张晓兰， 江 鹏， 徐 倩， 朱 辉

(哈尔滨医科大学 基础医学院，黑龙江 哈尔滨 150081)

A组链球菌(Group AStreptococcus，GAS)是临床常见致病菌，可引发浅表感染如咽炎和脓疱病，也可引发严重侵袭性感染如坏死性筋膜炎和链球菌中毒休克综合征。20世纪80年代以来，GAS引起的严重侵袭性感染呈现上升趋势。流行病学调查发现侵袭性感染常由高毒力株引起，如emm1、emm3、emm12、emm28和emm89，导致全球每年约16万人死亡。尽管有抗生素可以治疗，但其对侵袭性感染的效果有限，需要对侵袭性感染的致病机制作深入研究。现有致病机制模型中虽有明确的结论，也有未阐明的疑点。本文对近年来高毒力GAS分型、致病表现、致病机制及治疗进行了总结，如GAS重要毒力调控因子covRS基因突变导致毒力增高、GAS超抗原过度激活宿主T细胞反应等，旨在对GAS侵袭性感染的研究、预防和治疗提供参考。

1 高毒力GAS分型及致病表现

1.1 高毒力GAS分型

鉴于GAS 表面M蛋白的结构及功能的多样性，根据其编码基因emm可分为200多种。在流行病学研究中，某些emm型常引起侵袭性疾病的流行，包括emm1、emm3、emm12、emm28和emm89[1-4]。导致发展中国家发生GAS感染最常见的类型为emm1型。emm3型侵袭性感染的致死率要高于其他型菌株[2]。在欧洲的一项调查中发现，emm28和emm87常导致女性感染，其中emm28分离株被认为是引发产褥热的“罪魁祸首”。而相比较而言emm83、emm81和emm43在男性感染中发现较多，主要与静脉用药有关。自2000年以来，发现emm89型GAS丢失合成透明质酸的基因后导致严重侵袭性感染[3]。表1总结了上述常见的高毒力菌株分型及其特点。

表1 常见GAS侵袭性菌株分型及其特点

1.2 高毒力GAS致病表现

高毒力GAS能引发高致死率的严重侵袭性感染(如坏死性筋膜炎和链球菌中毒休克综合征[4-6])。坏死性筋膜炎(Necrotizing Fasciitis，NF)是一种较深的皮下组织和筋膜的感染，其特点是皮肤及软组织、肌肉广泛而迅速的坏死(坏疽)。NF的病理组织学类型大致分为三型：Ⅰ型感染部位有大量的细菌聚集但很少有中性粒细胞反应；Ⅱ型感染组织中有细菌并伴有中度至重度中性粒细胞反应；Ⅲ型感染组织中无细菌但有强烈中性粒细胞反应(死亡率高)。典型的NF始于小伤口或手术切口，最初的病变只是出现局部红斑，但随后 24～72 h内炎症会变得更加明显和广泛，皮肤变得灰暗发紫，并出现含有脓血的大疱。4～5 d后感染处皮肤会出现明显坏疽样病变，伴随大面积坏死[7-9]。NF病人常表现为高热和身体极度衰竭，即使经过适当的治疗，死亡率仍很高。在美国和欧洲，NF的死亡率分别为24%和32%，而在发展中国家死亡率更高[10]。

链球菌中毒休克综合征(Streptococcal Toxic Shock Syndrome，STSS)是与链球菌侵袭性感染相关的休克和器官衰竭。STSS一期在24～48 h内表现为流感样症状，特征是发热、寒战、肌痛、恶心、呕吐、腹泻、低血压；二期的特征为心动过速、呼吸暂停、疼痛增加和持续发热；三期表现为突发的休克和器官衰竭[7-8]。20世纪80年代STSS的案例在美国和欧洲出现后，成年人及儿童STSS的报道便在世界范围内屡见不鲜。有研究表明emm1和emm3的流行与STSS的发病率增加相关联。大约8%～23%的STSS患者在感染后7 d内死亡。每年GAS侵袭性感染至少有60多万例，导致约16万人死亡。表2为一些国家地区侵袭性GAS感染的发病率及死亡率[10]，我国尚缺乏该数据流行病学报道。

表2 不同国家地区侵袭性GAS感染的发病率及死亡率[10]

2 高毒力GAS致病机制

高毒力GAS致病机制很复杂，既包括初期浅表感染时表达黏附分子参与黏附和定殖、表达M蛋白和透明质酸荚膜参与抗吞噬、分泌毒力因子参与破坏宿主屏障，还包括侵袭性感染时covRS突变、血管侵袭及表达超抗原等。下面重点总结高毒力GAS导致侵袭性感染时的致病机制。

2.1 CovRS双组分转录调控系统

CovRS(control of virulence responder sensor)是GAS最具代表性的双组分转录调控系统。CovS能够感知外部信号，继而激活细菌胞内CovR，由CovR负调控毒力因子的表达。对M1型GAS的分析结果显示CovR可以抑制GAS基因组中15%(271种)基因的转录，包括透明质酸荚膜操纵子、链球菌溶血素S、半胱氨酸蛋白酶、NAD糖水解酶、链球菌溶血素O、IL-8降解蛋白酶、链激酶、链道酶、免疫球蛋白修饰蛋白和纤连蛋白结合蛋白等[4,8]。

2.1.1covRS突变影响GAS免疫逃逸covRS的无效突变可增强sse、spyCEP和scpA基因的表达。Sse、SpyCEP和ScpA 可分别降解中性粒细胞趋化因子PAF、白介素8/CXC趋化因子、补体C5a[11-12]，继而影响中性粒细胞趋化。在高毒力covS突变株感染小鼠实验中，发现Sse和SLS对抑制中性粒细胞募集和促进全身性感染具有协同作用[12]。在高毒力GAScovS突变株导致NF的小鼠动物实验中，小鼠呈现了NFⅢ型组织病理学特征。高毒力GAScovS突变株中的covS突变被纠正后，可增强小鼠的中性粒细胞反应，导致Ⅱ型NF；而野生型M1T1 GAS的CovS缺失可减少中性粒细胞的募集，同样导致Ⅱ型NF的出现[13]。covS突变后增强了GAS逃逸宿主固有免疫系统的能力。

2.1.2covRS突变影响GAS血管侵袭 M3型GAS(MGAS315)有自然的covS突变(G1370T)，导致CovS 457号位的甘氨酸错义突变为缬氨酸[9]。在小鼠肺部感染模型中，高毒力的MGAS315在气管内接种后，细菌立即散落分布于肺泡管和肺泡间隔，接种24～48 h后小鼠死亡。组织切片发现，肺泡管受到严重破坏，并含有大量细菌，且支气管血管和血管周围间质中有大量GAS存在[14]。对比MGAS315-covS无突变株，虽能导致肺泡区感染，但是不能侵入支气管血管和血管周围间质。而将covS基因从MGAS315无突变株中去除后，其侵袭支气管血管和血管周围间质的能力又恢复了。因此，covS突变是MGAS315侵袭血管所必需的。另外MGAS315进入肝脾的能力比MGAS315-covS无突变株强1 000倍以上，这些数据说明血管侵袭在MGAS315全身性播散中的关键作用，与血管侵袭直接相关的毒力因子目前尚不清楚。高毒力GAS对血管系统的侵袭，可能涉及多种由covS控制的毒力因子的协同作用[14]。

2.1.3covRS突变影响SpeB的表达 SpeB(Streptococcal pyrogenic exotoxin B, SpeB)是GAS表达的一种半胱氨酸蛋白酶，能够阻断感染初期宿主免疫反应，对GAS皮肤感染是必须的[4]。M1型GAScovRS自然突变会下调SpeB的表达。rocA和covS突变株对许多由covS负调控的毒力因子具有相似的增强作用，但rocA突变株并没有下调SpeB，具有自然rocA突变的emm3分离株在缺失SpeB后，其毒力有所增强[15]。这些发现提示，M1型 GAScovRS突变株的高毒力，除了与covRS负调控的毒力因子的表达增强有关外，还与SpeB的表达下调密切相关[16]。有研究指出SpeB的下调能够减少人纤溶酶原和纤维蛋白原的降解，增强纤溶酶活性，允许GAS降解宿主屏障及播散。另外SpeB下调能增强GAS毒力因子(Ska、M蛋白、GAPDH、SEN)的活性，对这些毒力因子具有保护作用，使得GAS向全身播散能力增强，进而增强毒力[17-18]。

2.2 Ihk-Irr调控系统

Ihk-Irr调控系统是GAS另一个重要的双组分调控系统，参与抵抗宿主固有免疫反应。有研究发现急性咽炎发作时，Ihk-Irr调控因子表达明显增多并参与逃逸中性粒细胞杀伤。当敲除JRS4(M6型GAS)的irr基因时，中性粒细胞吞噬及产生活性氧的能力并未提高，提示Ihk-Irr的存在能够增强GAS的抗吞噬能力[19]。在5448(M1型GAS)进一步研究中发现，只有在感染的早期阶段，Ihk-Irr表达增多使存活于巨噬细胞内的GAS增加，而感染后期Ihk-Irr表达减少而CovRS表达增多[20]。Ihk-Irr调控系统可在活性氧或抗菌肽的作用下被激活。小鼠菌血症的动物模型中，Ihk-Irr的失活显著降低了GAS的毒力。Ihk-Irr能够控制与细胞壁合成和抗氧化应激相关基因，使GAS躲避了中性粒细胞和巨噬细胞的杀伤，并促进GAS的传播从而在GAS侵袭性感染中发挥作用[19-20]。

2.3 Mga调控系统

Mga(multiple gene regulator of Group AStreptococcus)是一个分子量为62 kDa的DNA结合调节蛋白，它的同源蛋白在其他型的致病性链球菌中都可以找到。Mga能激活许多毒力基因的转录(如M蛋白)，Mga对GAS毒力的作用已经在很多侵袭性感染的模型中得到了证实[21]。Mga的作用与碳水化合物代谢有关，在含糖量不同的环境中，Mga磷酸化的变化可改变Mga的功能[22]。在富含碳水化合物的环境中，可抑制Mga磷酸化，从而促进GAS关键黏附因子的表达。相反，在碳水化合物缺乏的环境中，GAS磷酸转移酶系统使Mga发生磷酸化而失活，下调了GAS关键黏附因子的表达，使GAS更易扩散到深层组织中。在小鼠侵袭性感染模型中，通过改变Mga磷酸化水平可显著影响GAS的毒力[23]。

2.4 超抗原SAgs

超抗原是一类特殊抗原，可以刺激T淋巴细胞增殖和活化产生过量细胞因子的抗原。在过去的100年间，已经有11种超抗原在GAS中被发现。在1920年至1960年间相继发现了SPE(Streptococcal Pyrogenic Exotoxins)A、B、C，它们在免疫学结构上不同，但是有一些相似的生物活性，特别是注射到家兔体内的致热能力(致热性)相似且使内毒素休克更易发生。除上述三种SAgs表达外，GAS还可产生SPE-G、SPE-J、SSA、SMEZ等多种SAgs[24]。

SAgs的一个特点是能够同时结合到抗原提呈细胞的MHCⅡ类分子和TcRVβ上[24]。SAgs与其受体结合后将导致TNF-α和TNF-β的快速释放，继而引发IL-2、IL-6、IL-1和INF-γ的相继释放，导致宿主产生各种炎症反应。对小鼠的动物研究表明，SAgs暴露后的第1小时内，TNF-α显著增加，主要由脾脏内的T细胞释放[25-26]。在深部组织和血液中，细胞因子的生成对休克和器官衰竭的发生起着重要作用，如TNF-α在这个过程起到了关键作用。在狒狒A组链球菌菌血症模型中，观察到在重度低血压时有高水平的TNF-α表达，应用抗TNF-α抗体可恢复到正常血压，死亡率降低了50%[26]。此外，一些SAgs(包括SPE-A和SMEZ)能够上调人单核细胞表面TLR2的表达。这与SAgs与MHCⅡ类分子结合有关。TLR2上调导致TLR2配体促炎症反应增加，但只有在配体浓度较高时才发生。

在流行病学调查中，从STSS患者中分离出的高毒力菌株多为emm1和emm3株，两者均能产生SPE-A和SPE-C[24]。大多数(40%～90%)引起侵袭性感染和STSS的高毒力株中发现了speA基因，但只有少数(15%～20%)引起非侵袭性感染的分离株中有speA基因[24]。最近的一项研究分析了从1920年至2013年间来自不同地点的3 615株emm1型菌株的基因组序列，发现获得speA基因是高毒力emm1株进化的重要一步。在临床研究中，用免疫组化的方法对2例STSS患者血清中的SPE-A进行了检测，发现SPE-A与TNF-α水平升高相关联，为SPE-A诱导的T细胞活化提供了证据[27]。

2.5 M1蛋白诱导产生的肝素结合蛋白

M蛋白是GAS表面的多功能毒力因子，是首次报道的GAS黏附素。M1蛋白的N端序列被认为与细菌聚集有关，这对于细菌的定殖、抗吞噬以及随后的侵袭可能是至关重要的[28]。目前的研究表明，由M蛋白介导的细菌聚集是一个重要的致病机制。聚集的GAS能更有效地黏附上皮细胞，在血液中存活时间更长并有利于其生长，而不聚集的GAS黏附性差，会被迅速杀死。相比于单个细菌或细菌链，较大聚集体更难被吞噬。另外有研究发现M和M样蛋白可以保护GAS免受补体攻击[4,29]。有研究认为中性粒细胞和M1蛋白的相互作用，可诱导肝素结合蛋白(Heparin-binding Protein，HBP)的释放。HBP是一种血管通透性诱导剂，可造成血管渗漏，进而促进GAS全身播散。

3 高毒力GAS感染的治疗

侵袭性GAS感染的治疗包括手术清除感染组织、稳定血流动力学和特异性抗菌药物治疗。确定为GAS感染后，10～14 d内静脉注射青霉素G(300～400万单位每4 h)加克林霉素(600～900 mg每6～8 h)是首选的药物治疗方案[30]。一些病例报告描述了静脉注射免疫球蛋白(Intravenous Immunoglobulin，IVIG)在治疗重症侵袭性感染患者中的效果，但目前美国传染病协会的指导方针提出，不同的IVIG制剂中毒素中和抗体的水平差别很大。另外有研究人员发现了一种弱拮抗金黄色葡萄球菌肠毒素B(Staphylococcal Enterotoxin B, SEB)活性的十二肽，可以抑制小鼠感染模型中SEB和TSST-1(Toxic Shock Syndrome Toxin-1)的活性。另外有研究报道了一种双特异性受体模拟物，既针对MHCⅡ类受体，又针对SAgs的TCR结合位点，能够在SAgs致病过程中产生阻断作用。

4 展 望

20世纪80年代以来，GAS引起的严重侵袭性感染呈现上升趋势。现有致病机制模型中有明确的结论，也有未解的谜团。毒力调控基因covRS的自然突变能增强GAS的毒力，使其具有免疫逃逸和血管侵袭的能力。由covRS突变引起的SpeB下调，也可能与GAS毒力增强有关。GAS表达的多种超抗原SAgs参与了高毒力菌株的致病过程，但SAgs的作用还有待进一步确定。M1蛋白诱导产生的肝素结合蛋白有助于GAS侵袭血管系统。对GAS高毒力菌株致病机制的深入探讨，能为侵袭性感染的预防和治疗提供更好的方案。