fā)提供新思路.

豬鏈球菌；毒力因子；致病機理

豬鏈球菌(Streptococcussuis,S.suis)是一種重要的人畜共患病病原體，可引起多種疾病，包括腦膜炎、關(guān)節(jié)炎、心內(nèi)膜炎、敗血癥、肺炎等.1968年，丹麥?zhǔn)状螆蟮懒巳烁腥矩i鏈球菌的病例[1].此后，在歐洲、亞洲國家以及北美、南美、澳大利亞和新西蘭都出現(xiàn)了相關(guān)的報道.迄今為止，中國已有多個省市報道了豬鏈球菌感染病例.據(jù)報道， 1998年[2]感染25人中14人死亡，近8萬頭豬受感染，2005年[3]感染215人中38人死亡，超過600頭豬受感染.這兩次重大豬鏈球菌感染事件主要是由于感染后引發(fā)了發(fā)病率和死亡率極高的鏈球菌中毒性休克綜合征(Streptococcal toxic shock-like syndrome, STSS)[4].近年來，豬鏈球菌病已經(jīng)引起了世界范圍的廣泛關(guān)注，不僅僅是因為它給養(yǎng)豬業(yè)帶來的巨大經(jīng)濟損失，更重要的是它已經(jīng)嚴(yán)重威脅到公眾健康.本文對豬鏈球菌病原特征、毒力因子及其致病機理、檢測方法等展開相關(guān)綜述.

1 病原的基本特征

豬鏈球菌在自然界中廣泛存在，屬球菌科、鏈球菌屬，是一種革蘭氏陽性細菌，有莢膜，無芽孢，多數(shù)呈短鏈或球狀排列.需氧或兼性厭氧，因其對營養(yǎng)成分要求高，培養(yǎng)基中常需加入血液、血清等營養(yǎng)物質(zhì)[5].致病力不同的菌株在血液瓊脂平板上培養(yǎng)后可出現(xiàn)不同類型的溶血環(huán)(α型和β型).根據(jù)莢膜抗原分類的不同可將豬鏈球菌分為35個血清型(1-34型和1/2型)，其中1/2型、1型、2型、7型、9型和14型均可感染人，而2型致病性最強.

2 毒力因子

近年來，除了一些已經(jīng)確定功能的毒力因子外，大量的研究發(fā)現(xiàn)豬鏈球菌還存在許多蛋白也與其毒力相關(guān)，但這些因子的致病機理還需進一步證實.根據(jù)其在細菌生命周期中的功能可分為表面/分泌因子、酶/蛋白酶、轉(zhuǎn)錄因子/調(diào)節(jié)因子以及其他一些因子[1].

2.1 表面/分泌因子

莢膜多糖(capsular polysaccharide, CPS)由鼠李糖、半乳糖、葡萄糖、N-乙酰葡萄糖胺和唾液酸五個單糖組成，研究發(fā)現(xiàn)其與豬鏈球菌的抗吞噬功能相關(guān).溶菌酶釋放蛋白(muramidase-released protein, MRP)作為豬鏈球菌的一種黏附素，幫助其在上皮細胞選擇性增殖，胞外因子(extracellular protein factor, EF)是從細菌培養(yǎng)物上清中分離的一種蛋白，可根據(jù)MRP和EF的有無將豬鏈球菌2型分為MRP+EF+、MRP+EF-和MRP-EF-3種表型[6].溶血素(suilysin, SLY)能夠促進豬鏈球菌對上皮細胞的黏附和入侵作用.纖連蛋白結(jié)合蛋白(fibronectin-binding protein, FBP)是一種無錨結(jié)構(gòu)的黏附素，與豬鏈球菌的定植能力有關(guān)，存在于各個血清型中(除32型及34型)[4].38 kDa蛋白是一種位于細菌表面或細胞壁上的蛋白.大量的研究已經(jīng)表明，MRP、EF、38 kDa和SLY都可以作為良好的保護性抗原用于新型疫苗的開發(fā)[1].

除了上述6種已經(jīng)確定的毒力因子，近年來，一些新的毒力因子及其功能逐漸被揭示.枯草芽孢桿菌樣絲氨酸蛋白酶(Subtilisin-like serine protease A, SspA)是一種在C-末端含有LPXTG基序的細胞表面錨定蛋白.研究發(fā)現(xiàn),豬鏈球菌SspA可以調(diào)節(jié)巨噬細胞分泌細胞因子，從而引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)及腦膜炎[7].HP0197也是一種細胞表面蛋白，等位基因缺失的突變株對小鼠和豬不致病，在感染過程中，由于莢膜變薄而且對吞噬細胞的抵抗減弱，豬鏈球菌容易被清除[8～9].此外， htps、hp272/sat、ofs、sao等存在與豬鏈球菌表面或是其分泌的蛋白也已證實與毒力有關(guān)，而且有些已作為保護性抗原被應(yīng)用.

2.2 酶/蛋白酶

目前，已有20多種酶經(jīng)研究證實能夠影響豬鏈球菌的毒力.這些酶有的參與代謝和細菌表面結(jié)構(gòu)的合成，有些則與免疫反應(yīng)活性以及自身誘導(dǎo)劑的合成相關(guān).甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)與豬鏈球菌的黏附能力有關(guān)，通常存在與胞漿中，GAPDH缺失株減弱豬鏈球菌對宿主的黏附[10].谷氨酸脫氫酶(glutamate dehydrogenase, GDH)作為一個重要的毒力因子，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到豬鏈球菌的分型與檢測中.PgdA是一種豬鏈球菌肽聚糖葡萄糖脫乙酰酶，F(xiàn)ittipaldi等[11]發(fā)現(xiàn)pgdA缺失株感染小鼠和豬后毒性均減弱，而且pgdA缺失株很容易被中性粒細胞吞噬，與磷壁酸D-丙氨?；?DltA)的毒力作用相似.

2.3 轉(zhuǎn)錄因子/調(diào)節(jié)因子

研究發(fā)現(xiàn)，已有近16種轉(zhuǎn)錄因子或調(diào)節(jié)因子參與豬鏈球菌毒力的調(diào)控.AdcR是豬鏈球菌控制鋅轉(zhuǎn)運的調(diào)節(jié)因子，Aranda等[12]發(fā)現(xiàn)該因子在小鼠模型中可抑制豬鏈球菌毒力.Willenborg等[13]發(fā)現(xiàn)分解代謝控制蛋白(catabolite control protein A, CcpA)缺失株導(dǎo)致莢膜變薄，對中性粒細胞抗性減弱.豬鏈球菌89K毒力島二元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)SalK/SalR的缺失會導(dǎo)致26基因的表達水平下調(diào)，而且SalK-R缺失的突變株毒力明顯減弱[14]. Li J等[15]發(fā)現(xiàn)CiaRH二元調(diào)控系統(tǒng)缺失的豬鏈球菌對細胞的黏附能力減弱，更易被吞噬，而且感染小鼠后毒力明顯減弱.

2.4 其他

最近，研究發(fā)現(xiàn)不同的啟動子豬鏈球菌的毒力有影響，orf2在豬鏈球菌中普遍存在，其啟動子的調(diào)控能力在強毒株中更強[16].Li P等[17]發(fā)現(xiàn)VirA基因只存在于強毒株中，而且構(gòu)建的功能互補株接種家兔后可致死，因此推斷其與豬鏈球菌毒力有關(guān).有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eoBA 編碼的鐵轉(zhuǎn)運系統(tǒng)可能參與到豬鏈球菌的致病過程中.此外，ZhaoY等[18]發(fā)現(xiàn)了豬鏈球菌的一組毒力因子，屬于89K毒力島IV型分泌系統(tǒng).因此，還存在更多與豬鏈球菌毒力相關(guān)的因子有待探索和研究.

3 致病機制

定植是細菌感染的第一步，豬鏈球菌黏附和入侵黏膜上皮細胞決定了其能否定植.豬鏈球菌對上皮細胞的黏附取決于多種因子，如烯醇化酶(Eno)、甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)、谷氨酰胺合成酶(GS)等[19～20].大部分豬鏈球菌都可以通過細菌表面蛋白與細胞外基質(zhì)(ECM)結(jié)合，如纖連蛋白、纖維蛋白溶酶原和膠原等[21].但研究發(fā)現(xiàn)，有莢膜的2型豬鏈球菌只能夠黏附在上皮細胞而不能入侵[22]，這可能是由于CPS阻礙了其與ECM的結(jié)合.

豬鏈球菌侵入上皮細胞到達深部組織或血液中，從而引發(fā)疾病.研究表明，CPS能夠幫助豬鏈球菌躲避中性粒細胞和單核巨噬細胞的吞噬與殺傷作用[23].CPS的這種抗吞噬作用依賴于其唾液酸(SA)成分，能夠使其黏附在巨噬細胞上，從而減弱吞噬作用[24].在傳播過程中，豬鏈球菌的生長代謝與微量元素的攝入有關(guān)，這需要微量元素的吸收調(diào)控蛋白、轉(zhuǎn)運蛋白和結(jié)合脂蛋白等共同實現(xiàn).

微生物感染過程中，免疫系統(tǒng)過度或不適當(dāng)?shù)拿庖邞?yīng)答可能導(dǎo)致嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)和感染性休克.研究發(fā)現(xiàn)豬鏈球菌感染后，毒力因子(如CPS、SLY等)誘導(dǎo)感染細胞釋放TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12和IFN-γ等炎癥細胞因子以及CCL2/MCP-1、CCL3、CCL5/RANTES、CXCL1/KC、CXCL8等趨化因子，從而激活NF-κB通路，引發(fā)炎癥反應(yīng).這可能導(dǎo)致宿主在感染早期發(fā)生突發(fā)性死亡[21].

宿主若沒有因敗血癥或中毒性休克死亡，豬鏈球菌將有可能突破血-腦屏障(Blood-brain barrier, BBB)或血-腦脊液屏障(Blood-cerebropinal fluid, CSF)，侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)從而引發(fā)腦膜炎[21, 25].目前，引發(fā)腦膜炎的機制尚有爭議，而且缺乏對其他病癥機制的研究. “特洛伊木馬”理論認為豬鏈球菌可以黏附在巨噬細胞表面或被其吞噬，突破血腦屏障后再將其釋放[20].但也有研究表明，豬鏈球菌誘導(dǎo)腦微血管內(nèi)皮細胞(BMEC)產(chǎn)生促炎癥因子，增強細胞通透性，利于豬鏈球菌穿過屏障[26].最近，有一些研究發(fā)現(xiàn),豬鏈球菌還可以通過其細胞壁成分SSU05-1000蛋白或SSU05-0272蛋白與BMEC相互作用，破壞BMEC細胞間的緊密連接，使豬鏈球菌從細胞間隙穿過血腦屏障[19].

4 檢測方法

快速有效的檢測方法對疾病的診斷和防控至關(guān)重要.目前，豬鏈球菌的檢測方法主要有三種類型：微生物學(xué)方法、分子生物學(xué)檢測和免疫學(xué)分析.

4.1 微生物學(xué)方法

豬鏈球菌在不同的培養(yǎng)基中生長特性不同，在固體培養(yǎng)基中培養(yǎng)時菌落小，呈圓形或卵圓形、邊緣光滑整齊、單個或成雙排列、顏色呈灰白透明且稍黏；在肉湯培養(yǎng)基中培養(yǎng)時管底呈絮狀沉淀；而在血平板培養(yǎng)基上生長，菌落周圍可出現(xiàn)溶血環(huán).豬鏈球菌的生化反應(yīng)可能因血清型不同或菌株不同而存在差異.能發(fā)酵葡萄糖和蔗糖，不發(fā)酵菊糖和馬尿酸鈉，對乳糖、蕈糖、甘露醇、山犁醇及水楊苷的發(fā)酵能力因毒株而異，不還原硝酸鹽，接觸酶陰性[27].

4.2 分子生物學(xué)檢測

鑒于靈敏性和可靠性的優(yōu)勢，當(dāng)前鑒定豬鏈球菌最常應(yīng)用的是分子生物學(xué)檢測方法.最為常用的是根據(jù)已知的豬鏈球菌特異性靶基因序列設(shè)計引物，從而鑒別豬鏈球菌不同血清型的多重PCR方法.Liu Z等[28]根據(jù)一種血清型特異的多糖聚合酶基因(wzy)建立了一種四重分型PCR，除了缺少此種特異基因的兩對血清型外(1型和14型、2型和1/2型).此種方法可以鑒定出所有分離自豬的菌株血清型.此外，Nga 等[29]針對CPS2J 基因設(shè)計引物，建立了一種檢測腦髓液(cerebrospinal fluid, CSF)中2型豬鏈球菌的實時熒光定量PCR方法(Real-time PCR)，此方法具有特異性強、靈敏度高的特點.Huy 等[30]根據(jù)常見的16S rRNA序列，應(yīng)用環(huán)介導(dǎo)恒溫擴增方法鑒別出包括豬鏈球菌在內(nèi)的四種鏈球菌.Zhang J等[31]同樣應(yīng)用此種方法，根據(jù)靶基因CPS2J檢測2型豬鏈球菌.由于LAMP不需要復(fù)雜的熱循環(huán)且其結(jié)果可用肉眼觀察，是一種快速檢測技術(shù)，因此是臨床和2型豬鏈球菌現(xiàn)場診斷的首選方法.除上述方法外，限制性片段長度多態(tài)性分析(RFLP)、隨機擴增核酸片段多態(tài)性分析(RAPD)、脈沖場凝膠電泳法(PFGE)和多位點序列分析圖譜(MLST)也是檢測豬鏈球菌的有效方法.

4.3 免疫學(xué)分析

傳統(tǒng)的免疫學(xué)檢測方法包括協(xié)同凝集試驗、平板凝集試驗、莢膜反應(yīng)試驗、免疫印跡法、酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)、利用多克隆抗體的間接免疫熒光法和過氧化物酶-抗過氧化物酶法.其中，莢膜反應(yīng)試驗?zāi)芊直娆F(xiàn)有的35個血清型，協(xié)同凝集試驗應(yīng)用最為廣泛[27].酶聯(lián)免疫吸附試驗是基于特異性捕獲不同的豬鏈球菌抗原而建立的，是應(yīng)用最廣泛的免疫學(xué)方法.多克隆抗體的間接免疫熒光法和過氧化物酶-抗過氧化物酶法可用于組織切片中豬鏈球菌的檢測以及在細胞內(nèi)的定位等研究[32].近幾年，一些新興的方法已有報道.表面增強拉曼散射(SERS)是利用金納米粒子(tAuNPs)作為底物檢測2型豬鏈球菌的MRP抗體，Chen K等[33]應(yīng)用此法檢測豬血清中的MRP抗體以實現(xiàn)檢測豬鏈球菌的目的，而且結(jié)果與ELISA檢測相一致.Wang H等[34]首次應(yīng)用電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器法檢測2型豬鏈球菌，利用L型半胱氨酸與HPtPd雙金屬合金納米粒子的結(jié)合形成納米復(fù)合材料，模擬雙酶的協(xié)同催化作用，導(dǎo)致大量氧氣的生成、ECL信號增強，從而實現(xiàn)檢測豬鏈球菌的目的.這種方法敏感性強、操作簡單，可用于臨床檢測.Nakayama等[35]研究證實可通過免疫層析試紙條法檢測尿液樣品中的豬鏈球菌，利用膠體金與豬鏈球菌CPS的多克隆抗體結(jié)合，而且此方法能夠?qū)z測的抗原進行定量.

5 小結(jié)

豬鏈球菌作為一種危害性極大的人畜共患病的病原菌，可引發(fā)多種疾病甚至死亡，已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究.盡管如此，其致病機理仍然存在一些有爭議的問題，有待進一步闡明.由于豬鏈球菌血清型較多，毒力因子復(fù)雜不一.本文通過對豬鏈球菌的毒力因子做簡要概述，并探討了目前應(yīng)用較多的檢測方法，以期為檢測方法的改進提供理論基礎(chǔ)，從而建立一種最為快速準(zhǔn)確的檢測方法.同時，鑒于豬鏈球菌病的危害性較大，對毒力因子結(jié)構(gòu)、致病性等的深入研究對疾病的防控具有重大意義，其中作為保護性抗原的毒力因子在高效安全的疫苗研制中可以發(fā)揮重要作用.

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Advance in Streptococcus Suis

WANG Cong, LIU Yi-zhong*

(College of Life Science and Engineering, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China)

Streptococcus suis (S. suis) is a kind of zoonotic pathogen and can cause several diseases including meningitis, arthritis, endocarditis and sepsis. The outbreaks of streptococcus suis diseases not only bring massive economic losses to the pig industry, also threaten the publical safety and health. Firstly, the general characterization of streptococcus suis was summarized. Then, a wide range of both previously identified and recently emerging virulence factors were discussed in this paper. Additionally, the pathogenesis and various detection methods of streptococcus suis were also covered in this review. It hopes to provide more theoretical basis for the prevention and control of streptococcus suis and give a new insight to the development of novel vaccines.

Streptococcus suis; Virulence factor; Pathogenesis; Detection

2016-11-19

西北民族大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助研究生項目(Yxm2015209).

*

王聰(1994—)，女，黑龍江人，碩士研究生，主要從事病原生物學(xué)與動物疫病防治方面的研究.

S852.611

A

1009-2102(2016)04-0020- 05