伯氏疏螺旋体补体调节因子捕获表面蛋白介导其补体逃逸机制的研究进展

陈泰桂，罗丽莎，李连保，计震华，简苗苗，丁喆，宝福凯，4，5，6#，柳爱华，3，5，6#

(1. 昆明医科大学 云南省高校热带传染病重点实验室，昆明 650500；2. 昆明医科大学 病原生物学与免疫学系，昆明 650500；3. 昆明医科大学 生物化学与分子生物学系，昆明 650500； 4. 昆明市儿童医院 云南省儿童重大疾病研究重点实验室，昆明 650300；5. 昆明医科大学 热带医学研究所，昆明 650500；6. 云南省热带病示范型国际科技合作基地，昆明 650500)

莱姆病(Lyme disease，LD)是一种由伯氏疏螺旋体(Borreliaburgdorferi)感染引起的自然疫源性疾病，于1976年在美国康涅狄格州莱姆镇被发现，由Steere等[1]于1977年首次报道，是最常见的蜱传播疾病之一。LD分布广泛，于1992年被世界卫生组织列入重点防治研究对象。目前世界范围内已有八十多个国家报告LD的存在，美洲、亚洲、北非、欧洲均有人群感染，且蜱所致人患LD呈现出区域扩展趋势[2，3]。近年来，关于LD免疫反应方面的研究在动物模型上取得了一系列突破性进展。新一代测序技术的出现也彻底改变了LD致病机制的研究方式。然而，人们对伯氏疏螺旋体如何从蜱传播到哺乳动物并维持其传播过程仍然知之甚少[4]。

伯氏疏螺旋体作为LD的病原体，它利用多种策略感染宿主，并克服宿主的固有和适应性免疫反应[5]。其中，补体系统是伯氏疏螺旋体必须克服以建立哺乳动物宿主感染的主要固有免疫防御机制[6]。许多病原体在感染哺乳动物宿主时具有自身进化机制，常见机制是在其表面捕获宿主补体调节剂，这可以帮助它们在感染宿主时逃避其补体激活与杀伤作用[7]。体外培养伯氏疏螺旋体分离株的研究显示，它在人血清中的存活能力与其表面的补体调节因子捕获表面蛋白(complement regulator-acquiring surface protein，CRASP)的表达量相关，该蛋白通过与补体调节H因子(foctor H, FH)家族的一种或多种宿主蛋白结合使伯氏疏螺旋体能够抑制旁路途径激活并阻止细胞表面形成攻膜复合物(membrane attack complex，MAC)，辅助伯氏疏螺旋体逃避宿主的免疫杀伤[8-10]。

1 CRASP和FH

1.1 CRASP的特性及分类CRASP是定位于伯氏疏螺旋体表面几种不同脂蛋白的统称，可以与宿主FH家族的一种或多种蛋白结合。迄今为止，通过伯氏疏螺旋体抗血清鉴定出5种CRASP，分别为： CRASP-1、CRASP-2、CRASP-3、CRASP-4和CRASP-5[6，11-12](表1)。

不同的CRASP会在伯氏疏螺旋体感染周期中不同阶段表达。CRASP-1仅在伯氏疏螺旋体从蜱传播到宿主又从宿主回到蜱体内的阶段表达[13]。CRASP-2在哺乳动物感染期间表达，但它不是哺乳动物发生感染所必需的[12]。CRASP-3、CRASP-4、CRASP-5在哺乳动物感染期间表达，在蜱定植期间受到较大程度的抑制[14]。CRASP-3可以与CRASP-1和(或)CRASP-2协同作用，以帮助伯氏疏螺旋体逃避补体介导的杀伤作用[15]。

表1 伯氏疏螺旋体CRASP的分类

1.2 补体系统的激活途径在伯氏疏螺旋体传播期间，宿主免疫系统试图通过补体介导的杀伤作用、吞噬作用和细胞免疫作用清除病原体。补体系统由血浆和膜相关蛋白组成，是宿主固有免疫防御机制之一。宿主补体系统成分广泛分布于体液中，可以多途径激活并介导对感染的有效反应。补体的激活可以通过3种不同的途径：经典途径、凝集素途径和旁路途径[16-17]。补体主要通过以下方式引发机体免疫反应：(1)调理作用引发吞噬作用；(2)释放趋化肽介导炎症反应；(3)MAC裂解细胞。特定的适应性免疫反应发生前，结合于病原体表面的C3可以自发激活旁路途径，触发一系列酶促事件，导致MAC的形成。

1.3 FH的结构及特性FH及其补体调节H因子样蛋白-1(factor H-like protein 1，FHL-1)是补体旁路途径的主要调节蛋白。FH是一种相对分子质量150 000的可溶性蛋白，由人体多种类型的细胞(如肝细胞、成纤维细胞、单核细胞、内皮细胞)产生。FH由20个补体控制蛋白(complement control protein，CCP)模块组成，包含2个末端的C3b结合区和2个聚阴离子宿主标志物结合区[18]。FHL-1是FH的可变剪接产物，FHL-1与FH的N末端共享配体结合区域和补体调节活性区域，但FHL-1仅含前7个CCP模块和4个独特氨基酸的羧基末端。因此，FHL-1含有N端FH调节位点和1个糖胺聚糖识别位点，但缺少C端C3b结合区和CCP19-20模块[19]。

FH可作为I因子介导C3b降解的辅因子，裂解C3b导致其失活(辅助剂活性)；还可通过与B因子竞争性结合C3b调节旁路途径中C3b转化酶(C3bBb)的形成[20]。并且FH还可以加速C3转化酶的衰变，进一步在C3b水平上控制补体激活[21-22]。FHL-1可在C3及上游水平抑制补体系统激活[23]。FH还可与宿主表面的聚阴离子宿主标志物(如：唾液酸和糖胺聚糖)结合以抑制补体系统的激活，从而维持伯氏疏螺旋体免受补体系统攻击的能力。

2 CRASP调节补体因子活性的机制

哺乳动物体内的补体调节因子以特定方式与不同补体成分相互作用，使其激活和抑制处于平衡状态，既能防止对自身组织造成损伤，又能有效杀灭外来病原微生物。在免疫系统中，补体系统直接激活会使活化产物沉积形成MAC，在细胞膜中形成孔洞，导致细胞裂解，以杀灭外来病原体[24]。因此，抵抗哺乳动物补体系统的清除能力是伯氏疏螺旋体在宿主中存活的重要环节。哺乳动物宿主体内许多病原体通过招募补体调节剂的方式，实现逃避宿主补体的杀伤作用。

伯氏疏螺旋体采用的逃避策略主要为，在补体激活的旁路途径中，通过CRASP在表面募集FH和FHL-1，抑制旁路途径补体激活并阻止细胞表面形成MAC，帮助螺旋体逃避补体的杀伤作用[25]。这种补体逃逸机制对于伯氏疏螺旋体这类生长缓慢的病原体尤为重要。在CRASP的结合能力中，CRASP-1和CRASP-2结合FH和FHL-1，而FHL-1缺乏FH CCP-20模块，故CRASP-3、CRASP-4和CRASP-5仅结合FH[26]。CRASP结合FH的过程中，每种CRASP的相对亲和力随补体调节因子FH和FHL-1的变化而变化，并且FH会保持本身的活性构象，使得其能正常发挥抑制补体活化的作用[27]。

3 CRASP与伯氏疏螺旋体致病的关系

伯氏疏螺旋体主要以脊椎动物，如小型哺乳动物或鸟类为宿主，以硬蜱属蜱类为传播媒介。由于伯氏疏螺旋体必须经过蜱类叮咬动物传播，进一步增加了伯氏疏螺旋体与蜱和脊椎动物宿主之间相互作用的复杂性，使得其能适应不同生存环境的挑战[10]。伯氏疏螺旋体在从蜱传播到哺乳动物的过程中，所表达的外表面蛋白会随所处环境的不同而不断变化。幼蜱吸食已感染伯氏疏螺旋体的动物血后感染伯氏疏螺旋体，随后伯氏疏螺旋体上调外表面蛋白OspA和OspB，以帮助自身成功定植于蜱虫体内。为进一步成功感染其他哺乳动物宿主，伯氏疏螺旋体需从蜱的肠道迁移至蜱唾液腺，此时，OspA和OspB表达减少而OspC表达增加[28]。当蜱虫叮咬其他宿主时，将伯氏疏螺旋体传播到宿主的血液和皮肤，伯氏疏螺旋体会扩散至远处的组织中建立持续感染[29]。当感染伯氏疏螺旋体的蜱吸食人类血液或组织液时，会将病原体传播至人体内，导致LD的发生。

在伯氏疏螺旋体感染宿主的进化过程中CRASP对宿主体内的补体调节蛋白有很强的亲和力和结合力，能有效支持伯氏疏螺旋体在多种哺乳动物中实现免疫逃逸。CRASP-1主要为伯氏疏螺旋体提供针对宿主补体系统的抗性[30]。CRASP-2结合FH和FHL-1可保护伯氏疏螺旋体免受补体介导的杀伤作用，但也有研究表明，有的CRASP-2突变体对补体介导的体外杀伤作用不敏感，因此CRASP-2对于宿主中伯氏疏螺旋体持久存活不是必需的[31]。Erp蛋白(CRASP-3、CRASP-4、CRASP-5)在哺乳动物感染期间产生，但在蜱定植期间受到很大抑制。虽然表达水平随时间变化，但伯氏疏螺旋体在整个哺乳动物感染过程中会不断合成Erp蛋白[6]。有研究表明，Erp蛋白基因在伯氏疏螺旋体遇到哺乳动物宿主血清的所有阶段都会被转录[10]。在Erp蛋白家族中ErpP、ErpC和ErpA蛋白结构非常相似，共享约90%的氨基酸序列，但依赖于各自Erp蛋白的特异性识别基序，它们结合补体调节因子(如FH和FHL-1)的能力有所不同，而这也成为伯氏疏螺旋体在特定宿主中存活的一个关键因素[32]。

2007年，Woodman等[33]研究中还发现，WT和FH缺陷型小鼠都可被伯氏疏螺旋体同等程度地感染，说明CRASP可能不是促成补体抗性和伯氏疏螺旋体成功感染哺乳动物的唯一机制[10]。在伯氏疏螺旋体表面表达的CRASP存在着相互合作机制，其功能远远不止结合FH，CRASP与FH或其他类似的宿主蛋白结合，可能还发挥其他功能，例如对宿主组织的黏附作用。因此，CRASP结合FH以逃避补体系统的杀伤作用，对于伯氏疏螺旋体有效感染哺乳动物可能不是必需的。

4 结语

在伯氏疏螺旋体传播期间，除了上文中提到的CRASP，伯氏疏螺旋体还可利用其他直接干扰不同补体成分的分子如BBK32、BGA66、BGA71和CD59样蛋白或分子，结合FH、FHL-1、FH相关蛋白FHR-1、FHR-2或C4Bp等各种补体调节剂间接抵抗补体系统激活，实现免疫补体逃逸。文章通过对补体调节因子FH和FHL-1在伯氏疏螺旋体补体逃逸过程中发挥的关键性作用概述，提高了对伯氏疏螺旋体逃逸免疫防御能力而存活机制的认识，也为研究LD的发病机制开辟了一条新途径。通过对伯氏疏螺旋体-补体系统-补体调节因子的联合分析总结，可以更加深入了解LD的发病机制，为探索LD发病机制和防治提供科学依据和新思路。同时深入探究伯氏疏螺旋体补体抗性的其他机制，有助于进一步开发直接靶向这些蛋白质的有效疫苗。