肺炎支原體致病機製的研究進展
綜述
作者:張會敏 馬宏
[摘要] 肺炎支原體是社區獲得性肺炎的常見病原體,致病機製主要包括其對氣道上皮細胞的黏附作用,產生氧化應激;釋放 CARDS 毒素,導致氣道損傷;通過細胞免疫和體液免疫,引起長期感染或自身免疫反應。肺炎支原體還可導致多髒器的損傷,然而其致病機製尚未明確。肺炎支原體感染後可通過血液、淋巴液向遠處傳播,直接損傷器官;或者形成循環或原位免疫複合物,誘發機體免疫反應,伴或不伴有血液高凝狀態。文章係統綜述了目前肺炎支原體致病機製的研究結果。
[關鍵詞] 肺炎支原體;致病機製;病原體
[中圖分類號] R725.6 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701(2015)19-0157-04
肺炎支原體是社區獲得性肺炎的常見病原體,除了可引起呼吸係統疾病外還可導致多髒器、係統的損傷,對患兒有一定的影響,其致病機製的研究為臨床的診斷、治療提供了依據。
1 肺炎支原體的生物學特性
肺炎支原體(mycoplasma pneumoniae,MP)屬於柔膜菌綱,無細胞壁結構,由胞膜包裹,是一種可以自主複製的最小的原核生物。肺炎支原體細胞膜表麵具有特異性的膜抗原和胞漿抗原。
肺炎支原體基因組是環狀雙股 DNA,全基因組測序已完成,G+C含量為40%,含有689個開放閱讀框(ORF)[1]。在肺炎支原體感染中,肺炎支原體對宿主細胞的黏附與定植主要通過黏附素完成的,而 P1 基因起著主要作用[2]。P1 基因是由4884個堿基組成的單拷貝區,其中A+T含量約46%,編碼一個由1627個氨基酸組成的蛋白質[3]。P1 基因含有大量重複序列,如RepMP2/3、RepMP4和 RepM5,依據重複序列之間的不同,肺炎支原體可分為 P1-Ⅰ型和 P1-Ⅱ型[4]。
菌株自身或者菌株間重複序列發生突變或重組會導致p1基因序列變化,使其抗原性發生改變,導致機體無法有效識別,從而逃避了機體的有效清除,並影響了肺炎支原體的致病能力,使毒力更強的肺炎支原體菌株更易於存活。Nilsson等[5]研究發現肺炎支原體感染的嚴重程度與肺炎支原體定量有相關性,與基因亞型無明顯相關性。
2 肺炎支原體的致病機製
肺炎支原體致病機製的研究不斷增多,但是肺炎支原體引起的機體免疫反應和多髒器損傷的機製並不是十分清楚[6-7]。多年以來人們通過體外培養和動物模型不斷探索肺炎支原體的致病機製,主要集中在以下幾種觀點。
2.1粘附作用
從1960年至今通過動物模型或是體外細胞、器官培養的研究表明肺炎支原體對呼吸道上皮細胞的黏附作用是引起細胞損傷和肺炎支原體增殖的先決條件[8]。粘附作用使其避免了呼吸道纖毛細胞的清除並於局部產生細胞毒性作用,造成損傷。由於肺炎支原體缺乏細胞壁,粘附於宿主細胞膜表麵後模仿宿主細胞的胞膜結構,逃逸機體的免疫應答,可長期存在於宿主細胞體內[9],引起慢性感染和無症狀攜帶。肺炎支原體的粘附結構包括P1、P30、P65、HMW1、HMW3蛋白以及蛋白A,B和C[10]。蛋白P1和P30似乎直接參與粘附過程[11,12]。蛋白B和C雖然沒有直接參與粘附過程但是必不可少的輔助結構。肺炎支原體吸附在細胞膜表麵後可伸出微管插入細胞內並釋放過氧化氫和超氧遊離基。這些物質和宿主細胞產生的內源性毒性氧分子相互作用,可造成細胞腫脹、溶解、壞死[13]。
2.2細胞毒性作用
研究表明肺炎支原體也具有細胞毒性作用,Kannan和Baseman[14]在實驗中發現了肺炎支原體相關致病因子MPN372,其N端含有二磷酸腺苷-核糖轉移酶(adenosine diphosphate-ribosyltransferase,ADP-ribosyltransferase),在感染過程中起著重要作用,其結構與百日咳毒素類似,可與活化蛋白A結合,通過網格蛋白介導進入細胞,引起呼吸道柱狀上皮纖毛減少甚至缺失,阻礙氨基酸的攝取、大分子合成等過程,最終導致感染細胞損傷。根據肺炎支原體臨床特征,毒素蛋白又稱社區獲得性呼吸窘迫綜合征(community-acquired respiratory distress syndrome,CARDS)毒素。Bose S[15]研究發現CARDS毒素和機體的NOD樣受體-3(NALP3)分子進行反應,激活IL-1 β(interleukin-1 β,IL-1 β)和半胱天冬酶-1(caspase-1),形成炎症小體,激活一係列的炎症反應。當CARDS毒素過度激活炎症反應時損傷機體,導致組織損傷,加重病情。
2.3細胞免疫
肺炎支原體的細胞膜抗原為糖脂類,並且存在宿主細胞相同的糖脂類抗原。肺炎支原體對T淋巴細胞和B淋巴細胞有絲裂原作用,刺激T淋巴細胞和B淋巴細胞產生自身抗體,導致病理性免疫反應。肺炎支原體感染後的免疫反應[24]可見淋巴細胞、免疫球蛋白的生成增多,同時可釋放腫瘤壞死因子(TNF-α),γ幹擾素(IFN-γ)和各種白細胞介素(包括IL-1α、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18)。多種因子作用於巨噬細胞、膠質細胞等,從而介導廣泛的免疫反應,進而激活抗自身T淋巴細胞的抗體,導致細胞因子產生減少或紊亂,破壞正常T淋巴細胞亞群的Th1/Th2比例[16,17],Th2亞群功能占優勢,導致機體免疫功能減低,免疫調節功能發生紊亂,產生自身免疫反應。Th2 細胞分化致 IL-4 增加,促進 B 細胞產生大量特異性 IgE,並促使嗜酸粒細胞在氣道內聚集產生大量炎性物質及氣道高反應[18]。Atkinson等[19]認為肺炎支原體的表麵抗原變異、重組和宿主細胞的免疫缺陷機製密切相關。免疫功能缺陷時感染後無法產生抗體,使肺炎支原體的感染長期存在。肺炎支原體與人類的CD4+和Ⅱ類主要組織相容性抗原的氨基酸序列具有同源性,可以產生相應的自身抗體,與組織細胞表麵Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)TLR2和TLR6結合,激活核因子NF-κB,引起炎症反應,促使淋巴細胞、單核巨噬細胞等免疫細胞凋亡,大量免疫因子的消耗加重機體免疫功能的損傷[20]。
肺炎支原體感染宿主細胞後Treg細胞在免疫反應中起了重要作用[21]。傳統觀點認為輔助T1細胞(Th1細胞)介導的細胞免疫是主要的抗感染機製,Th2細胞增強免疫反應,有研究發現Treg細胞在肺炎支原體感染後可引起細胞的免疫反應。Treg細胞促進肺炎支原體感染後的特異性CD4+ T細胞分泌腫瘤幹擾素IFN-γ和白細胞介素IL-17,抑製炎症反應的發生。此外,Treg細胞還可耗竭細胞免疫應答中產生的Th2細胞。
2.4體液免疫