謝黎卿，楊 洋，彭遠義，李能章

(西南大學動物醫(yī)學院 重慶市牧草與草食家畜重點實驗室，重慶 400700)

莢膜多糖最早于1917年由Avery和Dochez[1]在研究肺炎鏈球菌(Streptococcuspneumoniae)時發(fā)現，后被證明這種物質是存在于微生物莢膜中的碳水化合物。莢膜多糖作為病原微生物最外層的保護成分，可有效保護菌體免受或少受多種殺菌、抑菌物質的損傷，有助于病原體在宿主內定植和為入侵宿主爭取時間。當缺乏營養(yǎng)時，莢膜多糖還可轉換為碳源或氮源，為細菌提供能源，有助于細菌在饑餓環(huán)境中生存[2]。目前，雖然對莢膜多糖結構多樣性、生物合成及其免疫原性等方面進行了研究，但對莢膜多糖在病原菌黏附過程中的作用，特別是莢膜多糖的合成調控方面研究仍然欠缺；其次，研究主要集中在莢膜多糖對病原菌本身的作用，有助于病原菌的免疫逃避和致病作用機制方面，而對莢膜多糖與宿主免疫細胞因子的拮抗及促進宿主免疫調控方面的研究稍顯不足。作者結合本團隊的相關研究工作，對國內外莢膜多糖合成調控、生物學功能、免疫逃避機制和致病機制，以及莢膜多糖對宿主免疫調節(jié)作用相關研究進展進行綜合闡述，為莢膜多糖的后續(xù)研究和利用莢膜多糖預防或治療疾病提供借鑒。

1 莢膜多糖結構

莢膜多糖通過分子間氫鍵及其他非共價鍵緊密地連接到細胞表面，并在細胞周圍形成莢膜[3]，通常是宿主遇到的第一個菌體結構[4]。大部分莢膜多糖以2種或以上的單糖作為重復單元，連接成長且復雜的多糖鏈，再形成空間結構不同的多聚體。某些微生物莢膜多糖中還存在多肽及脂質，如炭疽桿菌(Bacillusanthracis)[5]、巨大芽胞桿菌(Bacillusmagaterium)[2]。單糖的種類、主鏈的排列方式和空間結構等也會改變莢膜多糖性質。如肺炎鏈球菌血清型19F和19A具有非常相似的三糖重復單位，但二者構象存在明顯的差異，19F型主要是延伸的構象，而19A型表現出很高的緊致發(fā)夾彎曲，這可能是19F型和19A型之間缺乏抗體交叉保護的原因[6]。此外，多糖鏈中還存在支鏈、有機或無機分子，這些因素使莢膜多糖結構更為復雜，并且碳水化合物的修飾對莢膜多糖的免疫原性也有重要影響[7]。

2 莢膜多糖合成與調控

2.1 多糖合成相關基因

莢膜多糖合成相關基因主要包含莢膜多糖合成調節(jié)基因、糖基轉移酶基因和轉運基因，多糖的生物合成可分為ABC轉運體-依賴途徑、合酶-依賴途徑和Wzy-依賴途徑，不同微生物莢膜多糖合成相關基因各有特點。

大多數革蘭陰性菌的莢膜多糖合成和轉運相關基因都位于染色體上，且能夠協(xié)同調節(jié)。本團隊主要研究多殺性巴氏桿菌(Pasteurellamultocida)莢膜多糖合成相關基因，以此為例闡述。多殺性巴氏桿菌的莢膜可分為A、B、D、E、F 5型，它們的莢膜合成基因簇包含3個區(qū)域[8-10]。其中，區(qū)域1和區(qū)域3(腦膜炎奈瑟菌中為C區(qū)和B區(qū))分別編碼莢膜轉運所需的ABC轉運蛋白(A、D、F型為hesABCD，B、E型為cexABCD)和莢膜錨定結合所需的蛋白(A、D、F型為phyAB，B、E型為lipAB)，這些基因在5種血清型中具有同源性[9]。區(qū)域2 (腦膜炎奈瑟菌中的區(qū)域A)編碼莢膜多糖合成相關基因，并且該區(qū)域具有血清型特異性[9]。A、D、F型的區(qū)域2位于區(qū)域1和3之間，包含4個基因，A型為hyaBCDE，D型為dcbBCFE，F型為fcbBCDE，其主要區(qū)別是hyaD、dcbF、fcbD分別編碼了PmHAS(透明質酸合成酶)[11]、PmHS(肝素合成酶)[12]、PmPC(軟骨素合成酶)[10]；而B、E型的區(qū)域2位于區(qū)域3的lipAB基因之間，B型為bcbABCDEFGHI，E型為ecbABJKDEFGI，兩者相對應基因所編碼的產物也具有同源性[9, 13]。

革蘭陽性菌中肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)的莢膜多糖合成相關基因研究最多。根據莢膜多糖結構和抗原性的差異，肺炎鏈球菌現已被證明可產生90多種莢膜類型，除血清3和37型的莢膜多糖合成由單個膜結合的糖基轉移酶介導外[14]，其余都由Wzy聚合酶所依賴的機制產生，并且Wzy血清型的莢膜多糖合成位點都位于染色體上dexB和aliA基因之間的同一區(qū)域[15]。莢膜多糖位點啟動子序列(cpsp)和前4個基因cpsA至cpsD高度保守，參與莢膜多糖調控，cpsD下游基因具有血清型特異性，主要負責多糖的聚合和輸出[16-17]。莢膜血清5和8型是金黃色葡萄球菌的主要類型，cap5和cap8莢膜多糖基因簇結構高度相似，它們的等位操縱子都由16個基因組成，從cap5/8A到cap5/8p，其基因產物參與莢膜的生物合成、O-乙?；?、運輸和調節(jié)[18-19]。這16個基因中有12個在cap5和cap8操縱子之間是相同的，這可能是cap5和cap8莢膜多糖具有相似的三糖重復單元，只是O-乙?；奈恢煤瓦B接單糖位置不同的原因[20]。cap8位點的分子特征表明，16個基因都是從第1個基因上游的初級啟動子轉錄成一個大的轉錄單元，且位于初級cap8啟動子235序列上游的1個10 bp反向重復序列已被證明是完整表達8型莢膜基因簇所必需的，這表明DNA結合調節(jié)因子也參與了莢膜合成調控[20]。

2.2 莢膜多糖合成調控

快速適應外部環(huán)境變化對微生物的生存和增殖至關重要，莢膜多糖作為病原微生物莢膜的主要成分，是細菌定植和感染過程中不可或缺的部分。大部分受莢膜多糖保護的細菌細胞可不被吞噬細胞吞噬，而未被莢膜包裹的細胞才能黏附到宿主內皮細胞，因此細菌對莢膜多糖合成調控非常重要。在這個過程中，細菌對營養(yǎng)傳感通路、轉錄因子網絡和宿主環(huán)境有關的各種信號作出反應，為微生物提供更好的適應性。以下根據主要的信號轉導機制述之。

2.2.1 群體感應系統(tǒng)調控 群體感應(QS)是微生物群體在其生長過程中，通過產生和擴散小的化學或信號分子來進行交流的機制，調控菌體基因表達，并且不同微生物種群間群體感應系統(tǒng)調控機制也不盡相同。轉錄因子Rgg群體感應系統(tǒng)廣泛存在于低G+C革蘭陽性菌中，以Rgg作為信息素疏水短肽(shp)的受體[21]，如獸疫鏈球菌(Streptococcuszooepidemicus)中Rgg發(fā)揮轉錄激活因子的作用，誘導shp的表達，使shp發(fā)揮自身誘導劑作用，形成正反饋回路，調節(jié)獸疫鏈球菌莢膜多糖的產生和生物膜的形成，而Rgg/shp系統(tǒng)的失活降低了莢膜多糖的產生和生物被膜的形成[22]。創(chuàng)傷弧菌(Vibriovulnificus)生物被膜形成晚期階段，細菌細胞密度足夠高時，AI-2群體感應系統(tǒng)的主調控因子SmcR通過與莢膜多糖基因簇的上游區(qū)域結合，誘導莢膜多糖的表達，從而限制生物被膜的大小[23]。此外，AI-2群體感應系統(tǒng)也參與金黃色葡萄球菌和肺炎鏈球菌莢膜多糖的合成調控[24-25]。本團隊根據qseC蛋白和luxS蛋白分別屬于AI-3和AI-2介導的群體感應系統(tǒng)為基礎[26-28]，利用同源重組技術構建了多殺性巴氏桿菌PmCQ2-ΔqseC敲除株及PmCQ2-ΔqseCΔluxS雙敲除株，對比PmCQ2野生株與敲除株的莢膜多糖合成量、生物膜形成量及轉錄組數據，結果顯示，敲除株的莢膜多糖合成量降低、生物膜形成量增加、莢膜多糖合成相關基因hyaD與hyaE的表達量下調。這表明多殺性巴氏桿菌的群體感應系統(tǒng)與莢膜多糖的合成調控也存在一定聯(lián)系，但具體的信號傳導機制還需進一步研究。

2.2.2 雙組分系統(tǒng)調控 雙組分信號轉導系統(tǒng)(TCSs)是微生物中感受和響應外界環(huán)境信號的機制之一，由跨膜的組氨酸激酶蛋白(HK)作為感應蛋白和細胞質內反應調節(jié)蛋白(RR)組成，在不同刺激下激活TCS導致HK發(fā)生自動磷酸化，隨后將磷酸基轉移到RR，磷酸化的RR通過改變基因表達使細菌產生適應性反應[29]。研究顯示，當肺炎鏈球菌在入侵期間暴露于宿主血清時，VncR/S(調控因子VncR和激酶VncS)雙組分系統(tǒng)中VncS能夠感知血清中VncS配體血清乳鐵蛋白(LF)并導致VncS磷酸化，磷酸化的VncS可為VncR提供磷酸基，而磷酸化的VncR又與其莢膜多糖位點啟動子序列特異性結合，從而改變莢膜多糖基因的表達，使肺炎鏈球菌適應血液環(huán)境并有利于對宿主的侵襲[30]。YycF/G(調控因子YycF和激酶YycG)[31]、ComD/E(調控因子ComE和激酶ComD)[15]雙組分系統(tǒng)也參與肺炎鏈球菌莢膜多糖的合成調控。ArlR/S(調控因子ArlS和激酶ArlR)[32]雙組分系統(tǒng)通過正調控mgrA(mgrA是金黃色葡萄球菌5型和8型莢膜基因簇表達的主要激活因子)，間接促進金黃色葡萄球菌莢膜多糖的合成[20]。RcsB/C(調控因子RcsB與激酶 RcsC)是腸桿菌中非常典型的一種調控莢膜多糖基因簇表達的雙組分系統(tǒng)[33]，而RcsA/B(調控因子RcsA和調控因子Rcs)雙組分調控蛋白是一種非典型的雙組分系統(tǒng)。Rcs A/B通過轉錄調控莢膜多糖合成位點基因簇中的靶基因，潛在調控肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumoniae)rmpA、wcaI、gmd等莢膜多糖合成基因的表達[34]。此外，莢膜多糖合成基因簇上的酪氨酸激酶CpsD可自身磷酸化(CpsD參與莢膜多糖水平磷酸化的調節(jié))，CpsD通過與腺苷酸激酶(SpAdK)生物物理相互作用，促進肺炎鏈球菌血清2型D39菌株莢膜多糖的合成[16]，而大腸桿菌血清型K30的CpsD突變體會削弱自身莢膜多糖的合成水平[35-36]。

2.2.3 第二信使調控 第二信使能夠很敏感地感受外界環(huán)境的變化，在細胞信號轉導中起重要作用，能間接調控莢膜多糖相關基因的表達。其中，環(huán)磷酸腺苷(cAMP)和環(huán)二鳥苷酸(cGMP)與莢膜多糖合成調控研究的比較多。研究顯示，新生隱球菌(Cryptococcusneoformans)在可獲得性鐵離子減少時，鐵調節(jié)因子Cir1通過調控編碼cAMP/PKA(蛋白激酶A, PKA)信號通路各組成部分，調控其莢膜多糖的合成，但具體機制還不清楚[37]。ScrABC操縱子中ScrC蛋白(一種潛在的感覺蛋白)通過控制cGMP的形成和降解，反向調節(jié)莢膜多糖基因表達[38]。cGMP還可負調控肺炎克雷伯菌莢膜多糖的合成，降低細菌毒力[39]。實際上，cGMP在不同細菌中的主要共同作用是通過控制細菌在浮游生活方式和生物被膜生活方式之間的轉變來調節(jié)細菌的生活方式[40]，而莢膜多糖與生物被膜密切相關，這說明第二信使可潛在調控莢膜多糖的合成，但如何調節(jié)卻知之甚少。

廣泛的研究表明，營養(yǎng)物質、pH、二氧化碳和氧氣可用性、滲透壓、溫度等環(huán)境因素都可影響莢膜多糖的合成調控[41-43]。綜合分析來看，莢膜多糖的合成通常受多系統(tǒng)多因素調控，并非僅受一種信號轉導調控，且多發(fā)生在轉錄水平。同時，不同機制組合也會產生不同的結果，如ComE雖然負調控肺炎鏈球菌莢膜多糖的合成，但在胞外葡萄糖濃度變化時，會轉而正向調節(jié)莢膜多糖的合成[15]。

3 莢膜多糖生物學功能及免疫逃避機制

3.1 耐干燥

莢膜具有高度水合性，而莢膜多糖通過形成保持水分的物理屏障來增強細菌脫水耐受性[44]。研究顯示，鮑曼不動桿菌AB5075菌株可形成VIR-O不透明菌落，Tipton等[45]構建了該不透明菌落中菌株的莢膜多糖缺失株Δwzc，將這兩種菌株置于干燥環(huán)境下12 d后，比較莢膜多糖缺失株與野生株耐干燥的能力，發(fā)現莢膜多糖缺失株的活力比野生型下降了約2.5倍(原文如此)，當恢復Δwzc菌株合成莢膜多糖的能力時，這種喪失的活力得以恢復。干燥環(huán)境下，滲透壓的改變也可能是細菌對莢膜多糖合成調控的原因，但具體機制還不清楚。

3.2 抗凍性

微生物能夠在世界上所有環(huán)境中定居，包括一些極端環(huán)境(例如，強鹽湖、冰面、火山)，莢膜多糖有利于微生物在這些環(huán)境中生存。Vessella等[46]從0 ℃ 以下的北冰洋沉積物中分離出冷紅科爾韋爾菌34H(Colwelliapsychrerythraea34H)，這種細菌能夠產生一種獨特的莢膜多糖，多糖通過釘扎和固定冰粒邊界來抑制冰的重結晶，從而保護細菌在低溫環(huán)境下生存，其抗凍特性類似于著名的抗凍蛋白(glyco)，可用于合成低溫保護劑。

3.3 黏附與抗黏附

某些細菌莢膜多糖有選擇的與特定細胞表面結合，使莢膜多糖具有黏附功能。如A族鏈球菌(Group AStreptococcus)莢膜多糖(主要成分為透明質酸)通過與透明質酸結合蛋白CD44特異性結合來介導細菌附著在宿主細胞上[47]。此外，初始黏附時，細菌將發(fā)出信號，啟動特定基因的表達，促進黏附素的合成并伸出莢膜外形成菌毛，莢膜多糖減少并暴露黏附素受體位點，促進病原菌與宿主細胞的黏附，并在目標細胞表面形成小菌落群體[48-49]。研究顯示，長雙歧桿菌(Bifidobacteriumlongum)莢膜多糖缺失株ΔcpsD能夠明顯促進菌毛的形成[50]，這表明莢膜多糖阻礙了細菌與靶細胞的黏附。

生物被膜黏附于宿主組織細胞表面，是病原菌在宿主內持續(xù)定殖和引起感染的主要策略之一，而細菌間的黏附是生物被膜形成的必要條件。生物被膜形成早期，細菌啟動特定基因的表達，促進胞外多糖(EPS)的合成，莢膜多糖表達量下調；在生物被膜形成晚期或生物被膜引起宿主慢性感染時，細菌將促進莢膜多糖的合成，阻礙細菌間的黏附，使病原菌從生物被膜中脫落，調整生物被膜大小或促進宿主持續(xù)感染[23, 51]。本課題組前期從病牛肺中分離到1株莢膜多糖含量較少的A型多殺性巴氏桿菌弱毒株PmCQ6，與莢膜多糖含量較高的強毒株PmCQ2基因組進行比較，發(fā)現PmCQ6的1個莢膜多糖合成基因存在點突變。通過同源重組質粒構建點突變恢復株PmCQ6c并比較兩者生物學特性，發(fā)現PmCQ6形成的生物被膜大約是PmCQ6c的3倍。假交替單胞菌(Pseudoalteromonas)莢膜多糖缺失株也表現出附著生物被膜的形成能力增強的現象[52]。此外，莢膜多糖還被證明在物理上阻斷了大腸桿菌生物膜形成中所必需的黏附因子[49]。因此，莢膜多糖與生物被膜的形成呈負相關，抗黏附功能是其原因之一。

3.4 抵御補體殺傷

補體系統(tǒng)是免疫的重要組成部分，在宿主抵御病原體感染和產生炎癥反應等方面起關鍵作用[53]。一方面，莢膜多糖減少調理素蛋白C3b在病原菌細胞表面沉積。當C3裂解過程發(fā)生在病原菌附近時，暴露的C3b硫酯鍵可與菌體表面蛋白質和多糖在短時間內發(fā)生穩(wěn)定的共價結合，將入侵的病原菌標記為周圍補體的焦點[4]。莢膜多糖通過形成外部屏障，阻礙C3b與莢膜下病原菌細胞表面的親核靶標結合，從而逃避補體系統(tǒng)介導的殺傷作用[54]。同理，莢膜多糖通過掩蔽經典途徑中菌體表面抗原的抗體識別位點，阻止抗原抗體復合物的形成，最終抑制C1相關補體反應[55-56]。另一方面，部分細菌莢膜多糖通過抑制膜攻擊復合物(MAC)形成，防止病原菌細胞被MAC溶解[57-58]。

3.5 抗吞噬

吞噬細胞能夠攝取和摧毀入侵的病原菌，并在其表面呈遞病原菌抗原，引發(fā)宿主產生先天性免疫反應。病原菌的莢膜通常會損害吞噬功能，生理 pH條件下，大部分微生物莢膜帶負電荷，可阻止帶同種電荷的吞噬細胞的吞噬，并且菌體表面莢膜多糖表達量越高，莢膜越厚，抗吞噬作用就越強[59-61]。本課題組研究發(fā)現，A型多殺性巴氏桿菌PmCQ2和PmCQ6菌株在感染巨噬細胞時，對比二者進入巨噬細胞的數量，發(fā)現PmCQ6被吞噬進入細胞的百分比顯著高于PmCQ2，表明莢膜多糖具有抗吞噬作用[62]。唾液酸化的莢膜多糖還可與宿主抑制性Siglecs(唾液酸結合免疫球蛋白型凝集素)結合，減少中性粒細胞的活化[63]。此外，某些細菌莢膜多糖具有酸堿電解質特性，可提供相當大的緩沖能力，通過干擾吞噬小體的形成而阻礙吞噬細胞的吞噬。如新生隱球菌莢膜多糖通過調節(jié)吞噬小體內的pH并干擾吞噬小體的酸化，從而阻礙吞噬作用[64]。

3.6 抵抗陽離子抗菌肽

抗菌肽(antimicrobial peptide，AMPs)是天然免疫中具有殺菌活性的成分，且?guī)缀跛锌咕亩际顷栃缘模谒拗骱筒≡w共同進化過程中，病原微生物已經發(fā)展出感知并啟動對抗菌肽的適應性反應的能力，以抵抗它們的殺菌活性[65-66]。帶負電荷的莢膜多糖可作為誘餌，結合帶正電荷的陽離子抗菌肽，減少到達病原菌表面的抗菌肽數量[67]，防止因抗菌肽破壞病原菌胞質膜結構而引起的膜兩側離子流通紊亂[68]。研究顯示，人抗菌肽(LL-37)亞抑制濃度可上調A族鏈球菌CPS合成操縱子(HasABC)的表達[69]。進一步研究顯示，腦膜炎奈瑟菌(Neisseriameningitidis，Nm)對LL-37也具有高度敏感性，其莢膜多糖的喪失使LL-37殺菌效果顯著增強，LL-37的最小抑菌濃度(MIC)也出現了降低[70]。

表1 CPS生物學功能

4 莢膜多糖與免疫

4.1 莢膜多糖致病機制

大部分病原微生物莢膜多糖可誘導免疫反應，但某些莢膜多糖免疫原性極低[72]。如新生隱球菌莢膜多糖可與CD44受體結合，而CD44基因缺失小鼠增加了對新生隱球菌的抵抗力[73]。這類莢膜多糖與宿主細胞基質具有相同或類似的成分，使宿主很可能無法產生針對該靶標的抗體，這也許是病原菌抵御宿主特異性免疫反應并促進感染的重要原因。此外，莢膜多糖可誘導細胞凋亡，如綿羊肺炎支原體(Mycoplasmaovipneumoniae)莢膜多糖通過上調FAS/FASL信號蛋白和裂解caspase-8誘導外源性細胞凋亡，并激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑JNK和p38信號通路促進活性氧物種(ROS)依賴的內源性細胞凋亡，共同誘導綿羊氣道上皮細胞凋亡[74]。本課題組早期研究發(fā)現，采用透明質酸酶處理PmCQ2和PmCQ6以減少菌體表面的莢膜多糖再感染巨噬細胞(A型多殺性巴氏桿菌莢膜多糖主要成分為透明質酸)，與未用透明質酸酶處理的PmCQ2和PmCQ6感染的巨噬細胞相比，處理組上清中IL-1β、IL-6、TNF-α的分泌均顯著降低，表明A型多殺性巴氏桿菌莢膜多糖對宿主免疫細胞因子的產生也有一定的影響[62]。本課題組最近研究證實，與PmCQ2感染的巨噬細胞相比，PmCQ6能誘導宿主產生更高水平的NLRP3轉錄、caspase-1活性和成熟IL-1β的分泌，主要原因可能是PmCQ2菌體表面莢膜比PmCQ6厚得多，同時莢膜還可能影響NLRP3炎癥小體的激活[75]，但具體機制有待進一步研究。

4.2 莢膜多糖抑制炎癥反應

莢膜多糖是微生物表面的重要毒力因子，常以參與宿主的致病機制呈現，但部分微生物莢膜多糖也可正向調節(jié)宿主免疫反應，降低宿主炎癥反應，保護宿主處于健康狀態(tài)。以腸道微生物中的脆弱擬桿菌(Bacteroidesfragilis)為例，其莢膜多糖在保護其自身逃避宿主免疫反應和適應腸道微環(huán)境的同時，還可通過調節(jié)腸道免疫信號通路產生細胞因子，減輕宿主炎癥并增強腸上皮的功能，維持腸道內環(huán)境穩(wěn)態(tài)[76-77]。脆弱擬桿菌能表達8種莢膜多糖(A～H)[78]，其中，免疫調節(jié)能力最強的是莢膜多糖A (PSA)，PSA的四糖重復單元具有兩性離子多糖結構(包含正電荷和負電荷)，這種特殊的莢膜多糖結構使PSA可直接作為T細胞抗原來調節(jié)T細胞作用[79]。PSA誘導T細胞的活化必須通過抗原提呈細胞(APC)處理，遞呈一段多糖(類似于提呈抗原肽的方式)到主要組織相容性復合體Ⅱ類(MHC-Ⅱ)分子上[79-80]，多糖與T細胞上的α-β T細胞受體(TCR)相互作用，進而刺激CD4+T細胞產生IL-10[81]，IL-10可以抑制腸道和全身(包括大腦)的致病性炎癥[82](如圖1)。此外，PSA還可與T細胞上的Toll樣受體2(TLR2)結合直接作用于FoxP3+調節(jié)性T細胞(Tregs)，在促進IL-10產生的同時抑制輔助性T細胞17(Th17)反應和白細胞介素17(IL-17)的產生(IL-17可促進腸道膿腫的形成)，保護宿主免受腸道炎癥的影響，同時促進脆弱擬桿菌在宿主腸道中獨特的黏膜生態(tài)位定植[83]。研究顯示，無菌小鼠的輔助性T細胞2(Th2)扭曲分布，比常規(guī)動物表達更高水平的Th2型細胞因子[如白細胞介素4(IL-4)]，這使宿主更容易被感染并產生過敏和炎癥性疾病[84]，而PSA可作用于輔助性T 細胞1(Th1)，誘導宿主建立適當的Th1/ Th2平衡來促進腸道或脾內的動態(tài)平衡和免疫系統(tǒng)的發(fā)育[80, 84]，從而與宿主建立有益的共生關系。

5 莢膜多糖的應用

5.1 PSA在疾病預防與治療中的應用

多糖被普遍地認為是不依賴于T細胞的抗原，不會誘導輔助性T細胞的激活和刺激B細胞中Ig類的轉換或免疫記憶[86]，但PSA現被證明可激活T細胞群，通過抑制致病性炎癥細胞來預防各種炎癥性疾病[87]。有研究顯示，PSA能夠介導免疫系統(tǒng)的發(fā)育，將無菌小鼠缺少的T細胞擴增到常規(guī)小鼠的水平[83]。實際上，PSA本身也能夠抑制IL-1β誘導的人原代胎兒小腸細胞系(H4細胞)的炎癥，預防壞死性小腸結腸炎(NEC)[88]。純化的PSA還可用于預防H型肝炎引起的小鼠結腸炎[81]。

除調節(jié)腸道炎癥反應外，PSA也可用于預防或治療腸道外疾病(例如腦、肺)。PSA通過與腸道駐留的漿母細胞結合，誘導CD4+T細胞和CD8+T細胞分泌IL-10和γ-干擾素(IFN-γ)，從而減輕腦干炎癥并預防致死性單純皰疹病毒性腦炎(HSE)[85, 89]。研究顯示，口服純化的PSA對預防和治療小鼠腦脊髓炎(EAE)也具有保護作用[87]。在誘導氣管炎癥之前，口服PSA或轉移PSA免疫小鼠脾T細胞能夠防止白細胞浸潤和肺部病變，可預防哮喘(asthma)的發(fā)生[90]。此外，PSA誘導FoxP3+調節(jié)性T細胞產生的IL-10，還可預防肺部炎癥[91]。

5.2 CPS疫苗

莢膜多糖作為毒力因子，可用于制備疫苗來預防相應病原引起的感染，但大部分病原的莢膜多糖免疫原性較差，需與蛋白質載體結合才能更好地觸發(fā)保護性和記憶性B細胞反應，最常見的載體蛋白包括破傷風類毒素和白喉毒素的無毒突變體CRM197[92]。以血清2型豬鏈球菌莢膜多糖與破傷風類毒素偶聯(lián)制備的莢膜多糖復合疫苗，能夠促進抗莢膜多糖的IgG抗體產生，在動物試驗中也表現出良好的免疫原性和誘導保護作用，此疫苗與佐劑結合使用，還能夠在小鼠和豬體內誘導有效的IgM和同型轉換的IgG[93]。大量研究表明，莢膜多糖載體結合疫苗比非結合疫苗具有更好的免疫原性，結合疫苗能夠誘導宿主產生更高水平的抗體[92]。如采用全長乙型肝炎病毒核心抗原病毒樣顆粒(HBc VLPs)作為新型載體蛋白，將不同長度(2、5和10 ku)的異雙功能聚乙二醇(PEG)與C群腦膜炎耐瑟菌莢膜多糖偶聯(lián)，制備的CPS-PEG-HBc結合疫苗誘導宿主產生特異性IgG滴度比普通莢膜多糖疫苗高10倍左右，且對宿主的親和力、產生功能性抗體和免疫記憶顯著增強[94]。

圖1 PSA免疫調節(jié)通路及對宿主疾病的預防和治療[80, 83, 85]Fig.1 PSA immunoregulation pathway and prevention and treatment of host diseases[80, 83, 85]

6 小結與展望

莢膜多糖既可作為毒力因子逃避宿主免疫監(jiān)視促進致病性感染，也可抑制炎癥反應，促進宿主免疫功能，增強宿主對病原菌的抵抗能力，并在其生長繁殖和應對不良環(huán)境過程中起著關鍵作用。本課題組主要研究了牛源A型多殺性巴氏桿菌莢膜多糖對宿主的免疫調控作用，在多殺性巴氏桿菌莢膜多糖劑量差異調動宿主免疫反應的模式機制及是否存在促其他病原免疫保護性方面取得了部分進展，并且多殺性巴氏桿菌弱毒株本身也可以作為疫苗進行開發(fā)，研究清楚弱毒株莢膜多糖致病機制可以將其應用于臨床流行菌株來開發(fā)使用范圍更廣的弱毒株疫苗。目前，雖然莢膜多糖結合疫苗均發(fā)揮了良好的作用，但其主要組織相容性復合體Ⅱ類(MHC-Ⅱ)表位的確切性質目前尚不清楚，并且莢膜多糖致病和免疫調控機制的關鍵分子也還有待進一步研究。從莢膜多糖合成調控、功能到其致病性和免疫調控能力探討，再到莢膜多糖高效疫苗及莢膜多糖預防或治療疾病的模擬應用，仍是莢膜多糖今后研究的方向。