具核梭杆菌与结直肠疾病相关性研究进展

本文原载于《中华临床感染病杂志》年第4期

具核梭杆菌(Fusobacteriumnucleatum,Fn)属拟杆菌科梭杆菌属,是革兰氏阴性无芽孢厌氧菌,是人类口腔和肠道的共生菌群[1,2],在肠道粘液层和结肠腺窝定植[3,4],有5种亚型,分别为具核亚种、多型亚种、梭型亚种、文氏亚种和动物亚种[5]。肠道菌群研究发现,某些结直肠疾病与Fn感染具有明显相关性[6,7,8],推测Fn可能通过血液或经消化道传播,影响结直肠疾病的发生、发展及预后,同时发现Fn能够促进结直肠肿瘤的转移[9,10]。进一步机制研究发现,Fn菌体表面的具核梭杆菌黏附蛋白A(FusobacteriumnucleatumadhesinA,FadA)是介导Fn黏附、侵袭宿主细胞的主要致病因素[11,12]。本文对Fn菌体表面的FadA生物学功能及Fn与结直肠疾病的相关性研究进行综述。

1 具核梭杆菌黏附蛋白A

细菌黏附、侵袭宿主细胞,是机体致病的重要原因[13]。研究发现Fn菌体表面的FadA是介导其发挥黏附、侵袭作用的主要因素[11,14]。FadA具有高度保守性,与已知细菌黏附素无同源性,仅在口腔源性梭菌属表面发现[1,9]。国外学者通过FadA基因互补实验证实,FadA基因缺失组的Fn增殖能力较正常组减慢[11],并且对口腔上皮细胞及中华仓鼠卵巢细胞的黏附、侵袭能力减弱[1]。将FadA基因片段缺失的Fn和正常Fn分别注入孕期小鼠体内,前组较后组小鼠脐带血内的白介素-6(IL-6)、角质细胞趋化因子(KC)及C-反应蛋白(CRP)等炎症因子水平明显降低,推测FadA的表达与Fn的黏附、侵袭、增殖及促炎作用密切相关[15]。

FadA为小分子蛋白,约13.6kD,以未成熟的Pre-FadA和分泌形式的成熟FadA(mFadA)2种方式存在。Pre-FadA由个氨基酸组成,存在于菌体胞膜内侧,与mFadA主要的区别在于,具有由18个氨基酸组成的单个信号肽区域。mFadA由个氨基酸组成,位于菌体胞膜表面,mFadA单体通过亮氨酸链构成非α-螺旋发夹环丝状结构的晶体状态,该结构被证实是Fn发挥作用的重要部位[12,16]。两种形式的FadA可以以不同比例组合形成不同高相对分子质量复合物(FadAc),联通Fn细胞膜内外,介导细菌的黏附、侵袭过程[16,17,18]。不同亚型Fn表面的FadAc中Pre-FadA和mFadA的比例不同。滴度实验发现,FadAc中Pre-FadA只有达到一定比例时,才能够发挥介导细菌黏附、侵袭的生物学作用。研究显示Pre-FadA信号肽区域氨基酸突变,会明显影响Fn的黏附能力,推测Pre-FadA信号肽区域决定FadAc的形态结构进而调控Fn的黏附能力[19]。

国内外学者对Fn致病机制研究发现[20,21],宿主细胞膜上的内皮细胞钙黏蛋白(Endothelialcadherin,E-cadherin)是Fn附着细胞的必需条件,E-cadherin是一种肿瘤抑制因子,在细胞与细胞间的连接发挥重要作用。研究证实Fn无法黏附和侵入不表达E-cadherin的结肠癌细胞,推测E-cadherin是宿主细胞表面FadA的受体[12,20,22]。进一步研究发现FadA与E-cadherin的-区域结合,可使E-cadherin离开细胞与细胞连接处,向胞内转移,血管内皮细胞完整性改变,血管通透性增加,从而使Fn通过E-cadherin介导的细胞间结点穿过血管内皮,进入血液循环播散至机体其它部位。研究还发现,Fn可通过"FadA依赖机制"协助其它细菌的侵入,即FadA通过与E-cadherin结合,增加血管内皮通透性,促进其它微生物的系统性传播[23,24,25]。

2 Fn与结直肠疾病

Fn为口腔源性菌,在消化道内也可检测到,有人提出以下两种可能的播散机制:(1)牙龈袋内的Fn,通过牙龈溃疡入血传播,从而播散至胃肠道,参与某些疾病进展[26];(2)由于吞咽口腔菌,Fn通过胃肠道播散至消化道内[10]。多位学者对各种消化系统疾病患者的Fn感染检出率进行调查,结果如表1。研究显示,Fn在炎症性肠病(Inflammatoryboweldisease,IBD)、结肠腺瘤及结直肠癌(Colorectalcarcinoma,CRC)等病变组织中丰度增加,因此推测Fn可能是上述疾病发生的危险因素之一[7,9,27]。

2.1 Fn与阑尾炎

急性阑尾炎的病因,过去被认为主要是异物阻塞诱发黏膜炎症。Swidsinski等[28]对德国柏林70例急性阑尾炎患者病变组织进行菌群检测,发现菌群感染与阑尾炎发病关系密切,肠道内梭菌属感染检出率为62%,梭菌属以Fn为主,而在正常组织Fn感染检出率1%,俄罗斯及中国地区患者检出率结果与之相近。卡它性阑尾炎患者梭菌属检出率为52%,化脓性阑尾炎患者检出率为70%,均以Fn为主,而急性阑尾炎患者直肠拭子检测未发现梭杆菌[32]。目前发现Fn与阑尾炎发病的相关机制包括:(1)激活细胞信号通路影响细胞骨架结构,包括肌动蛋白、微管等,发挥侵袭作用;(2)诱导外周血单核细胞和外周血多形核细胞的凋亡,从而逃避免疫杀伤细胞;(3)由于细胞壁外膜中存在内毒素,其毒力作用可导致不同程度的肠道炎症反应,诱发阑尾炎。Fn感染可能与阑尾炎密切相关,并且与疾病严重程度呈正相关[32]。

2.2 Fn与IBD

肠黏膜作为消化系统抵御外界侵害的第一道防线,肠上皮细胞合成与释放各种分子在粘膜免疫中发挥重要作用,使机体在疾病与健康状态间保持平衡。IBD患者肠道菌群检测发现,Fn是IBD患者最常见的感染菌之一,IBD患者Fn检出率为50%,对照组检出率为17%,二者差异具有统计学意义[29],这与之前的研究结果相符[32]。年有研究者报道,IBD患者炎症组织中Fn感染检出率为69%[30],IBD患者炎症组织中分离出的Fn较正常对照组分离出的Fn菌株黏附、侵袭能力增强[29,33,34],而IBD患者正常组织中分离出的Fn与正常对照组分离出的Fn侵袭力无明显差异[29,35]。Ohkusa等[36]报道,溃疡性结肠炎患者组织中提取的Fn可以在小鼠中成功诱导出实验性的炎性溃疡。同时研究发现,当Fn感染侵袭上皮细胞,导致粘液素分泌紊乱,引起肠道上皮屏障破坏,粘膜通透性增加,刺激肠上皮细胞释放白介素-8(IL-8)、白介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)及CC类趋化因子-20(CCL-20)等炎症介质[36,37,38],从而招募免疫细胞并引起免疫应答逐级放大,诱发强烈的炎症反应,最终导致组织损伤,IBD的发生机率增加。此外,Fn感染可抑制自噬相关蛋白16-1(ATG16L1)的表达,阻碍自噬体向自噬溶酶体成熟,减弱自噬体对Fn的清除作用,导致Fn持续感染并促进IBD的发生发展[39]。

2.3 Fn与结直肠肿瘤

很多学者对CRC与Fn间的相关性给予了







































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