第三章　肺炎支原体的致病与致病机制

毒力表示病菌致病能力的强弱，是菌体对宿主体表的吸附、向体内侵入、在体内定居及生长和繁殖、向周围组织的扩展蔓延、对宿主防御功能的抵抗以及产生损害宿主的毒素等一系列能力的总和。肺炎支原体的毒力具体是指肺炎支原体的表面结构、荚膜和侵袭性酶等。

肺炎支原体末端的黏附细胞器是肺炎支原体黏附、定植并在宿主细胞膜上滑行运动的基础，是肺炎支原体致病的主要原因。缺乏黏附能力的肺炎支原体也缺乏致病力。

电子显微镜检查发现，肺炎支原体黏附细胞器外观呈烧瓶状，外围有一层紧贴细胞膜内表面的包膜。整个黏附细胞器中的细胞骨架成分在电子显微镜下呈现出高度规则的网络状结构，并通过其靠近细胞膜蒂状结构中的辐条与周围细胞膜成分相连从而维持着肺炎支原体细胞膜的稳定性。黏附细胞器由黏附素及黏附辅助蛋白两部分组成（图3-1）。

肺炎支原体的黏附素包括P1蛋白和P30蛋白，肺炎支原体通过黏附素直接与宿主细胞膜上相应受体结合而黏附于宿主细胞膜上。

P1黏附因子相关蛋白（简称P1蛋白），分子量170kDa，富含脯氨酸结构域，编码P1蛋白的结构基因由4884个碱基组成，P1基因至少拥有8种亚型，使得P1蛋白具有多态性。P1蛋白最初以前体形式散在分布于胞膜中，在有黏附能力的支原体中，散在分布于胞膜中的前体P1蛋白在肺炎支原体与靶细胞接触1小时后，迅速转移到黏附细胞器中并主要以成熟形式存在。P1蛋白由前体形式转换为成熟形式以及P1蛋白向黏附细胞器中的聚集是肺炎支原体黏附靶细胞的重要因素。

P30黏附因子相关蛋白(简称P30蛋白)，分子量为30kDa，由一个含有825个核苷酸的开读框架编码。P30基因转录后形成P30蛋白，尚需进一步加工才具有完整的黏附及滑行运动能力。P30蛋白主要存在于末梢黏附细胞器中，是一种跨膜蛋白，其C端位于肺炎支原体的细胞外，N端仅有小部分结构域位于细胞内。当P30蛋白消失或其C端被酶切之后，肺炎支原体的黏附功能完全丧失，游走能力降低，形态、结构出现明显改变。

P1蛋白富含脯氨酸结构域，对于维持P30的正常功能发挥着重要作用。P30蛋白与P1蛋白在黏附细胞器上的定位无关，但P30蛋白在与P1蛋白黏附的过程中与受体结合的功能相关，P1蛋白和P30蛋白在结构和功能上的密切合作是肺炎支原体细胞黏附到易感细胞的关键。

黏附辅助蛋白包括HMW1、2、3和P65及蛋白B、C等。这些蛋白并不是黏附素，但缺乏其中任意一种均可导致肺炎支原体的黏附能力缺失。

HMW1蛋白分子量为112kD，编码HMW1的基因位于HMW基因串中。 HMW1中具有富含脯氨酸的结构域和酸性氨基酸的重复结构域，此两种结构域也同样存在于HMW3、P65蛋白、P30蛋白之中，其具体作用尚未明确。HMW1的C末端的41位氨基酸残基与细胞膜的稳定性以及P1蛋白在黏附细胞器上的定位有关，而HMW1的整个C末端与HMW2的稳定性相关。

HMW2蛋白分子量为213kD。HMW2具有形成α螺旋样结构的能力，α螺旋样结构是细胞骨架蛋白丝状结构域的典型结构，HMW2缺失导致稳定状态的HMW1、HMW3、P65及P30蛋白减少，并导致肺炎支原体形态改变及支原体黏附性下降。HMW2是P1蛋白正确定位所需，Balish等推测HMW2是黏附细胞器的电子密度核成分。

HMW3蛋白分子量为74kD，为高度疏水性，并含有大量脯氨酸。Willby等研究发现，HMW3缺乏可以导致P65的水平下降且定位变得更加模糊，使肺炎支原体形态发生细微改变，并使P1蛋白无法聚集在末端细胞器，这些现象说明HMW3对黏附细胞器的结构和稳定性十分重要。

P90蛋白与P40蛋白，又称黏附相关蛋白B和蛋白C，分别是肺炎支原体基因MPN142的90kD和40kD的产物。Seto等研究表明，当P90与P40丧失后，肺炎支原体细胞膜上的末梢尖端结构完全消失，其黏附功能也随之丧失。Waldo等发现，P1蛋白缺乏可以明显影响P90和P40的稳定性。蛋白B及蛋白C与P1蛋白形成复合物，使P1蛋白锚定在黏附细胞器的细胞骨架中从而稳定地发挥其黏附功能。但是P90与P40这两种细胞骨架蛋白的丧失并不影响其他的黏附辅助蛋白在肺炎支原体细胞中的正确定位；反之，P30蛋白、HMW1、HMW2的丧失对P90与P40稳定性也无明显影响。

P65是通过 SDS-PAGE检测肺炎支原体蛋白时发现的分子量为65kDa的蛋白质，富含脯氨酸。HMW1、HMW2、HMW3及P30蛋白均可影响P65的稳定性，HMW1、HMW2及HMW3缺失导致P65水平明显下降且不能正确定位，但P65的稳定性与蛋白B、C及P1蛋白的缺失无关。Hasselbring等发现P65蛋白破坏导致肺炎支原体滑动运动活性降低、细胞黏附减少以及P30水平下降。

许多支原体细胞膜外有一层黏液样物质，称为荚膜。荚膜对于支原体抵抗免疫细胞的吞噬及抑制巨噬细胞、中性粒细胞的活性等方面具有重要作用。1976年，Wilson等通过电镜发现肺炎支原体细胞膜周围也有荚膜样物质存在，可能与肺炎支原体的毒力有关，但Wilson等的发现并没有得到进一步证实和广泛认同。

Mpn420是肺炎支原体分泌的一种甘油磷酸二酯酶，对甘油卵磷脂具有活性。Schmidl等研究发现灭活的Mpn420基因导致肺炎支原体生长速度下降，产过氧化氢能力下降，对Hell细胞的毒性完全丧失，并影响肺炎支原体的滑行能力及多种蛋白的表达。该研究说明，MPn420是肺炎支原体分泌的一种关键性磷酸二酯酶，与肺炎支原体的致病性密切相关。

肺炎支原体和其他支原体一样，缺乏水解相应代谢产物的酶类，其黄素末端电子传递链能产生大量的过氧化氢和超氧化粒子，过氧化物导致红细胞谷胱甘肽减少、血红蛋白变性、红细胞的脂类过氧化，最终导致红细胞溶解、破裂，宿主发生溶血。肺炎支原体还产生超氧化物阴离子，减少过氧化物降解，使宿主细胞更易受到氧化性损伤。

肺炎支原体可以分泌细胞毒素MPN372，又名社区获得性呼吸窘迫综合征毒素（CARDS TX），是一个分子量为65kD的蛋白质，2005年由Kannan等首次发现，其氨基酸序列和百日咳毒素的S1-亚单位相似，通过钙离子依赖和浓度依赖的方式和肺泡表面蛋白A结合，可导致宿主细胞空泡化和死亡。CARDS TX浓度与肺部病变严重程度呈正相关，与肺炎支原体复制及导致肺部病理改变的能力相关。

近来，Somarajan等发现肺炎支原体还分泌一种细胞毒性核酸酶MPN133，这是一种钙离子依赖性的细胞毒性核酸酶，它可与人呼吸道上皮细胞结合并进入人呼吸道上皮细胞，导致人上皮细胞凋亡样死亡。

另外，肺炎支原体还能产生一种名为溶血素的蛋白，导致豚鼠红细胞完全溶解，溶血素的活性能被过氧化物酶或者过氧化氢酶所抑制，所以肺炎支原体的溶血素的本质可能是一种过氧化物。

肺炎支原体细胞膜上含有大量的脂质，早在1970年，Kumamoto等就发现支原体膜可引起典型的气道病理反应，其机制可能是支原体脂质渗入到上皮细胞内，引起脂质分子层的紊乱和离子性代谢产物的外泄。

糖脂是糖和脂质结合所形成的物质的总称，在生物体分布甚广。糖脂分为两大类：糖基酰甘油和糖鞘脂，其中重要的糖鞘脂有脑苷脂和神经节苷脂。肺炎支原体细胞膜上也有糖脂存在，研究早已发现，肺炎支原体细胞膜上具有半乳糖脑苷脂及神经节苷脂GM1的抗原决定簇，通过与人体神经系统的分子相似性导致自身免疫性相关疾病的发生。近来Miyachi等研究发现，肺炎支原体细胞膜上具有一对β糖脂，一个是β-D-半乳糖-（1-6）半乳糖苷，另一个是β-D-吡喃葡萄糖-（1-6）半乳糖苷，它是肺炎支原体致病性的主要免疫决定因子。

肺炎支原体细胞膜由脂质双层和膜蛋白组成，这些膜蛋白又称为脂质相关膜蛋白（LAMPs），LAMP可以导致人气道上皮细胞活性氧簇增加，Jak2/Stat3活化增加，并导致IL-8产生增加。LAMP通过TLR2、TLR1、TLR6导致人单核细胞NF-κB增加，参与肺炎支原体介导的氧化损伤、免疫反应及细胞凋亡。Lyama等研究还发现，肺炎支原体的脂质相关膜蛋白可以抑制雄激素受体对二氢睾酮的反应及糖皮质激素受体对地塞米松的反应，提示肺炎支原体的慢性感染可能影响哺乳动物细胞对某些类固醇激素的反应性，从而对肿瘤的发生率具有一定影响。

超抗原只需极低浓度（1～10ng/ml）即可激活大量的T细胞活化，产生极强的免疫应答的抗原因子，但其激活不需要提呈细胞的加工处理，而是以完整的蛋白质形式提呈给T细胞。早有研究发现关节炎支原体能产生超抗原MAM，关于肺炎支原体是否产生超抗原目前尚无定论。Vitale等发现超抗原导致的川崎病患者中，肺炎支原体血清学检测阳性，提示肺炎支原体可能也能产生超抗原导致川崎病的发生，但这个假设尚需进一步研究证实。