金黄色葡萄球菌中毒性休克毒素-1的研究进展*

褚敏君 综述，麻明彪，杜廷义 审校

昆明医科大学附属儿童医院检验科，云南昆明 650228

金黄色葡萄球菌是医院和社区获得性感染最常见的病原菌之一，分离率位居前列，是临床抗感染治疗的一大难题。金黄色葡萄球菌的高致病性及迅速传播与毒力因子分泌有较强的相关性，其主要毒力因子，如成孔毒素、表皮剥脱毒素和超级抗原均被证实与某些疾病之间存在联系。中毒性休克毒素-1(TSST-1)是噬菌体Ⅰ群金黄色葡萄球菌产生的外毒素，属于致热原性超抗原(SAg)家族，可引发脱屑型皮疹、高热、脏器功能紊乱等症状，甚至引发中毒性休克，致死率高。因此，TSST-1的致病机制及临床意义研究一直受到国内外学者的广泛关注。

1 TSST-1的发现

1978年，TODD等[1]首次报道了一种以发热、皮疹、低血压休克为特征的急性多系统感染疾病，命名为中毒性休克综合征(TSS)，并提出这种疾病与金黄色葡萄球菌感染有密切关系，引起医学界的广泛关注。1981年，研究人员从TSS相关的金黄色葡萄球菌中分离到与发病密切相关的致热外毒素C(PEC)[2]和肠毒素(SE)F[3]，并将其归类为毒性休克相关蛋白(TSAP)。随后，大量证据表明PEC和SEF在生化、生物学和免疫学方面高度相同，因此在1984年第一届国际TSS研讨会上正式将其归为一类，并更名为TSST-1。

2 TSST-1的表达调控

由于TSST-1的产生量与疾病直接相关，研究其表达调控有助于为制订合理的TSST-1基因阳性金黄色葡萄球菌感染控制对策提供依据。TSST-1由tst基因编码，该基因存在于细菌染色体上的葡萄球菌致病岛1(saPI 1)内，全长207 bp，编码234个氨基酸。TSST-1的表达受到环境和基因多系统的复杂调控，多种因素(包括葡萄糖、O2、镁离子、血红蛋白的α和β链、抗菌药物、pH及菌落微环境等)均可触发毒力调节因子在TSST-1表达中的调节作用。

群体感应系统(Agr)和葡萄球菌辅助调节因子(Sar)A家族是TSST-1的重要毒力调节因子。Agr可通过产生高水平的效应分子RNAⅢ，抑制毒素阻遏因子(Rot)的转录和翻译，正向调节TSST-1的表达[4]。相反，SarA家族则通过与tst基因启动子结合，负向调控TSST-1的表达，在菌株S.aureus MN8中是TSST-1表达的有效抑制剂[5]。ZHAO等[6]发现，在临床分离株中，位于与SarA结合的AT富集区的碱基T缺失可能导致TSST-1的高表达。此外，碳分解代谢蛋白A(CCPA)基因[7]、葡萄球菌呼吸反应双组分系统(SrrAB)[8]、σB[9]等调节因子也可在特定条件下发挥作用，共同影响TSST-1的表达。也有研究发现，SrrAB、RNAⅢ、SarT和CCPA仅在特定菌株中异常表达，表明不同菌株的调控网络可能不同[6]。甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌(MSSA)比耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)有更大的潜力分泌毒素，这可能与MSSA缺少葡萄球菌染色体mec基因盒(SCCmec)元件，其分离株的遗传适合度负担更小有关[6-7]。

3 TSST-1的致病机制

当tst基因被激活时即可表达TSST-1。TSST-1是等电点为7.2的单一多肽链，主要通过发挥超抗原特性以及增强内毒素易感性造成机体局部和全身损伤。皮肤和黏膜是机体抵御病原体感染的重要屏障。TSST-1可通过与阴道上皮细胞表面的CD40结合产生趋化因子，破坏黏膜屏障，是已知的唯一可以穿透黏膜表面，引起阴道源性TSS的超抗原[10]。进入机体后，TSST-1无须加工处理，直接与抗原提呈细胞表面的主要组织相容性复合体(MHC)Ⅱ类分子的抗原结合槽外侧非限制性结合，形成MHCⅡ-TSST-1复合物，激活T细胞抗原受体的特异性β链V区(TCR-Vβ)。T细胞活化、增殖并释放大量炎症细胞因子，引起强烈的免疫应答，最终导致机体炎性反应失控和多器官损伤[11]。同时，TSST-1也可抑制B细胞分化为免疫球蛋白分泌细胞，从而躲避宿主的免疫攻击[12]。

此外，TSST-1可以直接损伤Kupffer细胞和窦状内皮细胞[13]，抑制内毒素脱颗粒反应，使内毒素大量蓄积，从而进入全身血液循环引起内毒素血症。门静脉血中高水平的内毒素还会直接损伤肝细胞，从而影响肝脏的解毒能力。仅需极低水平的内毒素即可使患者发生严重的低血压和休克，甚至导致死亡。TSST-1还可与内皮细胞结合引起毛细血管渗漏，并导致内皮细胞死亡及对内毒素的敏感性增强，增强皮肤过敏反应。

4 TSST-1的临床研究

4.1tst基因的表达

4.1.1与疾病的相关性 TSST-1最早被认为是金黄色葡萄球菌感染引起的TSS的重要病因，近年来研究发现，引起其他侵袭性疾病的金黄色葡萄球菌也携带tst基因。ZAREI等[14]研究发现，tst基因与金黄色葡萄球菌感染的易感性相关，即携带tst基因的金黄色葡萄球菌越多，患者越容易被感染。

tst基因与感染部位、严重程度及转归都可能存在密切关系，对患者构成潜在威胁。从感染部位来看，tst基因阳性菌株主要分离自菌血症、呼吸道感染和腹腔感染患者[15-18]，而检出科室主要集中在重症监护室。段晓丹等[19]报道tst基因阳性的临床分离株主要来源于痰液、脓液标本，提示tst基因阳性菌株很可能引起呼吸系统感染及化脓性病变。此外，陈吟霜等[20]对脓毒血症患者进行研究发现，tst基因检出率高于其他毒素基因。日本的1项研究也表明，金黄色葡萄球菌血流感染患者的2周病死率与tst基因阳性菌株相关[21]。

4.1.2携带率及分型 tst基因最初主要在MSSA中携带，但随着多重耐药菌株引起的感染日益流行，MRSA中tst基因携带率不断升高。tst基因阳性菌株在临床分离的MRSA中占10%～90%，差异较大；国内近年来tst基因总检出率为10%～30%，MRSA中tst基因检出率均高于MSSA，且tst基因检出率呈逐年增高趋势[6，22]。tst基因阳性MRSA的Agr分型以Agr2型为主，SCCmec分型以Ⅱ和Ⅲ型居多。在沈利蒙等[22]的研究中，杀白细胞毒素(PVL)基因和tst基因阳性MRSA均以SCCmecⅢ型为主。ZHAO等[6]研究发现，我国tst基因阳性菌株流行谱系为MRSA ST5(CC5)-Agr2-t002-SCCmecⅡ。

4.1.3与其他毒力因子的共表达 PVL是金黄色葡萄球菌最主要的致病毒素。TSST-1作为唯一可以穿透黏膜的超抗原，可与PVL协同作用，加重感染。有报道称，携带PVL和tst基因的MRSA除对万古霉素敏感外，对其他抗菌药物均耐药，临床应重点关注[19]。

4.2抗毒力治疗

4.2.1抗菌药物治疗 抗菌药物是治疗金黄色葡萄球菌感染的重要药物。研究表明，细胞壁活性抗菌药物(β-内酰胺类)可增加外毒素的产生，而核糖体活性抗菌药物(利奈唑胺和克林霉素等)对毒力表达具有抑制作用，可作为改善毒素相关金黄色葡萄球菌感染性疾病患者预后的有效治疗药物[23]。SHARMA等[24]在小鼠实验中发现，感染早期使用克林霉素可减少TSST-1的产生，具有极好的毒力抑制作用。然而，克林霉素的抗毒力作用仅对可诱导克林霉素耐药的金黄色葡萄球菌有效，对结构性克林霉素耐药菌则不起作用[25]。

4.2.2靶向治疗 越来越多的抗菌药物耐药促使人们开发出新的策略来对抗细菌感染。直接针对致病因子进行靶向治疗为抗菌药物替代品的研究及开发提供了新的切入点。目前，TSST-1的靶向治疗研究主要为针对tst基因表达调控的毒力抑制剂和针对TSST-1蛋白质致病机制的免疫抑制剂。

Agr和SarA为金黄色葡萄球菌的重要毒力调节因子，是抗TSST-1治疗的重要靶标。雷氏乳杆菌人体阴道分离株RC-14产生的小信号分子能够干扰Agr的表达，从而抑制TSST-1在菌株S.aureus MN8中的表达[26]。云南白药可以显著抑制RNAⅡ和RNAⅢ的表达，进而使TSST-1等相关毒力因子的产量显著降低，是一种潜在的金黄色葡萄球菌感染抑制剂[27]。在免疫抑制方面，RUKKAWATTANAKUL等[28]研制的抗金黄色葡萄球菌TSST-1人单链抗体HuscFvs可与TSST-1残基形成接触界面，干扰TSST-1与TCR-Vβ的结合，抑制T细胞活化增殖，并通过干扰TSST-1的几个重要残基使相关细胞因子释放减少，其有望在未来应用于临床。此外，一些炎症因子抑制剂，如姜黄素、山莨菪碱等对T细胞增殖无明显抑制作用，但能显著降低TSST-1诱导产生的干扰素(IFN)-γ和IFN-α水平。

4.2.3疫苗研发 开发有效的疫苗可从源头上预防和控制金黄色葡萄球菌感染。目前针对金黄色葡萄球菌表面抗原开发的疫苗都尚未取得良好的临床效果，甚至会加重感染，而针对SAg的单克隆抗体已被证明在动物研究中可发挥作用[29]。NARITA等[30]研究发现，TSST-1疫苗能诱导记忆T细胞在记忆期产生白细胞介素(IL)-10并下调IL-17，用抗IL-10 治疗接种疫苗的小鼠可在记忆期使小鼠免于全身性金黄色葡萄球菌感染。同时，由TSST-1、SEB和SEA 的类毒素组成的融合类毒素疫苗(TBA 225)也在TSS小鼠模型中被证明具有保护作用[31]。针对该融合类毒素疫苗产生的抗体可广泛中和多种临床相关金黄色葡萄球菌的纯化SAg，其有望成为预防金黄色葡萄球菌感染的抗毒力多价类毒素疫苗的组成部分。

5 展 望

多重耐药菌的日益流行及社区获得性感染率的不断上升使金黄色葡萄球菌感染的诊疗越来越困难。毒力因子的携带与金黄色葡萄球菌的致病及传播密切相关，是当前诊断和治疗研究的热点。TSST-1作为金黄色葡萄球菌的重要毒力因子，主要通过发挥超抗原特性引发机体炎性反应失控和多器官损害，且其基因的携带情况与金黄色葡萄球菌感染的部位、严重程度及转归都可能存在密切关系。因此，tst基因有望作为一个分子诊断标志物，为金黄色葡萄球菌感染患者的早期诊断及病情评估提供帮助。在治疗方面，目前针对TSST-1的抗毒力治疗仍然是以抗菌药物为主，但该方法疗效受到一定限制，针对基因及分子水平方面的靶向治疗虽然已有大量研究，但仍未找到较为合适的方法。深入研究TSST-1的表达调控及致病机制，合理设计抗毒力治疗的靶点将是未来研究的重要方向。相信在不久的将来，对于TSST-1上述问题的深入探讨一定能为金黄色葡萄球菌感染的诊断、治疗提供新的方向，为促进人类健康提供新的思路。