刚地弓形虫与出生缺陷及其入侵机制研究进展

徐溯 武逸人 劳祥达 宋黎 毛佐华

（复旦大学上海医学院病原生物学系，上海 200032）

刚地弓形虫（Toxoplasma gondii）是一种专性细胞内寄生原虫，可感染几乎所有恒温动物。作为重要的机会致病原虫，弓形虫感染是导致免疫功能损伤或免疫缺陷患者，如艾滋病、器官移植及恶性肿瘤患者死亡重要原因之一，也是重要的致畸性病原生物体。孕妇感染可影响胎儿的发育，导致流产、畸胎、死胎、早产、出生缺陷等先天性弓形虫病。近年来，随着城市人口的增加，宠物饲养（尤其是猫）的队伍不断扩大，加上饮食卫生习惯等原因，弓形虫感染的潜在危险加大。本文就当前弓形虫的研究热点综述如下。

1 弓形虫病的流行

弓形虫病是在世界范围内感染最普遍的人兽共患寄生虫病之一。据统计，全世界有超过10亿人感染了弓形虫。我国是发现弓形虫病最早的亚洲国家，不同地区感染率相差悬殊。国内多数地区的调查发现血清阳性率约5%～15%，平均8.5%，远低于一些西方国家，这可能与生活和饮食习惯有关。从1995～2002年的统计数据来看，中国弓形虫感染人数已达6 100多万，育龄妇女感染约1 300～1 500万人，其中孕妇感染占6.25%～32.9%，每年约有9万多名新生儿受侵［1］。

2 弓形虫感染与出生缺陷的关系

对1 000名精神病患者及其母亲弓形虫抗体调查发现，这些人的弓形虫感染率高达15%～25%，感染率明显比正常人群高。大多数精神病患者的母亲在孕期都曾经与猫、狗等宠物有过密切接触。对血清抗弓形虫抗体与精神病之间关系的研究表明弓形虫感染和精神病的发病之间可能有关［1，2］。国内研究者曾对600名精神病患者进行血清IgG抗体检测，结果显示精神病患者抗体阳性率为13.7%，明显高于对照组（3%～4.5%）。而IgG和Ig M抗体阳性率，患者组分别为13.7%和5.3%，高于合并对照组（即正常对照组合并疾病对照组）分别为3.8%和2.8%；患者母亲组分别为19.4%和9.1%，高于患者组和合并对照组［3］。一项50年内针对17个国家关于精神病患者血清弓形虫抗体的文章分析显示，弓形虫感染与精神病发病显著相关［4］。

此外，智障儿童弓形虫感染显著高于正常人［5，6］。国内一项研究同时对临床诊断为弱智、智力欠佳和健康的儿童血清标本进行弓形虫特异性抗体检测，结果显示，弱智儿童的平均阳性检出率为20.69%，高于智力欠佳儿童组4.76%，明显高于正常对照1.96%［5］。

3 弓形虫的致病

3.1 先天性弓形虫病

正常成年人感染弓形虫后，绝大多数并没什么症状或症状很轻，且能自愈。但弓形虫一旦由母亲传染给胎儿，则可引起流产、死胎、畸形或出生缺陷。

先天性弓形虫病主要有以下表现：

①智障、眼和脑疾病 约有30%～46%能传给胎儿。胎儿损伤程度与胎龄呈反相关系。即感染发生越早，胎儿受损越严重。如感染发生在胎龄1～3个月，多引起流产、死产或生下无生活能力儿、发育缺陷儿。在胎龄4～6个月，多出现死胎、早产和严重的脑、眼疾患。当胎龄7～9个月，胎儿已逐渐成熟，发育可以正常，但可有早产，或出生数月或数年后，才逐渐出现症状，如心脏畸形、心传导阻滞、耳聋、小头畸形或智力低下（IQ＜70）。

②其他器官疾病 不论早产或足月产，均可有先天性畸形等发生。主要表现有无脑儿、单眼、小眼畸形、小眼睑、高度近视、斜视、眼球震颤、先天性耳聋、无臂、无足、畸形足、缺指趾、指趾发育不全、趾合并或多指趾、食道瘘管、食道闭锁、无肛门、两性畸形（双阴道、阴茎短、尿道下裂）、雌雄同体、生殖器官缺陷、双侧多囊肾、脐疝伴内脏外翻、单头脑积水联体畸胎、漏斗胸、腹壁缺损、大肠外翻、以及婴儿肝炎综合征（多脏器病变）等。各种畸形有单发或多发［7］。

③弓形虫感染可以直接影响儿童智力。

3.2 获得性弓形虫病

指出生后人体经食入弓形虫感染所致。绝大多数弓形虫感染为隐形感染，当机体免疫功能底下时导致多器官病变，严重者可致死亡，多见免疫缺陷患者，如艾滋病、器官移植及恶性肿瘤患者等［7］。

4 弓形虫的入侵机制

弓形虫的致病作用不仅与虫株毒力、宿主免疫状态有关，近年来研究表明弓形虫入侵宿主细胞与致病关系密切，入侵相关蛋白与弓形虫的毒力关联。

4.1 弓形虫入侵宿主细胞的过程

4.1.1 弓形虫入侵宿主细胞的动力装置

弓形虫入侵宿主细胞主要依靠一种被称为“滑行运动”的具有底物依赖作用的运动，这种运动方式对于弓形虫在组织当中的转移以及入侵宿主都起到了很重要的作用［8，9］。滑行运动并不需要伸出伪足或者发生细胞形状的改变，而是通过一种复杂的线性运动系统实现的。这种运动系统位于弓形虫的质膜和内膜复合体（IMC，inner membrane complex）之间（如图1a，c），滑行运动由肌球蛋白14及肌动蛋白等一系列动力蛋白共同完成［10］，在这个过程中，短的肌动蛋白微丝的形成是决速步骤［11］。图中的长方形方框部分是弓形虫同宿主结合的关键部位（如图1a），图1b则展示了弓形虫入侵结肠腺癌细胞的过程。

图1 弓形虫入侵宿主细胞的动力装置 （采Carruthers，2007）

4.1.2 入侵过程

弓形虫的入侵过程可分为以下7个阶段（见图2）：

图2 弓形虫入侵宿主细胞的过程 （采Carruthers，2007）

① 首先为起始依附（Initial attachment）。起始依附的过程涉及SAG与宿主细胞表面受体的识别。SAG在弓形虫细胞表面广泛分布，其作用为使弓形虫与宿主细胞表面以低亲和力在侧面相互作用。起始依附的过程是可逆的，若虫体在机体内遇到不适合的细胞，或是入侵的条件不理想时，可脱离依附的细胞。

②起始依附之后是顶端依附（apical attachment）。弓形虫微线体密集地分布在虫体的顶端，在虫体内钙离子水平升高时释放出微线体蛋白（MIC）到虫体外，与宿主细胞受体相互作用。微线体蛋白上有多种黏附结构域，使弓形虫能黏附在任何细胞上。

③ 弓形虫入侵的第三步为移动连接体（moving junction，MJ）的形成。MJ为一环状结构，由AMA1和RON蛋白结合而成，可在弓形虫顶端与宿主细胞之间形成一小于6nm的亲密结合界面。

④在MJ环形成的同时，虫体释放ROP注入宿主细胞，其中有些ROP连结在纳虫泡上，其他则移至宿主细胞的其他位点。

表1 弓形虫SAG主要特点及其功能

表2 弓形虫MIC的特点及主要功能

⑤ 在入侵（invasion）的过程中，虫体在其原生质膜下的肌动-肌球蛋白马达所产生的自身滑动力作用下，迅速挤过连接区域，进入宿主细胞内。随着虫体的进入，MJ环也从前方移至后方，虫体内陷形成纳虫泡。

⑥当虫体完全进入细胞后，MJ环在虫体后方融合，完成关闭（closure）。

⑦最后，纳虫泡膜和宿主细胞膜分裂，即为分离（separation）［12］。

4.2 与入侵宿主细胞相关的重要蛋白

弓形虫几乎可以侵入除红细胞外所有的有核细胞，入侵机制与“受体—配体”以及宿主细胞间的相互作用有关，也是致病的重要一环。入侵过程和虫体纳虫泡的演变及修饰与虫体表面蛋白、微线体蛋白、棒状体蛋白关系十分密切。

4.2.1 表面抗原（surface antigen，SAG）

在弓形虫入侵宿主细胞的过程中，SAG发挥着十分重要的作用［9，13，14］。目前已经发现的SAG 有数十种（见表1），而较为重要的是SAG1、SAG2A、SAG3三种蛋白。另外，SRS3、SAG4A和BSR4同样可产生编码的蛋白，其功能与前三种蛋白有相似之处［15］。

4.2.2 微线体蛋白（microneme protein，MIC）

微线体蛋白位于弓形虫前端的微线体中，该蛋白含有类似真核细胞黏附分子的保守结构域，如血小板结合蛋白样结构域（thrombospondinlikedomain，TSP）、整合素 A 样结构域 （integrin A-like domain）、表皮生长因子样结构域（EGF-like domain）、几丁质结合结构域（chitin binding-like domain，CBL）等。其中一些与弓形虫入侵宿主细胞有关，如微线体蛋白可与宿主细胞膜受体作用后形成移动接点（moving junction）入侵细胞［16，17］。

目前已知的微线体蛋白有15种以上（见表2），包括MIC1-MIC13、AMA1、TgSPATR等。微线体蛋白在分泌、运输和释放过程中，常以复合体形式起作用，己知的有 MIC1／4／6复合体、MIC3／8复合体和MIC2／M2 AP复合体［17，18］。在每一个复合体内，必有一个蛋白含有一个跨膜域和一个胞质尾，胞质尾含有定位选择信号，这是复合体从内质网运输到微线体的相关部位所必需的，这种蛋白被定义为“护航蛋白”，如MIC8、MIC6和M2AP。与护航蛋白结合的可溶性蛋白具有能与宿主细胞表面结合的结构域［19-22］。

表3 弓形虫特异性ROP的特点及主要功能

4.2.3 棒状体蛋白（Rhoptry proteins）

根据棒状体结构不同来源主要分为球端蛋白（rhoptry bulb，ROP）和颈端蛋白（rhoptry neck，RON），业已发现18种ROP（见表3）以及5种RON蛋白［23］，后 者 蛋 白 RON2，4，5 与 微 线 体 蛋 白AMA1聚集的复合物4是构成移动接点的关键［24］。分泌后的棒状体蛋白定位主要有三：纳虫泡、纳虫泡膜和宿主细胞内（包括细胞核和细胞浆）。

4.2.4 致密颗粒蛋白（dense granule protein，DRA）

目前已知14种致密颗粒体蛋白（见表4），该蛋白功能主要参与改变或修饰纳虫泡，使之更加有利于虫体在细胞内的存活和繁殖。DRA既结合于纳虫泡膜上，也可结合于纳虫泡微管系统，被认为在寄生虫-宿主相互作用中充当重要角色。当GRA被分泌进入纳虫泡后，仅GRA1、磷酸水解酶和蛋白抑制因子存留于纳虫泡腔中，大部分蛋白都结合于膜上，其中，GRA2，4，6形成多聚复合体［25］，而 GRA3，5，7，8，10则直接与纳虫泡膜相连［26-32］。

5 展望

弓形虫病是一种全球分布的人兽共患寄生虫病，因其感染方式多样、危害严重且与出生缺陷密切相关，极大影响我国“优生优育”这一基本国策。目前，国内外对弓形虫的研究面临着严峻的挑战，从广义而言，在弓形虫病的诊断标准、高效安全的药物研制、疫苗开发、致病和免疫机制、预防和健康生活理念的宣传及制定等方面存在诸多问题没有解决。从狭义而言，对弓形虫尚存许多不解之处，如弓形虫与宿主间的相互关系、速殖子与缓殖子转化机制、虫体释放物质如何影响宿主细胞的代谢和基因表达、以及导致智障与出生缺陷等研究处于颈瓶阶段。因此，制定诊断标准、加大力度对弓形虫感染状况调查、在基础、临床以及预防措施等方面加强研究，对提高我国人口素质、优生优育、节约医疗、家庭和社会资源有十分重要的意义。

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