肠出血性大肠埃希氏菌致病机制研究进展_杨小平.pdf

第 14 卷 第 11 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.11 2023 年 6 月 Journal of Food Safety and Quality Jun.,2023 基金项目:国家市场监督管理总局科技计划项目(2020MK131)Fund:Supported by the State Administration for Market Regulation(2020MK131)*通信作者:曾慧君,博士,高级工程师,主要研究方向为食品微生物检测。E-mail:*Corresponding author:ZENG Hui-Jun,Ph.D,Senior Engineer,Wuhan Institute of Food and Cosmetic Control,No.1137 Jinshan Avenue,Dongxihu District,Wuhan 430040,China.E-mail: 肠出血性大肠埃希氏菌致病机制研究进展 杨小平,郦 娟,虞伟明,陈 琼,曾慧君*武汉食品化妆品检验所,国家市场监管重点实验室(食用油质量与安全),武汉 430040 摘摘 要要:肠出血性大肠埃希氏菌(enterohemorrhagic Escherichia coli,EHEC)是一类能引起轻则水样腹泻、重则溶血尿毒综合征的重要肠道致病菌。EHEC 通过感知定殖部位的生物素和核酸浓度、各种物理信号(温度、pH、渗透压)等完成定殖,随后通过型分泌系统、黏附素等效应蛋白完成对宿主的黏附并造成黏附/脱落损伤,本文对上述内容进行总结,并介绍了志贺毒素的分子生物学特征、受体特异性及致病机制,最后阐述了 EHEC如何通过志贺毒素实现免疫逃逸及其在体内的毒力调控机制。通过对 EHEC 致病机制的总结与解析,提示我们需要防范和警惕因基因水平转移而产生的新血清型,感染 EHEC 可能的促癌效应;同时不要忽视快乐的情绪、正常的肠道菌群对 EHEC 的抑制作用。最后需要通过对 EHEC 的深入研究,加强对志贺毒素的改造和利用,使其发挥正向作用。本文旨在确定 EHEC 防控的关键点,为食品安全监管提供方向。关键词关键词:肠出血性大肠埃希氏菌;定殖;黏附;志贺毒素;免疫逃逸;毒力调控 Advance in enterohemorrhagic Escherichia coli pathogenic mechanism YANG Xiao-Ping,LI Juan,YU Wei-Ming,CHEN Qiong,ZENG Hui-Jun*Wuhan Institute of Food and Cosmetic Control,Key Laboratory of Nationl Market Supervision (Edible Oil Quality and Safety),Wuhan 430040,China ABSTRACT:Enterohemorrhagic Escherichia coli(EHEC)is a kind of important intestinal pathogenic bacteria that can cause watery diarrhea at mild level and hemolytic uremic syndrome at severe level.Firstly,EHEC completes colonization by sensing the concentration of biotin and nucleic acid in the colonization site,and various physical signals(temperature,pH,osmotic pressure);then EHEC accomplishes adhesion to the host and causes adhesion/exfoliation damage through effector proteins from type III secretory system.This paper summarized the above content,introduced the molecular biological characteristics,receptor specificity and pathogenic mechanism of Shiga toxin.Finally,this paper described how EHEC realizes immune escape through Shiga toxin and its virulence regulation mechanism in vivo.Through the analysis of the pathogenic mechanism of EHEC,it is suggested that we need to prevent and be alert to the new serotypes generated by gene horizontal transfer and the possible cancer-promoting effect of EHEC infection,at the same time,dont ignore the inhibition of happy mood and normal intestinal flora on EHEC.Finally,through in-depth research on EHEC,we need to strengthen the transformation and utilization of Shiga toxin to make it play a positive role,guide vaccine research and development,immunotherapy,and the formulation of clinical treatment plans.Determine the key points of EHEC prevention and control through the study of pathogenic mechanisms,and provide direction for food safety supervision.DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.11.006第 11 期 杨小平,等:肠出血性大肠埃希氏菌致病机制研究进展 141 KEY WORDS:enterohemorrhagic Escherichia coli;colonization;adhere;Shiga toxin;immune escape;virulence regulation 0 引 言 致泻大肠埃希氏菌(diarrheagenic Escherichia coli,DEC)是一类主要以引起人类腹泻症状的大肠埃希氏菌,常见的DEC 包括:(1)肠致病性大肠埃希氏菌(enteropathogenic E.coli,EPEC)、(2)肠产毒性大肠埃希氏菌(enterotoxigenic E.coli,ETEC)、(3)肠侵袭性大肠埃希氏菌(enteroinvasive E.coli,EIEC)、(4)产志贺毒素大肠埃希氏菌(Shiga toxin-producing E.coli,STEC)或肠出血性大肠埃希氏菌(enterohemorrhagic E.coli,EHEC)、(5)肠聚集性大肠埃希氏菌(enteroaggregative E.coli,EAEC)和(6)弥 散 黏 附 性 大 肠 埃 希 氏 菌(diffusely adherent E.coli,DAEC)1。EHEC 是一种最典型的致泻大肠埃希氏菌,具有爆发流行快、致死性强和抗生素治疗不当可加剧病情的危险性等特点,临床感染中由 EHEC 引发的症状轻重不一,包括水样腹泻、出血性结肠炎、血小板减少性紫癜及致命的溶血尿毒综合征2,给患者健康造成巨大风险。常规微生物培养法检验周期较长,目前发展迅猛的快速检验方法为可视化-环介导等温扩增法3,该方法特异性和敏感性良好、结果可视、操作更简便。产志贺毒素大肠埃希氏菌是一群重要的肠道致病菌,目前至少有 100 多种血清型的大肠埃希氏菌具有产志贺毒素的能力,常见的血清型为 O157:H7 和 O157:NM(无动力型),O157:H7/NM 也是我国食品安全监督抽检和风险监测中需重点关注的致病菌指标,深入了解 EHEC 的致病过程及致病机制对于由 O157:H7/NM 引发的食源性疾病防控具有重要的指导意义。本文综述了 EHEC 在定殖和黏附这两个入侵过程中,如何通过志贺毒素和免疫逃逸实现其高致病性,从而解析其致病机制,为监督抽检指明方向,使监督抽检工作更加有的放矢。1 EHEC 定殖 EHEC 主要通过被污染的食物或水进入人体消化道,最终在人体的肠道内定殖和引发感染,但在迷宫一样的肠道内如何选择定殖及感染位点,EHEC 在进化过程中形成了其独特的定殖方式。1.1 EHEC 通过感知生物素浓度定殖和感染大肠 与沙门氏菌特异性定殖于小肠不同4,EHEC 特异性定殖和感染大肠。EHEC 通过感知大肠中低生物素浓度进行定殖和感染5,在该感知通路中,生物素蛋白连接酶BirA 和全局性调节因子 Fur 调节 EHEC 中肠细胞消失位点(locus of enterocyte effacement,LEE)区域基因的表达,当生物素达到一定浓度,EHEC 的 LEE 基因表达被抑制,反之 LEE 基因则表达增加。与大肠相比,小肠中的生物素水平预计会更高6,大肠中生物素浓度低,EHEC 通过感知大肠中低浓度生物素,增加 LEE 基因表达,提高细菌吸附定殖大肠上皮细胞的能力。1.2 EHEC 通过感知核酸浓度差异定殖和感染大肠 小肠是人体的消化吸收器官,负责泌别清浊,其内含有大量的核酸7,而在大肠中肠道菌群通过某种机制吸收核酸分子并将其分解为脱氧核糖核苷酸,用于自身的生长繁殖,因此核酸含量相对较低8。EHEC 通过感知肠道中核酸的浓度差异,精确调控致病基因的表达,促进其在大肠中的定殖。这一过程主要依赖于转录调节蛋白 DeoR 和一个噬菌体 CP933V 编码的 sRNA(Esr055),Esr055 作为EHEC 毒力抑制因子负调控志贺毒素基因和型分泌系统2 相关基因的表达,在高浓度核酸条件下,DeoR 直接结合于 Esr055 的启动子区促进其转录能力,进而抑制相关致病基因的表达,在大肠中则与之相反9。1.3 EHEC 感知物理信号(温度、pH、渗透压)完成定殖 鞭毛在 EHEC 的定殖及后续多个致病性相关过程中发挥着重要作用10,如迁徙、入侵、定殖及扩散。EHEC编码的转录激活因子 GmrA 是其进行运动和鞭毛合成所必需的,GmrA 与 fliA 基因(编码 RNA 聚合酶 sigma 因子)的启动子直接结合,调控鞭毛基因的表达。类似于正常人类肠道条件下(37,中性 pH 和生理渗透压)转录因子 GmrA 的表达量最大,调控鞭毛合成基因表达,从而配合完成EHEC 对大肠上皮细胞的定殖11。EHEC 也可以通过环境pH 来调节硝酸盐/亚硝酸盐的氧化还原过程,从而调制自身对环境 pH 的适应性12。在低镁环境条件下,EHEC 利用 PhoQ/PhoP 双组分信号转导系统感知低镁信号,并直接结合 LmiA 的启动子区域,以激活 LmiA(low magnesium-induced regulator A)表达。LmiA 编码低镁诱导调节因子,对 EHEC 的毒力有正向调节作用,在低镁条件下,LmiA 可以直接结合 Ler 启动子区域,介导EHEC的LEE基因表达,从