布氏桿菌病炎癥機(jī)制的研究進(jìn)展

岳曉蓉

摘要：布氏桿菌病是一種人畜共患病，可影響人體各器官、組織、系統(tǒng)，具有高致殘率，近年來，布氏菌病的發(fā)病率逐年增高，流行廣泛，全世界80%的國家都與布氏桿菌病的存在和流行。布氏桿菌病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前尚無明確定義，可能是自身免疫、變態(tài)反應(yīng)、內(nèi)分泌紊亂、免疫抑制以及免疫耐受因素作用的綜合結(jié)果，一些炎癥因子如NLRP 1、NLRC4、NLRP 3、NLRP 6、NLRP 12、AIM 2與銜接蛋白ASC和前caspase-1及IL-18、IL-1β等在布氏桿菌病的致病、慢性化過程及機(jī)體防御機(jī)制中可能發(fā)揮重要作用，NLRP 3可以通過ASC招募caspase-1前體，形成NLRP3炎癥小體并在此平臺激活caspase-1前體，激活后的caspase-1將IL-18和IL-1β前體剪切成成熟的IL-18和IL-1β，其固有免疫作用;NLRP6可能在識別病原體后抑制TLR通路，防止炎癥擴(kuò)大;NLRP12是針對布氏桿菌促炎反應(yīng)的負(fù)調(diào)節(jié)劑，NLRP12抑制體外分泌IL-12，抑制體外MAPK和NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)布氏桿菌感染后包括caspase-1在內(nèi)的某些炎癥小體成分的表達(dá)和IL-1β的分泌。但是目前，尚不清楚哪種類型的炎癥體在急性布魯氏菌病中被激活或不被激活，以及它們與炎癥細(xì)胞因子水平的關(guān)系，因此對布氏桿菌病炎癥機(jī)制的進(jìn)一步研究具有一定意義，可能成為布氏桿菌病診療新的靶點(diǎn)，對疾病早期診斷及改善預(yù)后可能具有深遠(yuǎn)意義。

關(guān)鍵詞：布氏桿菌病 機(jī)制 炎癥因子

【中圖分類號】G306 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1673-9026（2021）11-02

一、研究背景

布氏桿菌是一種兼性胞內(nèi)寄生的革蘭氏陰性細(xì)菌， 分類上為布氏桿菌屬。布氏桿菌屬有6個種， 即牛種、羊種、豬種、綿羊種、犬種和沙林鼠種， 20個生物型， 中國流行的主要是羊（B.melltensis）、牛（B.abortus）、豬 （B.suis）三種布氏桿菌。[1] 其中最常見的為羊布氏桿菌病， 它也是毒性最強(qiáng)的菌種。[2]由布氏桿菌引起的人畜共患病稱為布氏桿菌?。˙rucellosis），它通過吸入及破損皮膚直接或間接接觸動物或動物制品， 如未經(jīng)高溫消毒的牛奶， 奶制品、及動物血液、體液、尸體及其分泌物、流產(chǎn)胎兒等途徑侵入人體引起感染， 感染后可長期持續(xù)性存在， 影響人體任何組織、器官、系統(tǒng)， 具有高致殘性。

二、流行病學(xué)特點(diǎn)

布氏桿菌病流行廣泛，在世界200 多個國家中已有160多個國家和地區(qū)有人畜布氏桿菌病的存在和流行，其主要流行在地中海、東歐、美國南部和中部、亞洲、非洲地區(qū)[6]。據(jù)報(bào)道，全球每年的實(shí)際發(fā)病率大約為500萬至1250萬例。[7]隨著動物疫苗接種和乳制品巴氏殺菌措施的改進(jìn)，在美國和西歐，布魯氏菌病的發(fā)生率有所下降[8];人類感染布氏桿菌的主要途徑， 一方面是通過接觸病畜， 另一方面是通過接觸或食入被布氏桿菌污染的物品及肉奶食品[12]。另外，與個人所從事的職業(yè)也密切相關(guān)， 飼養(yǎng)牲畜的農(nóng)民、牧民、屠宰工、制革工、皮毛工、肉食品加工者及獸醫(yī)的感染率較高[13]。

三.發(fā)病機(jī)制

布氏桿菌經(jīng)皮膚黏膜接觸傳染， 經(jīng)消化道傳染， 也可在空氣中形成氣溶膠而發(fā)生呼吸道傳染。[14]布氏桿菌自損傷的皮膚及粘膜或消化道， 呼吸道進(jìn)入人體后， 首先被吞噬細(xì)胞吞噬， 進(jìn)入淋巴結(jié)， 有時(shí)可在其中存活并生長繁殖形成感染灶， 約2～3周后可進(jìn)入血液循環(huán)產(chǎn)生菌血癥， 繼之在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)如肝， 脾， 骨髓內(nèi)生長形成新的感染病灶， 并可多次反復(fù)沖破細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)中， 則再一次引起菌血癥和臨床急性癥狀[15]。人布氏桿菌病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前尚無明確的定義，大部分學(xué)者認(rèn)為是自身免疫、變態(tài)反應(yīng)、內(nèi)分泌紊亂、免疫抑制以及免疫耐受因素作用的結(jié)果[16];還有一部分學(xué)者認(rèn)為可能是被感染的單核、淋巴細(xì)胞能抵抗細(xì)胞的凋亡，使得被感染細(xì)胞生存時(shí)間延長，從而增加感染的機(jī)會[17]。研究表明布魯菌屬細(xì)胞內(nèi)寄生的病原微生物，首先侵入專職的吞噬細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等，并能在吞噬細(xì)胞中存活并生長繁殖，提示該菌具有逃逸吞噬細(xì)胞的吞噬殺滅功能和抑制細(xì)胞凋亡和細(xì)胞免疫的機(jī)制，從而引起長期的慢性感染[18];也有研究表明布氏桿菌病的發(fā)生發(fā)展過程中布氏桿菌的脂多糖和細(xì)菌本身可能導(dǎo)致人體的過敏，從而引發(fā)全身變態(tài)反應(yīng)，累及多組織、多臟器和多系統(tǒng)[19]。

四.臨床表現(xiàn)

臨床上以間歇性發(fā)熱、多汗、關(guān)節(jié)痛、肝、脾、淋巴結(jié)腫大為主要表現(xiàn)，但近年來不典型病例明顯增多，某些病例還出現(xiàn)過去少見的胃腸道癥狀，肺部和神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥也較前增多，個別病人僅表現(xiàn)為局部癥狀，如發(fā)熱伴睪丸腫痛等，[20]臨床表現(xiàn)不典型，缺乏特異性，疾病的早期診治較困難。

五.炎癥機(jī)制

在宿主中，布氏桿菌主要在巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中存活和復(fù)制，操縱宿主細(xì)胞囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，并產(chǎn)生一個含有布魯氏菌的囊泡（BCV）。布魯氏菌通過virB操縱子編碼的IV型分泌系統(tǒng)（T4SS）將效應(yīng)蛋白傳遞到宿主細(xì)胞質(zhì)中[22]。宿主使用種系編碼的模式識別受體（PRR）（例如TLR（Toll樣受體）和NLR（Nod樣受體）識別布氏桿菌。這些傳感器觸發(fā)促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，導(dǎo)致形成1型免疫應(yīng)答模式，這對于細(xì)菌清除和感染控制至關(guān)重要[23]。NLRs是可感知不同PAMP和AMPS（危險(xiǎn)相關(guān)分子模式）的細(xì)胞質(zhì)受體，并通過調(diào)節(jié)MAPK和NF-κB的信號通路以及參與炎性小體的形成而充當(dāng)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)劑。NLRs在對細(xì)胞內(nèi)病原體的免疫應(yīng)答中起著至關(guān)重要的作用[24]。一些NLRs，如NLRP 1、NLRC4、NLRP 3、NLRP 6、NLRP 12和AIM 2與銜接蛋白ASC和前caspase-1組裝成一個多聚復(fù)合物，稱為炎癥小體[25-26]。目前，尚不清楚哪種類型的炎癥體在急性布魯氏菌病中被激活或不被激活，以及它們與炎癥細(xì)胞因子水平的關(guān)系。最近有研究觀察到IL-18水平與健康對照相比，急性布魯氏菌病的表達(dá)水平顯著增加[27]。NLRP3炎癥小體是由核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白家族成員NLRP3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣銜接蛋白ASC、半胱氨酸caspase-1組成，其中，NLRP3是重要的胞漿內(nèi)模式識別受體也是主要炎癥介質(zhì)之一，含C端亮氨酸重復(fù)序列、N端蛋白樣結(jié)構(gòu)域（PYD結(jié)構(gòu)域）和中間的NACHT結(jié)構(gòu)域。ASC是NLRP3炎癥小體的核心組分，含C端胱天蛋白酶活化募集結(jié)構(gòu)域（CARD結(jié)構(gòu)域）和N端熱蛋白樣結(jié)構(gòu)域（PYD結(jié)構(gòu)域）。CARD結(jié)構(gòu)域可將caspase-1招募至炎癥小體，PYD結(jié)構(gòu)域可與NLRP3上的PYD相互作用，從而承擔(dān)起炎癥小體復(fù)合物銜接蛋白的作用。caspase-1常以無活性的酶原形式存在于細(xì)胞中，NLRP 3可以通過ASC招募caspase-1前體，形成NLRP3炎癥小體并在此平臺激活caspase-1前體，激活后的caspase-1將IL-18和IL-1β前體剪切成成熟的IL-18和IL-1β，其固有免疫作用。因此，研究caspase-1相關(guān)炎癥小體與病程早晚相關(guān)的表達(dá)水平IL-18和IL-1β的有助于解決相關(guān)炎癥小體在布魯氏菌病期間激活的問題。在典型炎癥小體中，值得研究AIM2、NLRP3和NLRC12的表達(dá)水平[28] 。AIM2炎癥小體是由AIM2（屬于HIN200家族）、ASC和caspase-1組成。AIM2可識別任何來源和大小的細(xì)胞質(zhì)雙鏈DNA，其中包括合成的DNA、牛痘病毒DNA、質(zhì)粒DNA、細(xì)菌DNA以及基因組DNA。AIM2與DNA結(jié)合并招募ASC激活caspase-1，相應(yīng)地，敲除AIM2會取消caspase-1的激活及IL-18和IL-1β的成熟對雙鏈DNA的響應(yīng)，但其他炎性體激動劑的響應(yīng)不受影響。NLRP6是第一個被發(fā)現(xiàn)的抑制天然免疫反應(yīng)相關(guān)信號通路的NLR蛋白家族成員，其可以抑制NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路[32]。NLRP6可與Caspase-1和含CARD結(jié)構(gòu)域的 凋亡相關(guān)顆粒樣蛋白（ apoptosis associated speck-like protein containing CARD，ASC）通過N 端PYD結(jié)構(gòu)域的蛋白-蛋白連接作用組成細(xì)胞內(nèi)多聚蛋白復(fù)合物，稱為NLRP6炎癥復(fù)合體，屬于炎癥小體（inflammasomes）[33]的一種，參與炎癥反應(yīng)免疫應(yīng)答。NLRP6缺失型小鼠體內(nèi)的 巨噬細(xì)胞在細(xì)菌感染時(shí)對NF-κB的激活增加，并伴有NF-κB和MAPK依賴性細(xì)胞因子、趨化因子分泌增加，免疫細(xì)胞數(shù)目明顯增加，通過激活Toll樣受體（TLR），增強(qiáng)NF-κB和MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的活化，說明NLRP6可能在識別病原體后抑制TLR通路，防止炎癥擴(kuò)大[32]。NLRP6在中性粒細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞中的表達(dá)最高，其次是巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞。 NLRP6可表達(dá)于各種器官的上皮細(xì)胞，如膀胱、腎臟、肝臟、肺、十二指腸、回腸、盲腸和結(jié)腸等[34]， 也大量存在于人外周血單個核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMCs）中[35]。在腸道， NLRP6高表達(dá)于肌成纖維細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞等非造血細(xì)胞，而不是CD45+ 等造血細(xì)胞[36]，通過調(diào)節(jié)腸道菌群組成，維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。NLRP12（也稱為Nalp12，Monarch-1和Pypaf 7）是在免疫細(xì)胞中表達(dá)的NLR成員，其配體未知[29]。NLRP12最初在過表達(dá)研究中被描述為caspase-1和NF-κB信號的激活因子[30]。但是，隨后的報(bào)道顯示NLRP12與結(jié)腸炎癥和腫瘤發(fā)生以及宿主對傳染病的抵抗有關(guān)[29]。Tatiana N. Silveira1等人在小鼠布魯氏菌病模型中發(fā)現(xiàn)表明NLRP12是針對布氏桿菌促炎反應(yīng)的負(fù)調(diào)節(jié)劑。NLRP12抑制體外分泌IL-12，抑制體外MAPK和NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)布氏桿菌感染后包括caspase-1在內(nèi)的某些炎癥小體成分的表達(dá)和IL-1β的分泌。NLRP12?在體內(nèi)也起著一定的作用，可減弱IFN-γ應(yīng)答并在宿主對鼠布魯氏菌病的早期免疫應(yīng)答中促進(jìn)宿主易感性。[31]

六.展望

雖然近年來有關(guān)人類布氏桿菌病的研究報(bào)道有所增加，但與其他常見病、多發(fā)病的研究相比，其文獻(xiàn)量仍存在很大的差距，目前該病的發(fā)病機(jī)制及炎癥機(jī)制尚不完全明了，是否有其他炎癥因子參與布氏桿菌病的發(fā)病過程目前尚不明確，因此對布氏桿菌病炎癥機(jī)制的進(jìn)一步研究具有一定意義。

七.參考文獻(xiàn)：

[1]Im YB， Jung M.Expression of cytokine and apoptosis-related genes in bovine peripheral blood mononuclear cells stimulated with Brucella abortus recombinant proteins[J].Vet Res， 2016， 11 （47） ：30.

[2]Shang DQ.Research on Brucella spp[J].Chin J Ctrl Endem Dis， 2004， 19：204-213.

[3]Memish Z， Mah M：Brucellosis in laboratory workers at a Saudi Arabian Hospital[R].Am Infect Contro， 2001， 29：48-52.

[4]SKALSKY K， YAHAV D， BISHARA J， et al.Treatment of human brucellosis：systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials[J].BMJ， 2008， 336 （7646） ：701-704.

[5]馬琳 人布魯桿菌病的隨訪調(diào)查和診斷方法研究 [D] 中國優(yōu)秀碩士論文全文數(shù)據(jù)庫 2011-4-11

[6]Dreshaj S， Shala N， Dreshaj G， et al.Clinical Manifestations in82 Neurobrucellosis Patients from Kosovo[J].Mater Sociomed， 2016;28（6）：408-411

[7]Hull NC， Schumaker BA Infect Ecol Epidemiol 2018;8（1）：1500846 doi：10.1080/20008686.2018.1500846.2016，47（ 1） ： 1-10.

[8]Franco-Paredes C， Chastain D， Taylor P， Stocking S， Sellers B. Boar hunting and brucellosis caused by Brucella suis. Trav Med Infect Dis 2017;16：18–22.

[9] Khan MZ， Zahoor M. An overview of brucellosis in cattle and humans， and its serological and molecular diagnosis in control strategies. Trav Med Infect Dis 2018;3：65.

[10] Gerada A， Beeching NJ. Brucellosis and travel. Trav Med Infect Dis 2016;14：180–1.

[11]Kun Li，Lihong Zhang，Muhammad Shahzad，Khalid Mehmood，Jiakui Li. Increasing incidence and changing epidemiology of brucellosis in China （2004–2016）[J]. Travel Medicine and Infectious Disease，2019.

[12]SCHOONMAN L.Epidemiology of leptospirosis and other zoonotic diseases in cattle in Tanzania and their relative risk to public health[M].UK：University of Reading， 2007：98-102.

[13]SWAI E， SCHOONMAN L.Human Brucellosis：Seroprevalence and risk factors related to high risk occupational groups in tanga municipality， Tanzania[J].Zoonoses Public Health， 2009， 56 （4） ：183-187.

[14] Xie YL， Chang WH， Yu YJ.Practical zoonotic epidemiology[M]. Beijing：Science and Technology Literature Press， 2007：502. （in Chinese）

[15]Atluri VL， Xavier MN， de Jong MF， nteractions of the human pathogenic Brucella species with their hosts[J].Annu Rev Microbiol， 2011， 65：523-41.

[16]Drevets D A，Leenen P J，Greenfield R A. Invasion of the central nervous system by intracellular bacteria[J]. Clinical Microbiology Reviews，2014，17（2）：323-347.

[17]Tolomeo M，Carlo P D，Abbadessa V，et al. Monocyte and lymphocyte apoptosis resistance in acute and chronic brucellosis and its possible implications in clinical management[J]. Clinical Infectious Diseases，2013，36（12）：1533-1538.

[18]包依夏姆·阿巴拜克力.布氏桿菌病 146 例臨床分析[D].烏魯木齊：新疆醫(yī)科大學(xué)，2013.

[19]孟祥珠.布氏桿菌病 1 的例化床分析 [D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2017.

[20]劉明杰，王勤英.布氏桿菌病92例患者的臨床診斷體會[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，48（09）：951-953.

[21]王晶，王維平，李寶廣，等.以腦梗死為特點(diǎn)的布氏菌病一例[J].腦與神經(jīng)疾病雜志，2010，18（5）：394.

[22]de Jong MF， Tsolis RM. Brucellosis and type IV secretion.?Future Microbiol.2012;7：47–58.

[23]Oliveira SC， de Almeida LA， Carvalho NB， Oliveira FS， Lacerda TL. Update on the role of innate immune receptors during Brucella abortus infection.?Vet Immunol Immunopathol.?2012;148：129–135.

[24]Shaw， M. H.， Reimer， T.， Kim， Y. G. and Nunez， G.， NOD-like receptors （NLRs）： bona fide intracellular microbial sensors. Curr Opin Immunol 2008. 20： 377-382.

[25]Sollberger， G.， Strittmatter， G. E.， Garstkiewicz， M.， Sand， J. and Beer， H. D.， Caspase-1： the inflammasome and beyond. Innate Immun 2014. 20： 115-125.

[26]Wang， L.， Manji， G. A.， Grenier， J. M.， Al-Garawi， A.， Merriam， S.， Lora， J. M.， Geddes， B. J.，Briskin， M.， DiStefano， P. S. and Bertin， J.， PYPAF7， a novel PYRIN-containing Apaf1-like protein that regulates activation of NF-kappa B and caspase-1-dependent cytokine processing. J Biol Chem 2002. 277： 29874-29880.

[27]Kayhan B， Kayabas ?， Kolgelier S， Otlu B， Gül M， Kurtoglu EL， et al.Mystery of Immune Response in Relapsed Brucellosis： Immunopheno-typing and Multiple Cytokine Analysis. 2016; 5：1–9.

[28]Strowig T， Henao-Mejia J， Elinav E， Flavell R. Inflammasomes in health and disease. Nature 2012;481：278–86.

[29]Tuncer S， Fiorillo MT， Sorrentino R. The multifaceted nature of NLRP12.?J Leukoc Biol.?2014;96：991–1000.

[30]?Wang L， Manji GA， Grenier JM， Al-Garawi A， Merriam S， Lora JM， Geddes BJ， Briskin M， DiStefano PS， Bertin J. PYPAF7， a novel PYRIN-containing Apaf1-like protein that regulates activation of NF-kappa B and caspase-1-dependent cytokine processing.?J Biol Chem.?2002;277：29874–29880.

[31]Silveira Tatiana N，Gomes Marco Túlio R，Oliveira Luciana S，Campos Priscila C，Machado Gabriela G，Oliveira Sergio C. NLRP12 negatively regulates proinflammatory cytokine production and host defense against Brucella abortus.[J]. European journal of immunology，2017，47（1）.

[32]Anand PK， Malireddi RK， Lukens JR， et al. NLRP6 negatively regulates innate immunity and host defence against bacterial pathogens[J]. Nature， 2012， 488（7411）： 389-393.

[33] Martinon F， Burns K， Tschopp J. The inflammasome： a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta[J]. Mol Cell， 2002， 10（2）： 417-426.

[34] Chen GY， Liu MC， Wang FY， et al. A functional role for Nlrp6 in intestinal inflammation and tumorigenesis[J]. J Immunol， 2011， 186（12）： 7187-7194.

[35]Meixenberger K， Pache F， Eitel J， et al. Listeria monocytogenes-infected human peripheral blood mononuclear cells produce IL-1beta， depending on listeriolysin O and NLRP3[J]. J Immunol， 2010， 184 （2）： 922-930.

[36]Normand S， Delanoye-Crespin A， Bressenot A， et al. Nod-like receptor pyrin domain-containing protein 6 （NLRP6） controls epithelial self-renewal and colorectal carcinogenesis upon injury[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2011， 108（23）： 9601-9606