奶牛乳房炎金黄色葡萄球菌黏附素研究进展

摘　要：金黄色葡萄球菌的黏附素是其引起奶牛乳房炎的关键因素之一，与金黄色葡萄球菌在奶牛乳房中定植有关的的黏附素主要是ClfA、FnBPA和 FnBPB3种。曾有对金黄色葡萄球菌黏附素表达调控的研究发现，在金黄色葡萄球菌感染的早期主要表达黏附素，之后才表达毒素和荚膜，所以人们认为，对金黄色葡萄球菌的黏附进行干预，可以减少或阻止毒素和荚膜的表达，而以黏附素作为靶位进行疫苗研制可能是预防奶牛金黄色葡萄球菌性乳房炎的有效途径。国外对金黄色葡萄球菌的黏附素的研究历史相对较久，并且也取得了许多可喜成绩，而国内对金黄色葡萄球菌的研究相对滞后。因此，研究金黄色葡萄球菌黏附素对预防由金黄色葡萄球菌引起的奶牛乳房炎具有广阔的前景。

关键词：金黄色葡萄球菌；黏附素；乳房炎

奶牛乳房炎是奶牛乳腺组织的炎症，可引起组织损伤、纤维化，降低奶产量、奶的品质和营养价值，影响奶制品的加工，并严重影响奶牛的利用年限，这是造成养牛业经济损失巨大的重要原因。同时，乳房炎还会造成延长产后发情和妊娠时间。另外，治疗奶牛乳房炎所支付的医药费也是经济损失的一个重要方面。

乳房炎也是乳及乳制品中有害细菌的主要来源，是危害人畜健康的疾病，其对人类造成的健康危害更是无法估计的。因此，奶牛乳房炎的预防具有重要的经济意义及公共卫生学意义。

奶牛乳房炎的病原按种类可分为细菌、病毒、支原体和真菌等四大类，但大部分是由细菌感染引起的，其中最主要的是金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)，而且一旦感染就很难治愈。主要原因是耐药菌株的存在以及病原侵入乳腺后被炎症组织包围，使抗菌药物不易到达感染部位。同时金黄色葡萄球菌侵入机体后产生许多致病因子，能破坏寄主的免疫系统。在泌乳期，由于奶牛乳腺局部的特殊免疫状况，致使金黄色葡萄球菌感染乳腺的敏感性和机率增加。还有重要的一方面，该菌呈高度的接触性传染，因此在挤奶过程中发生传染是很难避免的。

近年来，在分子生物学和免疫学方面所取得的一些成果对于研制新一代有效的DNA疫苗起了很大的推动作用。在过去的几年当中，报道了许多有关预防本病的疫苗，但都由于缺乏广泛的有效性、生产成本以某些情况下的不稳定性，未能广泛应用。随着对金黄色葡萄球菌致病机制的认识，人们开始对金黄色葡萄球菌的黏附素开展研究，希望得到能有效的预防由金黄色葡萄球菌引起的乳房炎。

1　金黄色葡萄球菌黏附素研究现状

在金黄色葡萄球菌性奶牛乳房炎的防治方面，人们也曾进行了全菌株灭活疫苗的研制和应用，但未取得满意的结果。从20世纪90年代开始，国外许多兽医工作者利用分子生物学手段对引起奶牛乳房炎的金黄色葡萄球菌的特性，特别是毒力因子进行了研究，并用金黄色葡萄球菌的毒素、荚膜和侵袭性酶等研制了生物技术亚单位疫苗，在防治效果上取得了一定进展。

1.1　国外在金黄色葡萄球菌黏附素方面的研究现状

随着对细菌致病机理研究的不断深入，人们逐渐认识到，细菌感染的第一步就是在体内定殖，而实现定殖的前提是细菌黏附在宿主的组织表面。这也就要求细菌有可以黏附到组织表面的组分，即黏附素。人们普遍认为，了解微生物在动物机体定植和侵入的机制，可以确定干扰这个过程的靶目标。

大量研究表明，金黄色葡萄球菌细菌的黏附可能在宿主-宿主之间的传播及维持其在宿主体内的稳定中起主要作用。因此，从20世纪开始，国外的医学家和兽医学家对金黄色葡萄球菌的黏附素进行了广泛的研究，发现金黄色葡萄球菌的黏附素有纤黏蛋白原凝集素A、B(fibrinogen-binding proteins clumping factor A and B，ClfAClfB)，纤黏蛋白A、B(fibronectin-binding proteins A and B，FnBPA，FnBPB)，胶原结合蛋白(collagen-binding protein Can)和A蛋白(proteinA)。现在把金黄色葡萄球菌的这些黏附成分统称为细菌表面识别黏附基质分子(microbial surface componentsrecognizing adhesive matrixmolecules，MSCRAMM)。同时，金黄色葡萄球菌属于细胞外寄生菌，对其免疫以体液免疫为主。因此，许多学者认为MSCRAMM蛋白提供了一个极好的抗体攻击靶位，可作为新型预防和治疗性疫苗研制的潜在靶位。

MSCRAMM识别并特异性的结合到组织、血清的特定分子上是感染的关键，因此，抗MSCRAMM抗体至少有两方面的生物学功能，一是高水平的特异性抗体可以阻止细菌的黏附和在组织间的传递定植；二是MSCRAMM抗体可以和细菌的细胞壁结合，通过调理作用促进细菌的清除。

研究表明，SPA主要与抗体的Fc段结合，干扰免疫调理作用；Can主要黏附于软骨组织，与葡萄球菌性关节炎有关；而且大多数引起奶牛乳房炎的金黄色葡萄球菌缺乏这两种黏附素。ClfA、FnBPA和FnBPB则主要是黏附于纤维蛋白原和纤维蛋白上，与乳腺、皮下、血管、心内膜等的感染有关。GrundmeierM等对FnBP缺失的Newman突变株研究表明，缺失了纤黏蛋白，其致病力明显下降。这也就是说，与金黄色葡萄球菌在奶牛乳房中定植有关的的黏附素主要是ClfA、FnBPA和FnBPB。有研究表明这几种黏附素之间还有相互促进黏附的作用。

FnBP是金黄色葡萄球菌的一种重要抗原，其在研制金黄色葡萄球菌亚单位疫苗和研究抗金黄色葡萄球菌感染中占有重要地位。瑞典农业科技大学微生物学实验室在20世纪80年代末之前就有对金黄色葡萄球菌FnBP进行克隆及其蛋白融合的报道。1988年，该实验室又对其融合蛋白进行测序并对其基本序列进行了推绎并进行了克隆。LammersA等和BrouilletteE等用FnBPs阴性株和构建的FnBPs基因缺失突变株并通过动物试验与FnBPs阳性株进行比较，证实FnBPs是金黄色葡萄球菌在牛乳腺黏附并引起乳房炎所必须的。QueYok-Ai等将clfA、fnbA基因在低致病性的乳酸乳球菌中表达，通过体外试验证实clfA、fnbA基因使这种重组菌可以黏附纤维蛋白原和纤维蛋白，体内试验证实clfA、fnbA基因可增强这种重组菌的毒力。HallA E等用ClfA的单抗被动免疫小白鼠可以保护其不发生由金黄色葡萄球菌引起的乳房炎。MamoW等研究发现以FnBP-A 融合蛋白免疫小鼠，能够起到保护小鼠抵抗金黄色葡萄球菌感染的作用。KerdudouS等证实，FnBPs在金黄色葡萄球菌定植到内皮组织进而感染机体过程中起着不容忽视的作用。对乳牛乳腺炎来说，利用FnBP的黏附机制去发展抗金黄色葡萄球菌疫苗具有广阔的前景，国外对此已有报道。

CastagliuoloI等以4种黏附因子(纤维素结合蛋白、纤维素结合蛋白A、凝聚因子和凝集胶原)作为靶目标制成DNA疫苗。用编码4种黏附因子的pDNA混合物进行鼻内免疫接种，引发高水平的特异性血清和和黏膜Ig，在体外黏膜的Ig可以抑制金黄色葡萄球菌黏附到奶牛乳腺上皮细胞。研究表明，免疫小鼠有效的抵御了由金黄色葡萄球菌引发的乳腺内的感染。研究数据证实了基因黏膜疫苗(geneticmucosal vaccine)针对金黄色葡萄球菌黏附因子靶向作用的可行性，并促进了对其在预防奶牛乳腺炎有效性方面的进一步研究。

Shkreta L利用FnBP和ClfA的DNA-蛋白联合免疫，诱导出了体液免疫应答。NourEl-Din等用编码clfA的DNA免疫牛，并用clfA重组蛋白辅助免疫，结果显示其可诱导出效果较明显的特异性免疫应答。

近年来报道了一种称为Cna-FnBP的新型融合蛋白，通过金黄色葡萄球菌fnb和can基因融合构建该蛋白并在大肠埃希菌中进行表达。在小鼠体内，重组蛋白疫苗针对Cna-FnBP诱导出极强的特异性体液免疫应答。用Cna-FnBP免疫小鼠，进行攻毒试验，免疫组存活率显著高于对照组。试验表明在预防金黄色葡萄球菌感染方面，利用Can-FnBP研制疫苗是非常有希望的。

对金黄色葡萄球菌黏附素表达调控的研究发现，金黄色葡萄球菌黏附到宿主细胞上后，他的基因表达也发生改变，在感染的早期主要表达黏附素，之后主要表达毒素和荚膜，这种调节是由agr和sar基因完成的。毒素可以通过破坏细胞骨架以抑制吞噬细胞的作用，荚膜不但可以抗吞噬而且可以使细菌逃避免疫调理作用，这也是金黄色葡萄球菌感染牛乳腺后很难治愈的原因。所以人们认为，对金黄色葡萄球菌的黏附进行干预，可以减少或阻止毒素和荚膜的表达，而以黏附素作为靶位进行疫苗研制可能是预防奶牛金黄色葡萄球菌性乳房炎的有效途径。

虽然大量的研究证实金黄色葡萄球菌的黏附素与致病性的关系，但对黏附素的免疫学特性缺乏深入的研究。

1.2　国内在金黄色葡萄球菌黏附素方面的研究

我国对金黄色葡萄球菌的研究相对滞后，未见有关金黄色葡萄球菌分子生物学研究的详细报道。西北农林科技大学贺宽军等对金黄色葡萄球菌FnbA基因进行了克隆和表达。

2　结语

奶牛乳房炎从发现至今已经有了150多年的历史，尽管获得了不少可贵的研究进展，但仍是危害奶牛业最严重的疾病之一。调查表明，近10年来，我国奶牛临床型乳房炎的发病率在30%左右，隐性乳房炎的发病率高达50%～80%，这也是我国奶牛产奶量低，牛奶质量差的主要原因之一。对人类健康造成的危害是无法估计。国外于20世纪30年代开始进行乳房炎疫苗的研制，而国内这方面的研究只有20多年。利用疫苗防治乳房炎具有乳汁无药物残留、降低乳腺感染严重程度及操作简便、费用低廉的优点，但由于其病原复杂、乳房的解剖特征及其防御机理未明等原因，乳房炎的常规疫苗产品还未取得明显成功。

随着经济的发展，生活水平的提高，人们对牛奶的需求量越来越大，对其质量要求也越来越高。发达国家人均占有奶量为 312 kg，世界人均103 kg，发展中国家人均仅 40 kg，而我国人均牛奶消费量仅20kg。随着市场经济的发展和贮存加工技术的提高，我国乳业最近几年发展较快。但是人们在注重加快乳业发展步伐、追求高产的同时，却忽视了对疾病的预防和治疗，使疾病防制措施相对滞后，各种疾病相应增多，由金黄色葡萄球菌引起的乳房炎也越来越多，已成为制约乳业发展的重要因素之一。因此，研究针对金黄色葡萄球菌的疫苗对减少乳房炎的发生率，提高奶产量和奶质量，为人们提供丰富安全的奶产品，保障乳业健康发展具有重大意义。