分选酶A在金黄色葡萄球菌引起的乳腺炎、菌血症和肺炎致病过程中的作用

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转肽酶分选酶A(SrtA)能够将携带LPXTG基序分选信号的表面蛋白锚定到细胞壁被膜上。这些表面蛋白具有黏附和侵入宿主细胞和组织、逃避机体免疫反应和参与生物被膜形成等生物学功能。为了深入研究分选酶A在金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,简称金葡菌)致病过程中的作用,我们选择金葡菌Newman D2C菌株进行体内研究。因为这一种菌株不能产生凝固酶和溶血素,所以我们可以排除这两种毒力因子的干扰来研究分选酶A的功能。本实验中,我们通过基因重组的方法成功构建了金葡菌分选酶A基因敲除菌株ΔSrtA。通过免疫荧光的方法,证实金葡菌ΔSrtA不能将表面蛋白A(SpA)锚定到细菌细胞壁肽聚糖上。通过纤连蛋白和纤维蛋白原黏附实验,证实金葡菌减少了对纤维蛋白原和纤连蛋白的黏附能力。我们进一步研究分选酶A在金葡菌引起的小鼠乳腺炎、菌血症和肺炎中的作用。哺乳期BALB/c小鼠经乳导管注射金葡菌,建立了小鼠乳腺炎模型。通过对乳腺组织病理学变化分析和MPO测定,与野生型金葡菌刺激组相比,金葡菌ΔSrtA引起了较弱的炎症反应。通过ELISA的方法,证实金葡菌ΔSrtA减弱了乳腺组织中肿瘤坏死因子-(TNF-)、白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)促炎症因子的释放。通过Westernblot法,证实金葡菌ΔSrtA减少了IκB、p65和p38等分子的降解和磷酸化从而阻断了金葡菌引起的核转录因子κB(NF-κB)和促分裂原激活蛋白激酶(MAPKs)的激活。因此,对于金葡菌引起的乳腺炎来说,SrtA是一个重要的金葡菌毒力因子。金葡菌ΔSrtA可能减少了对宿主细胞的黏附从而抑制了NF-κB和MAPKs信号通路的激活,随后减少了促炎症因子的表达,最终减弱了金葡菌对乳腺炎的易感性。BALB/c小鼠经尾静脉注射金葡菌,建立了小鼠菌血症模型。当小鼠感染2×108CFUs金葡菌时,野生型菌株刺激组和金葡菌ΔSrtA刺激组小鼠均未出现死亡。但是,在小鼠感染金葡菌后5天,在显微镜下观察肾脏组织切片发现,野生型金葡菌感染的小鼠肾脏组织中有大量的细菌聚集,并且大量的炎症性细胞将这些细菌包裹。在金葡菌ΔSrtA感染的小鼠中,没有观察到相似的被炎症性细胞包裹的细菌聚集现象。当小鼠经尾静脉注射较高剂量即1×109CFUs金葡菌时,通过对小鼠存活率分析,发现感染野生型金葡菌的小鼠在感染后3天出现死亡或濒临死亡。但是,金葡菌ΔSrtA感染的小鼠在这一期间甚至观察期间未出现死亡。在金葡菌感染小鼠24小时后,对各组小鼠进行血常规测定,与空白对照组相比,金葡菌感染的小鼠血清中白细胞数和血小板数都显著性减少。但是,野生型金葡菌和金葡菌ΔSrtA感染小鼠之间白细胞数和血小板数并没有显著性差异。随后,采用ELISA的方法,对血清中IL-12p70、 IL-17A、IFNγ和IL-6等促炎症因子进行测定。与野生型金葡菌刺激组小鼠相比,金葡菌ΔSrtA刺激组小鼠血清中IL-12p70、 IL-17AIFNγ和IL-6的含量显著性降低。因此,我们认为分选酶A是金葡菌在宿主器官组织中形成脓肿和持续性感染所必需的。在金葡菌引起的菌血症致病过程中,分选酶A可能通过上调血液中炎症因子的水平而不是早期血细胞的变化从而引起小鼠的死亡。因为金葡菌引起的C57BL/6J小鼠肺炎与人类肺炎在临床病理特征上非常相似,所以我们用C57BL/6J小鼠经鼻腔感染金葡菌临床分离株Newman D2C,建立了小鼠金葡菌肺炎模型来研究分选酶A在金葡菌致病过程的作用。通过对肺脏组织病理学分析,与野生型金葡菌感染组相比,在感染后24小时,金葡菌ΔSrtA感染组小鼠肺脏组织充血比较弱、炎症性细胞浸润减少和肺泡结构完整。与野生型金葡菌感染组相比,金葡菌ΔSrtA刺激组小鼠肺泡灌洗液中TNF-、IL-1β和IL-6的含量显著性降低。通过western blot法证实,与野生型金葡菌刺激组相比,金葡菌ΔSrtA减少肺组织中IκB、 p65、 p38、 ERK和JNK等分子的降解和磷酸化从而减弱了NF-κB和MAPKs信号通路激活。因此,对于金葡菌引起的肺炎来说,分选酶A也是一个重要的金葡菌毒力因子。综上所述,金葡菌分选酶A基因发生缺陷后,减弱了金葡菌引起的小鼠乳腺炎、菌血症和肺炎的炎症反应。对于金葡菌引起的乳腺炎、菌血症和肺炎来说,分选酶A是一个重要的潜在的抗感染靶标。因此,抑制分选酶A的药物是一种有效的治疗金葡菌乳腺炎、菌血症和肺炎的药物。
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