分泌性酯酶：新的化脓性链球菌毒力因子和免疫保护蛋白?

Streptococcus pyogenes (Group A streptococcus, GAS) can cause a wide range of diseases from superficial infections of the throat or skin to to severe invasive infections. GAS produces abundance of virulence factors to mediate its pathogenesis, however, the pathogenic roles of these virulence factors are largely unknown. Secreted esterases have been detected in many bacterial pathogens, however, the functions of esterases in bacterial pathogenesis have not been studied. Our published and preliminary data indicated that Sse is a novel virulence factor in serotype M1 strain GAS in a mouse model and immunization with Sse protects mice against subcutaneous GAS infection, suggesting that Sse plays an important role in pathogenesis of GAS. The goal of this project are to investigate that: (1) whether the esterase is a broad virulence factor required for GAS of different serotypes; (2) whether enzymatic activity of the esterase is required for virulence and define the enzyme’s substrate specificity;(3) the effect mechanism of Sse on virulence of GAS; (4) the role of Sse in the immune protection against infection by GAS. The project will generate a comprehensive understanding of the importance of Sse in GAS pathogenesis in host. Since no licensed GAS vaccine is available and antibiotic resistance is a growing problem on a global scale, the investigation that whether Sse is a promising protective protein to be included in a vaccine formulation will provide a attractive therapeutic target for clinical applications of GAS infection.

化脓性链球菌（GAS）可引起呼吸道、皮肤软组织以及严重的侵袭性感染。GAS的致病性与多种毒力因子有关，但是明确的致病机制还不清楚。分泌型酯酶Sse广泛存于多种细菌中，但是其功能至今没有引起研究者的关注。应用小鼠感染模型，前期我们发现Sse在M1型GAS感染中是一种新的毒力因子，而且对小鼠GAS皮下感染有免疫保护作用，提示Sse在GAS感染中起着重要的作用。在本项目中，我们将继续以下研究：（1）研究Sse是否是一种广谱的GAS毒力因子；（2）阐明酯酶活性在Sse对GAS细菌毒力影响中的作用及可能的宿主作用分子；（3）探讨Sse对GAS细菌毒力影响的机制；（4）研究Sse的免疫保护作用。研究结果有助于阐明酯酶在GAS致病中的作用和机制。由于目前仍没有一个成熟的GAS疫苗上市以及越来越多的细菌对抗生素耐药，对Sse免疫保护作用以及未来疫苗可能性的研究也有助于为GAS感染的防治提供新的靶点。

研究背景：A组链球菌（group A streptococcus，GAS）可引起呼吸道、皮肤软组织以及严重的侵袭性感染。GAS的致病性与多种毒力因子有关。分泌型酯酶（Streptococcus secreted esterase，Sse）广泛存于多种细菌中，前期研究我们发现Sse在M1型GAS感染中是一种新的毒力因子，而且对小鼠GAS皮下感染有免疫保护作用，提示Sse在GAS感染中起着重要的作用。但是到目前为止，由于GAS血清型众多，还没有一个成熟的商用GAS疫苗。分析目前已知的GAS基因组只有两型Sse，在型内和型间分别有着>98%和>63%的高度同源性，表明不同血清型GAS的Sse序列有比较高的保守性，为Sse作为GAS侯选蛋白疫苗提供了有利的条件。.方法：构建了4种不同血清型和毒力的GAS菌株（MGAS5005、MGAS2221、MGAS315和MGAS6180）相应的Sse基因敲除株；对不同菌株生物学性状、抗原表位、转录组基因表达谱等进行分析；应用小鼠感染模型，比较不同菌株感染后小鼠的生存率、皮肤感染、脏器侵袭、病理学以及免疫功能的变化。另外，采用DEAE离子交换层析、镍树脂亲和层析的方法，进行SSE蛋白纯化；纯化的SSE蛋白对小鼠进行主动免疫，观察血清中IgG抗体滴度变化；免疫完成后分别对小鼠进行不同血清型GAS的感染实验，并比较小鼠生存率、皮肤损伤面积、皮肤和脏器侵袭、免疫功能的变化。.结果和结论：（1）sse基因敲除使不同血清型GAS（MGAS5005、MGAS2221、MGAS315和MGAS6180）在小鼠皮下和腹腔感染模型中的生存率增加、皮肤损伤面积减小、脏器侵袭能力减弱，说明SSE可能是一种广谱的重要GAS毒力因子。sse基因缺失能使小鼠皮肤感染部位中性粒细胞活性增强，说明SSE可能通过降低中性粒细胞的活性，减少中性粒细胞的募集，从而逃避宿主的免疫系统在宿主体内进行侵袭和播散。（2）经SSE蛋白主动免疫后的小鼠，血清中的IgG抗体滴度显著升高；SSE蛋白主动免疫对4种血清型GAS（MGAS5005、MGAS2221、MGAS315和MGAS6180）感染小鼠的生存率、皮肤损伤和脏器侵袭有一定的免疫保护作用，说明Sse对GAS感染的免疫保护作用具有一定广谱性，而且这种免疫保护作用可能与其增强感染部位的炎症反应有关。