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1、2022卡他莫拉菌致病性及重要毒力因子作用机制研究进展(全文)摘要卡他莫拉菌是一种存在于人类呼吸道黏膜的革兰阴性双球菌，可定植在健康人体鼻咽部。该菌可沿着咽鼓管进入中耳引起中耳炎，或下行进入肺部引起慢性阻塞性肺疾病急性加重(AECOPD)或肺炎等。目前,关于卡他莫拉菌致病机制的相关研究较少，所以国内外对卡他莫拉菌致病性的认识不够全面。本文将从卡他莫拉菌与中耳炎、慢性阻塞性肺疾病急性加重的关系以及重要毒力因子的作用机制等方面进行阐述，希望能够提高大家对卡他莫拉菌的认识，同时为临床诊断相关疾病提供参考。卡他莫拉菌过去一直被认为是呼吸道定植菌1JO随着研究的进展，卡他莫拉菌的致病性逐渐被证实，并被认
2、为是一种引起儿童中耳炎和成人慢性阻塞性肺疾病急性加重(acuteexacerbationofchronicobstructivePu1.monarydisease,AECOPD)的重要病原菌2o此外，该菌还可引起肺炎、败血症和脑膜炎等严重感染3o这些发现虽然激发了科学家们深入研究卡他莫拉菌的兴趣，且在近20年内出现了大量高质量的研究成果，但目前关于卡他莫拉菌致病性及相关机制的研究仍远远不够。卡他莫拉菌的主要遗传划分是使用16S核糖分型方法40卡他莫拉菌由两个不同谱系组成，主要谱系是16S核糖型I(RB1.),RB2/3为次要谱系5o有证据表明,卡他莫拉菌的毒力因子存在于RB1.或RB2/3谱系
3、的血清敏感型和血清抗性菌株的核心基因组中6o这些证据均表明卡他莫拉菌与疾病之间的重要关系。一、卡他莫拉菌与中耳炎中耳炎是儿童常见的感染性疾病,大约50%的儿童至少经历过一次中耳炎7卡他莫拉菌是引起儿童中耳炎的重要病原菌80卡他莫拉菌引起的中耳炎包括急性中耳炎和中耳炎伴渗出两大主要临床表现。急性中耳炎包括中耳化脓性炎症伴局部和全身症状（耳痛、耳漏和发热）的急性发作9o中耳炎伴渗出主要指中耳液在耳蜗中积聚且没有急性感染的症状，通常发生在急性中耳炎后10o中耳炎如护理不当会造成严重后果，包括鼓室膜瘢痕伴反复穿孔，这会导致急性或慢性听力损失以及随后的学习困难I1.12o近期研究发现，基于体外培养的方法
4、，中耳炎中卡他莫拉菌的流行率高达20%13,且使用聚合酶链反应（po1.ymerasechainreaction,PCR）的方法，其检出率显著增加，表明卡他莫拉菌在中耳炎中的流行率可能更高130中耳炎通常由多种微生物共感染，主要包括3种细菌（肺炎链球菌、流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌）中的1种或多种，以及鼻病毒、呼吸道合胞病毒和流感病毒等14o卡他莫拉菌在中耳中的检出率较高，且多与肺炎链球菌或流感嗜血杆菌形成共感染模式15o与单独感染相比，卡他莫拉菌与肺炎链球菌或流感嗜血杆菌的鼻咽部共生状态增加了发展成中耳炎的风险16o有研究发现，生物膜在复发性中耳炎和分泌性中耳炎中发挥了重要作用，同时导致对抗菌药
5、物耐药和宿主免疫防御抵抗17o生物膜是被细胞外聚合物基质或物质包裹的高度组织化的多细胞群落。生物膜中的细菌不仅对先天性和获得性免疫的效应物具有强大抗性，而且对抗菌药物的耐药性也会增强1802010年,Armbruster等19提到|,卡他莫拉菌通过群体信号逃逸促进了生物膜形成，进而提高了对抗菌药物的耐药性。有研究发现，在栗鼠中耳炎模型中，卡他莫拉菌与流感嗜血杆菌的共感染不仅有助于卡他莫拉菌在中耳腔内表面附着，还增强了卡他莫拉菌的繁殖能力。近期研究还证明，在共感染状态下，卡他莫拉菌能够帮助未分型流感嗜血杆菌在细胞内存活20o卡他莫拉菌对抗菌药物的耐药性可能是由于该菌自身产生的内酰胺酶和共感染状态
6、下产生的含多种微生物生物膜的固有抵抗特性19o对生物膜形成的深入研究，以及对多种共感染病原菌间相互作用的持续探索将会对中耳炎的治疗提供更多理论依据。二、卡他莫拉菌与AECOPD早期，卡他莫拉菌对慢性阻塞性肺疾病(chronicobstructivepu1.monarydiseases,COPD)急性加重的影响一直被忽视。因为卡他莫拉菌的菌落形态与奈瑟菌较为相似，难以区分，当时的微生物实验室条件和CoPD临床试验均无法识别卡他莫拉菌21o即使卡他莫拉菌经常被分离到，但并不会被认为是一种病原菌220直到2005年，Murphy等23在一项随访研究中发现，随着随访时间的延长，几乎所有CoPD患者都易
7、受到卡他莫拉菌的入侵，并有10%的AECOPD与卡他莫拉菌的存在直接相关。此外，不同卡他莫拉菌克隆株在患者体内的存在时间也有差别，尽管大部分卡他莫拉菌会被宿主快速清除，但仍有一部分菌株会持续存在，甚至在患者体内存在2年或更长时间,威胁患者健康。早期,Rikitomi翱24对卡他莫拉菌在口咽和支气管的附着与AECOPD的关系进行了研究,该研究发现，当黏液纤毛功能出现异常时，卡他莫拉菌对细胞的黏附增强从而加重疾病进程。CoPD患者会经历稳定期和急性加重期交替出现，其特征是呼吸系统症状突然恶化(如痰量增加、痰变脓性、咳嗽和呼吸困难)25o频繁的病情恶化会对肺功能和生活质量产生不利影响，并增加死亡风险
8、26,27,281.卡他莫拉菌在患者呼吸道中的持续存在会诱导炎症反应，造成病情加重或加速降低CoPD患者的肺功能29,但具体机制仍不清楚。还有研究表明，卡他莫拉菌会附着在细胞外基质蛋白(extrace1.1.u1.armatrix,ECM)上,包括胶原蛋白、层粘连蛋白和纤连蛋白，导致细菌持续性增加30o在COPD小鼠模型中，研究者同样发现，卡他莫拉菌对ECM的黏附可能与细菌在宿主体内的长时间停留有关30o三、与卡他莫拉菌致病性相关的重要毒力因子1.表面蛋白家族(ubiquitoussurfaceproteins,Usp)A1.、UspA2和UspA2H:卡他莫拉菌定植的第一步是黏附到黏膜、上皮
9、细胞和细胞外基质，并与细胞外基质在内的多种成分相互作用，包括普遍存在的Uspo其中，UspA1.基因存在于几乎所有的临床分离株中，和RB1.类型的卡他莫拉菌有着密不可分的关系4,uspA2基因存在于75%的菌株中310UspA主要通过与补体成分相结合，进而保护卡他莫拉菌免受血清杀菌活性的干扰320例如，UspA2可以结合补体的末端成分C4BP进而逃避由经典通路介导的补体杀伤33o补体系统作为重要的先天防御机制，抵抗补体介导的杀伤能力是卡他莫拉菌逃避宿主免疫的关键特性。有研究发现,暴露在人体血清中的卡他莫拉菌有84个相关基因的上调和134个基因的下调，其中也包括编码ABC转运蛋白系统和表面蛋白U
10、spA1.的编码基因340uspA2基因座包含3个相互排斥的等位基因USPA2、uspA2H和uspA2Vo每个等位基因编码一种不同的外膜蛋白，且存在功能和分布差异以及有限的保守性。2020年，Tan等35对卡他莫拉菌的相位变异位点进行了研究。研究结果表明,uspA1.和uspA2基因的相位变异与DNA简单序列的重复长度变化有关。除相位变异外，uspA1.和uspA2还表现出由于模块化结构域的重排、缺失和复制导致的菌株间的序列变异360这种变异性存在于表面暴露区域，而膜嵌入区域更为复杂保守37,从而造成了宿主内的很多外膜蛋白逐渐对病原体产生适应性，从而有助于卡他莫拉菌的免疫逃逸38o此外，有研
11、究探究了胶原蛋白对卡他莫拉菌黏附能力的影响，发现卡他莫拉菌主要黏附在纤维状胶原蛋白和网络形成胶原蛋白上300Singh等30发现所有卡他莫拉菌临床分离株对胶原蛋白I、n、m、IV和V1.均产生了黏附,确定了UspA2和UspA2H为胶原蛋白结合的主要受体，因为uspA2和uspA2H基因的缺失影响了卡他莫拉菌对宿主肺部的黏附;而UspA2H也在先前就被证明与生物膜的形成有关390以上证据均表明了Usp家族对卡他莫拉菌黏附的重要性以及与COPD等疾病的紧密关系。此外，由UspA2免疫反应引发的抗体在Ysebaert等40的研究中杀灭了多种卡他莫拉菌的分离株，其中包括携带uspA2H基因的分离株。
12、这一发现也表明，UspA2有望成为卡他莫拉菌的候选疫苗抗原。2 .莫拉菌IgD结合蛋白/血球凝集素(Moraxe1.1.aIgD-bindingprotein/hemagg1.utinin,MID/Hag):有研究表明,卡他莫拉菌可通过MID/Hag黏附于IV型胶原蛋白上41,Hag表达缺失会显著降低卡他莫拉菌的黏附能力。Hag或其直系同源物MID的表达同样有助于卡他莫拉菌附着到红细胞和A549细胞上42o大多数卡他莫拉菌在进入COPD患者体内后会表达MID/Hag,而在菌株持续存在期间停止表达43o该结果表明，MID/Hag对于卡他莫拉菌的初始定植较为重要，而MID/Hag的停止表达与卡他莫
13、拉菌在CoPD患者体内存留时间延长有关。另一方面,与UspA蛋白一样，MID/Hag在不同COPD患者的分离株中表达不同。有研究表明，midhag基因在呼吸道感染儿童来源分离株与呼吸道感染成人来源分离株中的表达存在差异(92%比73%)5o但目前尚不清楚MID/Hag表达与儿童和成人感染分离株之间的关联是否是由相位变异所致，仍需要进一步证实。有学者认为，MID/Hag表达在儿童宿主感染期间具有选择性优势42,但在适应性免疫应答后，成人可能会针对MID/Hag表达菌株进行选择而MID/Hag的相位变异有助于免疫逃避。3 .外膜蛋白CopB:CopB主要参与铁的获取和血清抵抗44,450卡他莫拉菌
14、可以直接利用黏膜表面的转铁蛋白和乳铁蛋白，作为生长的铁源提取生长所需要的铁，促进自身生长繁殖。CopB基因的失活会削弱卡他莫拉菌摄取铁源的能力46o大多数研究表明，所有分离株均具有CopB基因32o但也有研究发现，CopB基因从呼吸道感染儿童和成人来源的卡他莫拉菌中（50%）的检出率明显高于健康儿童携带卡他莫拉菌的检出率（0%）470这种分布差异的原因尚不清楚,但可能反映了卡他莫拉菌存在一定局部地理差异。copB基因的PCR限制性片段长度多态性分析结果显示，分离株间存在等位基因变异，为此可被分为5种型别，CopB-I、CopB-sCOPB-IH、CopB-IV.CopB-O48o同时，copB
15、基因型别与核糖体谱系（RB1.）也存在关联，如CoPB-I/m型和CopB-型的分离株与RB1.谱系相关（99%）,CopB-O型和CoPB-IV型与RB2/3谱系相关（86%）320目前尚不清楚copB基因中的等位基因差异是否具有功能相关性或促成致病能力的差异性。但是针对主要表面表位产生的抗体并不能与所有copB型别结合这意味着如果将CopB作为疫苗抗原，效果可能会受影响48o4 .外膜蛋白（outermembraneprotein,Omp）CD、OmPE、OmpJ:OmpCD可参与黏附49,如黏附于人鼻咽、气管支气管和中耳黏蛋白50r同时也参与维持膜的稳定性510一项研究表明，ompCD基
16、因从呼吸道感染儿童和成人来源的卡他莫拉菌的检出率（84%）明显高于健康儿童携带卡他莫拉菌的检出率（14%I47,51也有研究显示QmPCD基因存在于来自不同临床和地理来源的所有卡他莫拉菌分离株中32o尽管ompCD的氨基酸序列非常保守52,但ompCD基因的PCR-RF1.P分型根据所使用的限制性内切酶的不同将其分为2种或5种型别32,52oSingh等5发现OmPCD1.型与RB1.谱系之间存在显著关联，而0mpCD2型与RB2/3谱系相关。OmpE是一种功能未知的外膜蛋白，通过一种尚未确定的机制参与血清抗性，并可能参与营养的获取530两项研究表明，OmPE存在于所有分离株中54o但有研究结
17、果显示，呼吸道感染儿童和成人来源的卡他莫拉菌OmPE基因的检出率(93%)明显高于健康儿童携带卡他莫拉菌的检出率(50%)47o目前，根据OmPE序列微小变异将其分成2个簇，但目前尚不清楚这些簇是否与卡他莫拉菌特定的亚群或谱系相关550OmpJ也是一种功能未知的外膜蛋白,目前被分成两个型别(OmPJ1,17%;0mpJ2,83%),它们在核甘酸序列上的相同程度大于90%oOmpJ1.与RB2/3谱系相关，而OmPJ2与RB1.谱系相关390此外，OmPJ1.主要发现于血清敏感的分离株中，而OmPJ2几乎完全与血清抵抗分离株相关。5 .脂寡糖(Iipoo1.igosaccharide,1.OS)
18、:卡他莫拉菌1.OS是一种在外膜中暴露于表面的糖脂，与黏附和侵入上皮细胞以及血清抵抗有关。卡他莫拉菌具有3种相互排斥的1.oS血清型且在人群中的分布不同60%75%的分离株为A血清型，20%30%为B血清型，2%6%为C血清型，而5%的分离株为不可分型。尽管未观察到携带株和致病株间1.OS血清型的分布差异47,但与儿童相比，成人呼吸道分离株中的1.OSB型频率较高，而1.OSA型频率较低320此外，所有1.OSB型分离株都属于RB1.谱系320四、困境与展望从目前研究来看，卡他莫拉菌的致病机制仍不明确，虽然有几个重要毒力因子被发现，但这些毒力因子与宿主间相互作用的具体机制还不清楚。此外，尽管有研究对流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌联合疫苗的安全性和免疫原性进行了临床试验，且已取得了较为理想的结果，但针对卡他莫拉菌的特异性疫苗至今尚未问世。这其中的原因包括，未找到理想的疫苗抗原，缺少模拟人类感染的理想实验动物模型，疫苗研发工艺存在不足等。另外,抗菌药物对卡他莫拉菌感染的治疗也因耐药性的产生而困难重重。即便如此，学者们仍要坚持对卡他莫拉菌致病机制的研究，因为卡他莫拉菌对人类的致病威胁远比想象的要大，尤其是在儿童中耳炎和老年人AECOPD中发挥重要作用。
