各种细菌产生的IgA蛋白酶的结构，性质及应用

各种细菌产生的IgA蛋白酶的结构，性质及应用

孙少媛杜贵萍

孙少媛杜贵萍（贵阳市第六人民医院血液净化室550005）

【摘要】产IgA蛋白酶的细菌在危及生命的感染中占有很大比例，IgA蛋白酶可以裂解IgA,并使细菌免受各种免疫球蛋白的攻击，在感染中具有多种作用。IgA的糖基化异常影响其对IgA蛋白酶的敏感性，因此在最常见的肾小球肾炎IgAN中，IgA的糖基化异常可能为导致IgA升高的原因之一。本文就各种细菌产生的IgA蛋白酶的基因结构，性质及应用作一综述。

【关键词】IgA蛋白酶细菌IgAN

【中图分类号】R39【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2013）23-0378-01

1基因结构

IgA蛋白酶基因主要由蛋白酶区与beta区组成，不同细菌IgA蛋白酶的基因构成存在差异：

1.1淋球菌，脑膜炎球菌、流感嗜血杆菌，解脲脲原体的的IgA蛋白酶属丝氨酸蛋白酶，IgA蛋白酶在解脲脲原体的细胞膜上表达，而其它细菌则将此酶分泌至胞外。IgA蛋白酶基因在细菌成指数增长的阶段持续表达，最初的基因产物是一个蛋白酶前体，酶前体要经过一些易位改变才能分泌到细胞外。IgA蛋白酶是自转运体，它本身就编码了运送酶自细胞外的所有信息。淋球菌是第一个被发现V型分泌机制即自动易位机制的，这种机制相比其他输出机制来说是非常简易的。如淋球菌MSII株的iga序列，发现此基因开放读码框架编码169kd的蛋白质，而成熟的该蛋白酶相对分子质量只有106kd，显然该蛋白在分泌至胞外的过程中发生了分子内断裂。通过分析此基因序列，Pohlner等确定了该前体蛋白酶的4个区域，并基于此功能区的确认提出了IgA蛋白酶的分泌机制。此酶前体的N一端是典型的信号肽序列．由27个氨基酸残基构成。该功能区负责将前体蛋白质由胞质穿越细菌内膜运送到胞质周隙，此时信号肽序列被切除；C-端为beta区，此区具双嗜性的转角结构的氨基酸片段插入细胞外膜并在辅助区部形成一个小孔，而位于信号肽功能区和beta区之间的酶活性区以及a螺旋可变区即a蛋白，它们由beta区负责穿越此孔被运送至胞外。此后，酶活性区切除beta区N一端的一个肽键使得其本身以可溶的蛋白质释放至胞外。可溶的酶活性区再释放一个小的a蛋白后，最终成为106kd的蛋白酶[1]。a蛋白由简单的序列组成，其包含的序列有能使蛋白质进入真核细胞核所需要的核定位信号，长度不等（180至390个氨基酸）与此相一致的是，包含a蛋白的融合蛋白及提纯的a蛋白能够进入人的上皮细胞内，并进入细胞核。孵育产II型IgA蛋白酶的淋球菌属的细胞质及外膜制品可导致部分特定蛋白质的降解，由此推测IgA蛋白酶可能在细胞蛋白成熟的过程中也起到作用，要验证这个作用还需进一步的体内实验，从而也说明了这个a蛋白有携带IgA蛋白酶进入细胞内并分解细胞内底物的可能性。在a蛋白中有较短的重负序列相似于T细胞表位，由于人体内针对IgA蛋白酶的抗体是长期存在的，因此推测a蛋白可能引起了由体内辅助T细胞介导的对IgA蛋白酶的反应[2]。

1.2类杆菌的lgA蛋白酶属半胱氨酸蛋白酶，半胱氨酸蛋白酶型的IgA蛋白酶基因结构还有待研究。

IgA蛋白酶的抗原多样性以流血嗜血杆菌和肺炎链球菌之间最为显著，IgA蛋白酶可作为区分链球菌属和嗜血杆菌属的诊断标志。两种致病性的奈瑟氏菌属之间抗原多样性很小，且具有相同的酶抑制表型，这些都与它们之间相近的亲缘关系是一致的。流血嗜血杆菌与两种致病的奈瑟氏菌之间的抗原多样性是由水平基因转移以及影响IgA蛋白酶基因特定区域的重组产生的。近来还有研究表明轻链球菌的IgA蛋白酶基因比溶血性链球菌的更早远，并认为溶血性链球菌的IgA蛋白酶基因是通过轻链球菌的IgA的蛋白酶基因水平转移获得的[3]。各种属之间不同程度的抗原多样性可能反应了其在体内的重组情况。除了轻链球菌外，口腔中的细菌（类杆菌，噬二氧化碳菌属，口腔链球菌，溶血性链球菌）产生的IgA酶几乎没有抗原多样性。大多数病人都能检测到酶活性，偶尔可能由于在感染后发生相应基因的点突变导致无酶活性。而轻链球菌比较特殊，不一定表达IgA蛋白酶基因而表现出相应的活性。

2IgA蛋白酶的性质

不同菌属产生的酶活性不同：脑膜炎球菌>>淋球菌，流血嗜血杆菌，肺炎链球菌>>溶血性链球菌>>口腔链球菌；IgA蛋白酶能引起强烈的抗原反应，诱导抗体产生，这些抗体可中和酶的活性，在感染或聚集了产IgA酶细菌的人体血清，分泌物中都可发现。这种中和抗体主要是IgG类的，人血清初乳中的IgA以及IgA被切断后生成的Fab段也显示出抑制酶的活性。这些抗体可抑制酶降解IgA的活性，但血浆中al一抗胰蛋白酶及a2一巨球蛋白类的蛋白酶抑制剂则无抑制IgA蛋白酶活性的能力。

2.1不同菌属产生IgA蛋白酶的作用位点不同：肺炎链球菌、轻链球菌、口腔链球菌、溶血性链球菌、解脲脲原体以及普氏菌产生的IgA蛋白酶属于I型IgA蛋白酶，作用于pro-ser肽键；噬二氧化碳细菌产II型的IgA蛋白酶，作用于pro-thr肽键；脑膜炎球菌、淋球菌、流感嗜血杆菌既可产生I型IgA蛋白酶又可产生II型IgA蛋白酶；梭状杆菌产生的IgA蛋白酶作用于铰链区外的pro-val肽键。

2.2不同菌属产生IgA蛋白酶的特性不同：丝氨酸蛋白酶型IgA蛋白酶：淋球菌可分泌两种IgA蛋白酶：I型IgA蛋白酶和II型IgA蛋白酶。淋病奈瑟氏菌分离出的菌种可以分泌其中一种，这两种酶由特异作用于IgA铰链区不同的肽段区别开来。淋球菌I型IgA蛋白酶水解IgA1铰链区237-238位pro-thr肽键，II型IgA蛋白酶水解235-236位pro-ser肽键。除了IgA1铰链区，淋球菌和流感嗜血杆菌对IgA的识别和清除还需要IgA1的Fc段，但仅需IgA1的Ca2Ca3而不需要Ca1。产生不同类型IgA蛋白酶可能与营养型和细菌膜外蛋白I血清变型有关。I型IgA蛋白酶由依赖精氨酸，次黄嘌呤，尿嘧啶的淋球菌分泌，此种淋球菌属于蛋白IA-1或IA-2血清变型，属于蛋白IA血清变型的淋球菌尤其是IA-1和IA-2，与淋病的感染传播有关。II型IgA蛋白酶是两型中较常见的，由绝大多数其他营养型和血清型的淋球菌分泌。两型IgA蛋白酶基因iga有同源性，在限制内切酶位点有轻微差异，自身水解位点有区别，II型有多个靶位点，I型只有1个，这可能是造成I型IgA蛋白酶分泌速度较慢，活性较II型差的原因[4]。

解脲脲原体产生的IgA蛋白酶，是第一种被发现有IgA蛋白酶活性的支原体属。在25mMEDTA中可保持其活性，但对胰蛋白酶敏感[5]。

3IgA蛋白酶的应用

3.1含有类似IgA铰链区序列的蛋白质，也可成为IgA蛋白酶的底物。在体外实验中，IgA蛋白酶可以切断绒促性素，粒细胞巨噬细胞集落刺激因子，细胞毒性T淋巴细胞的CD8表面抗原，溶酶体相关膜蛋白LAMP1。由此可见IgA蛋白酶在感染中所起到的作用是多种的，而不仅仅是裂解IgA：如IgA蛋白酶裂解LAMP1，从而帮助吞噬细菌逃避巨噬细胞的杀伤作用。此外，IgA蛋白酶释放的a蛋白可进入宿主细胞并易位到细胞核，有助于细菌在宿主体内的存活。IgA蛋白酶还可刺激TNF-aIL-1,IL-6及IL-8的释放，通过刺激这些在感染过程中起到重要作用的促炎症因子的释放而引起炎症反应，说明细菌能调控宿主对感染的反应[6]。在体内试验中，IgA蛋白酶可激活CD4(+)和CD8(+)T细胞以及CD19(+)B细胞和CD56(+)自然杀伤细胞。这些都表明在细胞感染过程中，IgA蛋白酶可能参与了促进部分T细胞介导的炎症反应[7]。在细菌感染中IgA蛋白酶被认为是一种毒力因子，因此灭活IgA蛋白酶蛋白水解活性就可以减弱细菌在体内的移植和感染。因此可以合成与IgA蛋白酶底物具有相似结构的物质通过竞争性抑制来使酶失活，更小的合成肽也可以作为丝氨酸型IgA蛋白酶的潜在抑制物。

3.2肺炎链球菌产生的IgA蛋白酶出现在所有血清型肺炎链球菌表面，重组突变后失活的酶或许会成为一种抗肺炎链球菌的疫苗。

4小结

IgA蛋白酶在宿主与细菌的相互作用中具有多种作用，不仅是裂解IgA。IgA蛋白酶对底物的清除也不是已知那样保守的，除了清除含有类似IgA铰链区序列的蛋白质它也可清除缺乏特异性序列的底物。各种细菌产生的IgA蛋白酶活性及细菌携带者与患者的IgA蛋白酶活性不同。各种细菌产生的IgA蛋白酶对IgA的切除位点不同，对IgA的结构要求也不同，且IgA的糖基化异常也会影响到它对IgA蛋白酶的敏感性，因此在IgA肾病中，IgA糖基化的异常可能为导致IgA升高的原因之一。

参考文献

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