细菌外膜蛋白的研究现状

细 菌 外 膜 蛋 白 的 研 究 现 状

赵香汝3 杨汉春

(中国农业大学动物医学院,北京海淀100094)

外膜在细菌胞浆膜(内膜)和肽聚糖层的外侧,包围整个细菌,是革兰氏阴性菌细胞壁成分中所特有的结构,厚8～10nm,约占细胞壁干重的80%,是典型的非对称性磷脂双层结构,由脂质双层、微孔蛋白、脂蛋白、脂多糖组成[1]。正如细菌的荚膜具有许多功能一样,外膜蛋白对细菌本身和宿主都具有很重要的作用,越来越受到人们的重视。近年来国内外科学工作者主要对外膜蛋白的生理功能、致病作用、免疫原性以及作为疫苗开发方面做了大量研究。

1　外膜蛋白的生理功能　外膜蛋白(OM P)在细菌代谢物质的运输、维持细菌的形态及调节细菌有关物质的合成方面起重要作用。L ath rop,J.T.报道大肠杆菌B tuB基因编码的蛋白质与维生素B12、大肠杆菌素A、噬菌体B F23在外膜中的运输有关,如果改变了B tuB基因结构,就改变了相应蛋白质的性质,失去了正常的运输功能[2]。外膜中的微孔蛋白对某些物质的吸收也有作用[1]。淋病奈瑟氏菌的外膜蛋白P 和P 分子形成复合物共同构成细菌的亲水孔,为细菌代谢所必需,是营养物质渗入和废物排出的通道[3]。大肠杆菌的om pA具有结构方面和新陈代谢方面的作用。大肠杆菌的外膜,特别是它的主要蛋白参与了决定细胞形状的遗传信息的表达。在膜中两种蛋白质的缺失就导致细胞膜的严重改变,主要外膜蛋白 对于维持细胞正常形态很重要,它还作为一个大的载体,在氨基酸的吸收中起重要作用[4～5]。

2　外膜蛋白的免疫原性及外膜蛋白疫苗　外膜蛋白具有免疫原性,不仅可刺激体液免疫而且对细胞免疫亦有刺激作用。夏文浪报道,67kD外膜蛋白特异性较高,是抗原性较强的空肠弯曲菌主要外膜蛋白,在体外对小鼠脾淋巴细胞具有较好的多克隆激活作用[6]。W lertz,E.T.研究证明,脑膜炎双球菌第5类外膜蛋白(op a和op c)和脑膜炎双球菌微孔蛋白具有免疫力,这些蛋白可刺激辅助性T淋巴细胞,从而使B淋巴细胞对第5 3本院研究生类外膜蛋白的反应增强[7],鼠伤寒杆菌的外膜蛋白能够诱导保护性免疫应答,用om p免疫可保护小鼠抵抗500LD50毒性攻击,同时om p还可诱发变态反应,间接表明om p有较强的细胞免疫能力[8],从痢疾志贺氏菌 型中提纯的om p免疫BALB C小鼠,可产生抗体,这种抗体用EL ISA检测可与1型的痢疾志贺氏菌外膜蛋白产生强烈的反应,并且与痢疾志贺氏菌的整个细胞产生反应,与主要外膜蛋白相对应的免疫球蛋白能与福氏志贺氏菌主要外膜蛋白制剂、鲍氏志贺氏菌和宋内氏志贺氏菌的主要外膜蛋白发生交叉反应,这表明om p不仅有抗原性而且与志贺氏菌种有关[9]。Bo lin,-CA用大肠杆菌O78∶K80∶H9的铁调节外膜蛋白免疫兔子制得的抗血清来免疫18日龄的火鸡,2h后能抵抗通过呼吸道接种的同样的大肠杆菌的攻击[10]。这表明外膜蛋白的抗体具有被动免疫保护作用。

细菌的om p具有免疫原性已得到证实,利用om p制成疫苗已不是梦想,海得尔堡沙门氏菌的外膜蛋白与免疫刺激复合物制成疫苗用于免疫火鸡,火鸡能抵抗同种和异种沙门氏菌的攻击[11]。R Ichand,N试验了胸膜肺炎放线菌的om p的免疫原性,发现针对其至少是四种om p的抗体对9种血清型中的多数细菌有交叉保护作用[12]。

细菌的om p还可通过遗传工程进行表达,op rl是绿脓杆菌主要外膜蛋白的一种,作为疫苗对于抵抗绿脓杆菌是有效的。编码o2 p rl的基因已被克隆并在大肠杆菌中表达成功,用表达的op rl免疫小鼠能抵抗绿脓杆菌的攻击[13]。

3　外膜蛋白的致病作用　在很多研究中发现,某些细菌的om p具有致病作用,致病奈瑟氏菌外膜蛋白P 对细菌的存活和致病都起着重要作用。对禽有致病性的大肠杆菌和它的非致病性变异株,它们的毒力不同,曾经认为是由于生长情况不同而引起,K isa,K试验证明它们的生长曲线相似,这就不是由于生长不同而引起的,其原因可能是om p的改变,由于遗传因素而造成的[14]。Fab iana

Fan tinatti等用SD S2PA GE电泳om p发现,非致病性菌株缺少40.7kD a和28.8kD a的两种主要外膜蛋白,这两种蛋白可能在引起禽大肠杆菌败血症的致病过程中有作用[15]。外膜蛋白的致病作用可能是通过以下几个方面来实现的。

首先外膜蛋白对吸附有作用。在大多数感染中,病原微生物只有吸附在机体组织上才能致病。赖平安研究发现,大肠杆菌就是通过菌毛吸附在气管上皮细胞上而实现入侵第一步的[16]。此外吸附作用与外膜蛋白有关。致病性大肠杆菌EPEC的粘附力与55M D a 的大质粒有关,一旦消除了该质粒,便失去了粘附力,而55M D a的大质粒又与94D a的外膜蛋白有关[3]。M o ser等发现空肠弯杆菌外膜蛋白粗提物或纯化的外膜蛋白,在体外试验中对人胚小肠上皮细胞系I N T40的亲合力远远高于其鞭毛提取物。

其次外膜蛋白有助于细菌通过防御屏障。在一般情况下,细菌不易通过血脑屏障,近来Parasadaras,N.N.等发现,引起新生期脑炎的大肠杆菌的om pA在脑微血管内皮细胞的侵入中有作用。om pA+株的侵袭力比om pA-株高25～50倍,多克隆的微量的om pA抗体能抑制om pA+株大肠杆菌对血脑屏障的侵袭[17]。

第三外膜蛋白有助于逃逸免疫防御。将伪结核耶尔森氏菌培养于缺钙条件下,使其能大量表达yopH外膜蛋白,其抑制吞噬作用增强,加入2.5nm Ca++或删除yopH+基因后,抑制吞噬作用的能力被削弱[18]。禽源鼠败血杆菌的50kD a外膜蛋白有抗吞噬作用,针对这种蛋白的抗体能够保护火鸡抵抗致死量的鼠败血杆菌的攻击。50kD a的蛋白是外膜蛋白从3个方面得到了证实。(1)去掉荚膜后整个细胞抗吞噬作用增强;(2)用脂蛋白酶处理无荚膜的细菌后抗吞噬作用消失。

(3)针对外膜蛋白的抗体能中和这种蛋白的抗吞噬作用[19]。Fab iana Fan tinatti也曾报道,致禽败血症的大肠杆菌对血清的抵抗力是由于编码外膜蛋白T raT的共轭质粒的存在,从而使细菌对血清的杀菌活动有抵抗力[15]。

4　外膜蛋白与血清型　高崧等发现om p型可以客观地反映大肠杆菌分离株的遗传相关性,而目前普遍采用的O血清学分型则不能反映这一特性。相同血清型分离株其om p型可以不同,而不同血清型分离株其om p型可能相同[20]。M ark A ch tm an也曾指出,大肠杆菌的克隆关系通过血清型不能反映,在血清型和克隆之间的差异没有一个普遍的规律,他们研究了来自新生儿脑炎、禽败血症、牛乳房炎的O2∶K1大肠杆菌,细菌能在om p型和酶电泳型基础上再划分为不同的克隆组[14]。外膜蛋白是由细菌染色体上的基因或是由质粒编码的,om p型相同的血清型不同的分离株之间可能比相同血清型的不同om p型的分离株之间在遗传上有着更密切的相关性。

细菌的外膜蛋白具有良好的免疫原性,不仅可激发机体的体液免疫,而且还可引起细胞免疫,并且可通过遗传工程技术大量表达,某些细菌的不同血清型间有相同的om p 免疫原,可以产生交叉保护作用,这不仅为开发om p亚单位疫苗提供了理论基础,而且为疾病的诊断提供了特异性抗原,在我国对细菌的om p研究的还较少,今后必将成为细菌领域的研究重点之一。

参考文献

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