結核分枝桿菌RD-1區編碼蛋白的結構和功能

2021-02-10 結核公社

RD-1(region of difference-1)被認為在結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis，MTB)的致病機理中起著關鍵的作用．RD-1 基因全長9.5 kb，開放讀碼框從Rv3871～Rv3879c，分別編碼9 種不同的蛋白質．RD-1 區在卡介苗(bacillus Calmette-Guerin，BCG)中是缺失的．研究結果顯示，RD-1 區是結核分枝桿菌的主要毒力因素之一，同時RD-1 區參與了一種新的分泌系統ESX-1，這種分泌系統能夠促進某些特定蛋白的分泌．ESX-1 分泌的兩種主要蛋白質CFP-10 (culture filtrate protein of 10 ku)和ESAT-6 (early secreted antigenic target of 6 ku)能夠形成牢固的1∶1 的複合體，這兩種蛋白質能夠協同分泌而且能夠引起T細胞反應，並可能作為理想的靶抗原在結核的預防和診斷中發揮作用．

結核分枝桿菌(MTB)，RD-1區，CFP-10， ESAT-6

結核(tuberculosis，TB)是由結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis，MTB)引起的人獸共患慢性傳染病，是威脅人類的三大感染性疾病之一．目前全世界大約有20 億人感MTB，每年大約有200～300 萬的結核患者死亡[1]．結核分枝桿菌多重耐藥性(multi-drug resistance，MDR)的出現以及愛滋病(HIV)感染者對結核分枝桿菌易感性的增強使結核的傳播更加迅速[2]．結核分枝桿菌區別於卡介苗(bacillus Calmette-Guerin，BCG)的一個重要特徵是結核分枝桿菌的基因組中存在RD-1 區(region of difference-1)而卡介苗沒有．結核分枝桿菌菌株H37RV 的RD-1 區刪除後注射C57BL/6 鼠，發現其毒力類似於BCG弱毒疫苗，從而說明RD-1區與細菌的毒力有關[3, 4].在本文中，我們重點描述RD-1 區編碼的兩種蛋白質ESAT-6 和CFP-10，這兩種蛋白質是重要的T細胞抗原，能誘導機體產生記憶性免疫應答，在結核病的診斷、預防中已成為研究的熱點．

結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis, MTB)H37Rv 基因RD-1 區全長9.5 kb，共有9 個開放讀碼框(Rv3871～Rv3879c)，分別編碼9 種蛋白質[5](圖1)．Rv3871 是轉錄形成單位，它和Rv3870 蛋白共同作用形成膜結合ATPase，同時還發現Rv3871 能夠識別CFP-10 的C 端並同Rv3870 相互作用進而促進CFP-10 和ESAT-6 蛋白的分泌[6, 7]．Rv3872和Rv3873分別是PE 和PPE 家族成員，目前還沒有證據表明Rv3872 表達的PE 蛋白存在於結核分枝桿菌細胞膜上，但有研究表明，Rv3873編碼的PPE 蛋白存在而且和細菌細胞膜相交聯[8, 9]．Rv3874和Rv3875分別編碼兩個低分子質量的分泌蛋白CFP-10(culture filtrate protein of 10 ku,esxB) 和ESAT-6 (early secreted antigenic target of6 ku, esxA),它們的分子質量分別是10 ku 和6 ku[10]．這兩個蛋白質受同一個啟動子調控轉錄，分泌至體外形成1∶1 的蛋白質二聚體，CFP-10的C 端並不參與二聚體的形成，但是C 端的7 個胺基酸對蛋白質的分泌卻有重要的意義[11](圖2)．Rv3876編碼N 端富含脯氨酸的蛋白質．Rv3877編碼跨膜膜蛋白，該蛋白質有許多跨膜位點，是形成蛋白質分泌通道的主要蛋白質[7]．Rv3878編碼的蛋白質被稱作TB27.4，有研究表明，TB27.4 的C 端分子是引起結核患者免疫反應的主要因素，相反，在BCG疫苗接種者身上沒有引起相關的免疫反應，這表明該蛋白質可能具有診斷意義[12]．有研究表明Rv3879 編碼的分泌蛋白能夠和Rv3871 編碼蛋白相互作用進而促進蛋白Rv3881c/Mh3881c(EspB)的分泌[13]．

結核分枝桿菌抗原特異性IFN-γ釋放試驗(IGRAs)的出現代表了結核病診斷領域的一個重大進展． 這些試驗主要是為T 細胞對分泌抗原ESAT-6 和CFP-10 反應所產生的IFN-γ進行的檢測．現在商業化存在的IGRAs 主要是T-SPOT.TB和QuantiFERON-Gold(表2)[33～35]．由於大多數結核分枝桿菌感染者單個抗原是很難被檢測出來的[36]，因此檢測結核分枝桿菌的多重抗體也許會更有效．T-SPOT.TB 和QuantiFERON-Gold 診斷技術，因其高度的靈敏度以及能夠大大降低了傳統的結核菌素皮膚試驗(TST)所帶來的假陽性概率而成為診斷潛伏性結核感染(LTBI)的新技術．然而，對臨床結果的縱向研究迫切需要定義結核分枝桿菌抗原特異性IFN-酌釋放試驗(IGRAs)對活動性結核的預測價值．這些數據的確立將會為實施以IGRAs診斷結果為指導的治療方法提供可靠依據．

為了應對結核這一世界性傳染性疾病，科學家們對結核分枝桿菌培養液中的分泌蛋白進行了廣泛的研究，由於結核分枝桿菌的RD-1 區在BCG 菌株中是缺失的，因此RD-1 區蛋白受到了廣泛的重視，其中RD-1 區的ESAT-6 和CFP-10 蛋白由於具有較好的免疫原性而成為人們研究的熱點．結核分枝桿菌基因組測序工作的完成，為進行結核分枝桿菌蛋白質組學研究奠定了基礎[40]．可以預見，通過蛋白質組學研究，許多用於結核分枝桿菌檢測以及研製亞單位疫苗的新抗原分子將會被發現．

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