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超抗原SEB

来源:中华医学实践杂志 作者:马超锋,李一航(综述),李恒新(审校) 2006-8-20
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摘要: 【摘要】 金黄色葡萄球菌肠毒素B型(SEB)是一种典型的T细胞性超抗原,可引起T细胞多克隆活化。本文综述了SEB的结构和功能,并重点介绍了SEB类毒素的超抗原性。SEB。SEB类毒素超抗原(superantigen)是一类异源性蛋白质,它对淋巴细胞具有非常强大而有效的刺激,能由Zn2+作桥结合到MHCⅡ(Major histocompatibility compl......


  【摘要】  金黄色葡萄球菌肠毒素B型(SEB)是一种典型的T细胞性超抗原,可引起T细胞多克隆活化。本文综述了SEB的结构和功能,并重点介绍了SEB类毒素的超抗原性。

  【关键词】  超抗原;SEB;SEB类毒素

  超抗原(superantigen)是一类异源性蛋白质,它对淋巴细胞具有非常强大而有效的刺激,能由Zn2+作桥结合到MHCⅡ(Major histocompatibility complex class Ⅱ)分子上和T、B细胞受体的可变部分,导致细胞活化,产生大量有生物活性的细胞因子。超抗原这一概念是Wright 于1989年提出,因为这类抗原可激活20%~30%的T细胞,故称之为超抗原。

  SEB是金黄色葡萄球菌肠毒素B型(Staphylococcal enterotoxin B)的缩写,它是一种典型的T细胞性超抗原,可引起T细胞多克隆活化的特性在1979年就有人发现。现将其特性综述如下。

  1  SEB的分子结构

  SEB是一个单链多肽,分子量约为28.5KDa,蛋白结构由5个α螺旋和12个β片层组成2个区[1],SEB的MHC结合区位于螺旋5和β片层2的残基[2],与T细胞受体TCR结合于其顶部的四个不同序列:螺旋2,β片层2-3的环部,β片层4的尾部和β片层与螺旋5的环部[3]。SEB的基因编码区约为900bp[4],SEB前蛋白由267个氨基酸组成,其中包含了27个N末端的信号肽。SEB一般由金黄色葡萄球菌染色体编码[5],但也有约750KB质粒携带SEB基因[6]。SEB通过胃肠和呼吸道可进入机体,Jeffrey等[7]发现,一个与MHC或TCR结合部位完全相异的部位介导了SEB进入细胞内,与SEB152-161部位反应的多肽可明显抑制SEB进入细胞的运动。SEB进入机体肠上皮细胞与其剂量有关,但并不成比例,当SEB浓度增加时细胞内的SEB浓度可明显增加,在低剂量时,可有较多比例的毒素进入细胞内,当SEB浓度降低10倍,进入细胞内的SEB只降低了3倍。Abdel等[8]研究发现,SEB进入细胞,是通过易化扩散,因为在相同条件下,相同剂量的SEB和辣根过氧化物酶HRP(horseradish peroxidase ),SEB是HRP进入细胞内量的3~6倍。Abdel认为Caco-2细胞在刺激T细胞时可作为SEB的抗原递呈细胞APC的功能。但亦发现SEB的进入细胞可被N23或F44等多肽所阻断,而这些多肽作用的正是SEB的受体TCR 和MHCⅡ结合区。

  2  SEB对细胞因子的影响

  SEB进入机体,引起Vβ8+ T细胞活化,细胞因子大量释放,导致一系列生理病理作用,这是超抗原致病的机制之一。经过这一初期阶段,Vβ8+ T细胞或凋亡或无能而不反应。Sandrime等[9]研究发现,表达特异性Vβ片段的T细胞,可被SEB活化而不产生IL-2,再次用SEB刺激时,可分泌INF-γ和IL-10,用SEB再次刺激后IL-2的缺失伴随着INF-γ和IL-10 5倍的增加。在另一研究中,Sandrime等[10]对小鼠进行每周2次,连续3周,每次50μg SEB注射,第1次注射后,INF-γ和IL-2在外周血中可被检出,第6次时INF-γ和IL-2两者均未检出,而IL-10和IL-4的血清水平在第1次和第6次注射后并无改变,同时,体外经6次注射SEB的小鼠脾细胞产生的INF-γ和IL-2要低的多,但IL-10的改变不大。经SEB反复刺激引起T细胞的无能是和持续产生TH2类细胞因子和多克隆B细胞活化相伴随。

  3  SEB引起细胞的凋亡和无能

  SEB活化T细胞后,引起T细胞增殖而后进入凋亡或无能,T细胞表面的Fas和TNFR表达增加,但这些凋亡介导分子并不能引起细胞的迅速死亡。Tonfic等[11]认为活化T细胞在接受一定数量的细胞分化后才能进入凋亡程序。MacDonald[12]认为对SEB反应的T细胞经两种模型:(1)所有的Vβ8+ T细胞增殖,进而或者凋亡或者无能;(2)只有对SEB强烈反应的T细胞才能克隆扩增,进而导致细胞死亡,而对SEB弱反应的Vβ8+ T细胞由于无法接收足够强的信号而不增殖和死亡,它们进入无能状态。接触SEB后,有的Vβ8+ T细胞增殖、死亡而有些无能[13],可能与SEB与TCR的不同亲和力有关,而无能的T细胞是因为它们是在非专职抗原递呈细胞表面与SEB相互作用,而要进入凋亡的Vβ8+ T细胞,必须先分裂增殖。Kawabe等[14]发现在SEB与Vβ8-1.2+的 CD4和CD8 T细胞作用后,在体外两者均可引起无能,在体内仅能引起CD4+ T细胞的无能。因而认为抗原特异性的无能的诱发对于CD4+ T细胞和CD8+ T细胞是需要不同的信号条件的,而单独的TCR抗原识别不足以诱导无能,必须有另外的协同无能信号共同刺激以诱导无能的产生。在体内,它们发现经SEB致敏后,再用SEB刺激小鼠后,CD4+ T细胞的反应明显降低,CD8+ T细胞的反应和未致敏的小鼠的T细胞保持相同的水平。在体外,脾脏T细胞用10.0μg/ml SEB刺激后,Vβ8- 1.2+、CD4+ T细胞增加了2倍,CD8+ T细胞虽较少但亦有明显的增加。Rellahan等[15]发现SEB在体内可引起外周血中Vβ8+ T细胞无能,在体内给予SEB,Vβ8+ T细胞对随后的SEB再次刺激或者抗Vβ8的抗体不反应,并且这种不反应是特异的,因为在体外用其他抗原刺激可引起正常的免疫应答。经特异的TCRVβ方式活化T细胞的可溶性蛋白质可通过克隆无能而诱导外周血T细胞耐受。

  4  SEB与疾病

  SEB是由金黄色葡萄球菌产生的一种肠毒素,可引起呕吐和腹泻为主要症状的食物中毒。SEB也能引起感染病人的毒素综合征,如外伤和产后感染、深部脓疮等。毒素休克综合征表现为高热、脱皮、高血压、休克和其他症状,由SEB引起的毒素休克综合症的病死率可达50%,而与流感并发的SEB感染其死亡率可达90%以上,因此气溶胶的SEB是一种潜在的生化武器。SEB引起毒素休克综合征主要是由于SEB进入机体后,其超抗原性结合引起单个核细胞活化,导致广泛的细胞因子的释放。当SEB与抗原递呈细胞的MHCⅡ结合为复合物并和T细胞的TCR Vβ结合后,大约所有T细胞的20%以上可与SEB结合,进而产生大量的细胞因子,引起休克和死亡。对于低剂量的SEB,只有非人灵长类的临床表现与人类相似,当SEB被吸收时引起呕吐和腹泻,将灵长类暴露于SEB气溶胶中,除引起胃肠道症状外,还有昏睡、休克和死亡[16]。

  5  SEB类毒素的制备及其保护作用

  SEB是金黄色葡萄球菌产生的肠毒素,是一种外毒素,故可在福尔马林的作用下制备为类毒素,进而以此类毒素刺激机体,可产生保护性中和抗体,以保护SEB进入机体产生的毒副作用。Lowell等[17]用1%甲醛在pH7.5环境下将SEB作用30天,然后以脑膜炎双球菌外膜蛋白proteosomes结合,经鼻腔和肌肉免疫小鼠,可诱导小鼠产生高效价的血清lgG 和slgA,对呼吸道的SEB侵犯具有明显的保护作用,因而认为SEB的proteosomes疫苗具有实用价值,呼吸道接种此种疫苗对黏膜局部免疫产生的可行性。他们[16]又对此种疫苗在非人灵长类动物中的保护作用进行研究,发现这种疫苗应用于恒河猴是安全和有免疫效果的,可保护猴类抵抗15倍50%致死剂量SEB的气溶胶攻击。1%甲醛处理SEB过程中,SEB所处的pH环境对形成的类毒素的抗原性有很大的影响。

  Warren等[18]以pH5.0、7.5和9.5三种环境的1%甲醛处理SEB,然后以此形成的类毒素注射恒河猴,发现7.5fSEB在刺激产生抗SEB的免疫球蛋白时比5.0fSEB有效数倍,凝胶层析显示7.5fSEB较5.0fSEB更易聚合成水溶性的大分子复合物,这是7.5fSEB更具有免疫原性的主要原因,笔者以PAGE-SDS电泳时发现5.0fSEB和7.5fSEB有大量的fSEB停留在加样点,以Sepharose 2B凝胶层析时发现30%的5.0fSEB不能通过凝胶,而有90%7.5fSEB是这样的, 显示中性pH的甲醛较酸性环境下SEB更易交联成大分子。电泳显示9.5fSEB中SEB的改变是基于分子内的改变而不是分子间的交联,经pH9.5处理SEB形成了大量的单聚体的衍生物。对fSEB的定量沉淀实验亦说明在pH7.5时形成的SEB多聚体最多。未发现5.0fSEB、7.5fSEB和9.5fSEB对猴的毒性,在无佐剂存在的情况下,7.5fSEB可诱导机体产生最多抗体,5.0fSEB次之,而9.5fSEB几乎未产生可检出的抗SEB的免疫球蛋白。将SEB经甲醛类毒素化并不改变其丝裂原性。Spero等[19]研究了SEB经甲醛处理产生的类毒素(fSEB)的丝裂原性,发现pH5.0、7.5和9.5三种环境下经甲醛处理产生的5.0fSEB、7.5fSEB和 9.5fSEB均能引起小鼠脾细胞的增殖。以7.5fSEB引起的增殖最为明显,5.0fSEB次之,9.5fSEB最差。与天然SEB相比,7.5fSEB只有其2/3的丝裂原性。7.5fSEB经凝胶层析发现其中有单体、二聚体和多聚体三种组分。经PAGE-SDS分离后,以每一组分分别在体外刺激细胞,发现多聚体能引起最多的细胞增殖,说明多聚体有最强的丝裂原性。通过改变SEB与pH7.5甲醛作用的时间来观察单体、二聚体和多聚体形成的数量,发现作用2周时三者含量基本相同,4周后就只含有极少量的单体和二聚体,主要是多聚体。pH9.5的甲醛所形成的9.5fSEB中主要是单体,所以其丝裂原性最弱。

  自1965年Shartz E.J.等分离纯化SEB以来,对SEB的研究一直方兴未艾。原先主要集中在其肠毒素的致病性以及对其毒性的预防上。而作为超抗原的SEB的研究开始于20世纪90年代,特别是随着分子生物学的发展,利用基因工程生产SEB,利用SEB的超抗原性提升白细胞,增强机体免疫力;将SEB与单克隆抗体结合的生物导弹和将SEB基因导入癌基因来治疗肿瘤;还有利用SEB的超抗原性可引起T细胞多克隆活化后的无能和凋亡的特性,进行移植耐受方面的研究。相信随着研究的深入,一定能够对免疫学、肿瘤治疗和移植耐受等的发展起到巨大的促进作用。

  【参考文献】

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  19  Spero L,  Leatherman DL,Adler WH.Mitogenicity of Formalinized toxoids of staphylococcal enterotoxin B.   Infect Immun,1975,12:1018-1020.

  (编辑:石  岚)

  作者单位: 710054 陕西西安,西安市疾病预防控制中心


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