综述：细菌凝集素：发病机制中的多功能工具及潜在药物靶点

本文聚焦细菌凝集素（lectins），阐述其在细菌致病过程中的多种作用，如宿主识别、生物膜形成等，还探讨了以其为靶点的治疗策略，强调研究未被充分探索的凝集素对攻克抗菌耐药（AMR）意义重大，值得深入研读。

　　

细菌凝集素的 “多面角色”

糖类在生物系统中作用关键，而凝集素作为专门结合糖类的蛋白质，在各个生物系统中广泛存在。细菌利用其凝集素与宿主暴露的聚糖配体相互作用，促进发病，这一过程涉及到多个关键环节。

1. 宿主识别与组织黏附：细菌感染初期，黏附到宿主靶细胞是关键步骤。细菌凝集素通过与宿主细胞表面的聚糖相互作用实现这一过程，而且具有组织特异性。比如幽门螺杆菌（Helicobacter pylori），它能在胃部酸性环境中生存并定植。其凝集素 BabA 和 SabA 可分别与胃黏膜上的岩藻糖基化 Lewis B 和唾液酸化抗原结合，帮助细菌附着。并且，幽门螺杆菌能根据宿主聚糖的变化，在 BabA 和 SabA 之间切换，以维持在不同条件下的附着。
   又如尿路致病性大肠杆菌（uropathogenic Escherichia coli，UPEC），它可引起尿路感染。其菌毛凝集素 FimH 能与尿路上皮细胞表面的甘露糖基化糖蛋白结合，助力细菌附着，抵抗尿液冲刷。FimH 的结合口袋还具有可塑性，在排尿时的剪切应力下，它能通过 “捕捉键” 机制，以更强的力量结合甘露糖配体。另外，UPEC 的 FmlH 在慢性尿路感染中，通过结合 Gal/GalNAc 表位，增强细菌在宿主细胞的定植 。
2. 生物膜形成：生物膜是细菌的 “坚固堡垒”，能保护细菌免受外界环境、宿主免疫反应和抗生素的攻击，导致慢性感染。许多细菌凝集素在生物膜形成和稳定中发挥重要作用。
   铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的 LecA 和 LecB 是其生物膜基质的重要组成部分。LecA 通过交联胞外多糖（EPS）、细菌表面和宿主细胞上的半乳糖苷，支持生物膜的结构和成熟。LecB 则通过结合 Psl（铜绿假单胞菌 EPS 的主要多糖成分，含有甘露糖）以及宿主组织和细菌 O 抗原多糖上的岩藻糖或甘露糖残基，稳定生物膜基质。
   肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的胆碱结合蛋白 CbpA，含有能结合乳糖 - N - 新四糖和唾液酸的凝集素结构域，在细菌黏附和生物膜形成中发挥作用。霍乱弧菌（Vibrio cholerae）的 Bap1 和 RbmC，具有凝集素活性，对生物膜形成和生物膜附着在非生物表面至关重要 。
3. 细胞毒性：细菌凝集素可通过多种方式促进细胞毒性，帮助病原体入侵宿主细胞并传递毒素。
   铜绿假单胞菌的 LecA 除了参与黏附和生物膜形成外，还能与糖鞘脂 Gb₃相互作用，改变宿主细胞膜形状，形成 “脂质拉链” 结构，促进细菌进入细胞。这一过程还会破坏细胞膜，增加宿主细胞对毒素的敏感性，最终导致细胞死亡。LecB 也有类似作用，能增加肺泡屏障的通透性，加重肺部损伤。
   FimH 在新生儿脑膜炎大肠杆菌（neonatal meningitis E. coli，NMEC）入侵血脑屏障细胞中起关键作用。它与微血管内皮细胞结合，引发细胞内 Ca²⁺浓度增加，刺激肌动蛋白重排，为细菌进入中枢神经系统开辟道路，从而造成水肿、炎症和神经损伤。
   肠毒素性大肠杆菌（enterotoxigenic E. coli，ETEC）的 EtpA 凝集素位于鞭毛尖端，能结合 N - 乙酰半乳糖胺，尤其是针对血型为 A 的个体，促进 ETEC 肠毒素的有效传递，加重腹泻症状。此外，AB₅毒素等，其 B 亚基作为凝集素，能使毒素复合物附着到宿主细胞受体上，并将具有酶活性和毒性的 A 亚基传递到靶细胞内，导致细胞死亡 。
4. 宿主免疫逃逸：细菌凝集素在免疫逃逸方面也有重要作用，帮助病原体在宿主体内生存和繁殖。
   铜绿假单胞菌的 LecB 可抑制树突状细胞从皮肤通过淋巴管迁移到淋巴结，减少 T 细胞反应。同时，LecB 还能调节中性粒细胞的反应，通过与中性粒细胞颗粒和质膜上的岩藻糖基化或甘露糖基化表位结合，诱导或抑制细胞内活性氧（ROS）的产生 。
   具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）的凝集素 Fap2 能结合并激活人类糖基化的 T 细胞免疫球蛋白和免疫受体酪氨酸抑制基序（hTIGIT），抑制自然杀伤细胞和 T 淋巴细胞的细胞毒性活性。此外，Fap2 还与具核梭杆菌诱导的人类 T 淋巴细胞死亡有关。UPEC 的 FimH 等 I 型菌毛，可通过 ROS 依赖途径诱导人类中性粒细胞凋亡 。

细菌凝集素：治疗感染的新希望？

细菌凝集素的多功能性使其成为感染性疾病诊断、治疗和预防研究的关键领域。

1. 作为诊断标记：利用荧光标记的靶向凝集素的聚合物或小分子配体，可以对感染部位的细菌进行成像和检测。比如，荧光甘露糖靶向聚合物可用于检测铜绿假单胞菌生物膜中的 LecB 和 CdrA，它们是生物膜稳定的关键因子，可作为识别生物膜的重要标记。此外，与荧光染料偶联的 LecA 或 LecB 的低分子量、高亲和力配体，已被证明可用于成像小鼠体内的铜绿假单胞菌生物膜和肺部感染 。
2. 治疗靶点：糖模拟物（glycomimetics）可以通过模拟天然碳水化合物的结构和功能，抑制细菌凝集素的有害作用。例如，针对 LecA 的强效糖模拟物，可抑制铜绿假单胞菌黏附和侵入肺上皮细胞的能力，恢复细胞培养伤口模型的有效闭合，显著减少生物膜形成，并降低感染小鼠的毒力。针对 LecB 的糖模拟物可恢复 T 细胞免疫反应，抑制铜绿假单胞菌生物膜形成，对小鼠肺部感染有益。抑制大肠杆菌 FimH 的甘露糖苷，已成为治疗尿路感染和克罗恩病的潜在替代抗生素的疗法。一些针对 FimH 的抑制剂，如 Enterome 公司的 Sibofimloc 和 Fimbrion/GlaxoSmithKline 公司的 GSK3882347，已进入临床试验阶段 。
3. 疫苗开发：细菌凝集素可作为疫苗抗原。当机体接触病原体时，产生的抗体可结合凝集素，阻断感染机制。例如，包含从铜绿假单胞菌菌株中纯化的 LecA 和 LecB 的疫苗制剂，在小鼠实验中对同源菌株具有完全保护作用，对其他具有凝集素活性的菌株也有部分或完全保护作用。通过反向疫苗学，还鉴定出了几种针对铜绿假单胞菌的新型凝集素疫苗候选物。FimH - 基于的疫苗是目前唯一进入临床试验的凝集素疫苗，在小鼠和非人灵长类动物实验中显示出抵抗 UPEC 引起的膀胱定植和膀胱炎的潜力 。

未被充分探索的凝集素：隐藏的 “宝藏”？

随着生物信息学、结构生物学和药物化学的发展，新的凝集素不断被发现，但对它们在发病机制中的功能了解还很有限。

1. ESKAPE 病原体相关凝集素：肠杆菌属（Enterobacter cloacae）是 ESKAPE 病原体之一，可引起多种医院感染。其凝集素 EclA 是一种超凝集素，由两个结构域的多肽二聚体组成，具有两个岩藻糖结合结构域和两个 LecA 结构域。虽然其 N 末端 LecA 结构域的特异性配体尚不清楚，但它对 Lewis A 血型和 H - 型 II 抗原的特异性，使其具有作为药物靶点的潜力 。
   鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）的自转运黏附素 Ata，可结合宿主细胞的胶原蛋白、层粘连蛋白和纤连蛋白，促进生物膜形成。其特异性配体已被发现，这为开发阻断宿主黏附和生物膜形成的糖模拟物提供了可能 。
   金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的细胞壁锚定蛋白 SasG，含有对黏附健康人角质形成细胞和鼻上皮细胞以及生物膜形成至关重要的凝集素亚结构域。已鉴定出 SasG 的两个主要等位基因 SasG - I 和 SasG - II，SasG - II 具有更广泛的配体结合能力 。
2. 其他病原体相关凝集素：表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）的积累关联蛋白（Aap），其凝集素 A 亚结构域可结合宿主聚糖，介导细胞间黏附，在生物膜形成中起重要作用。确定 SasG 和 Aap 的配体身份和糖蛋白结构，对于开发潜在抑制剂至关重要 。
   发光光杆状菌（Photorhabdus luminescens）的 PllA 是一种与 LecA 类似的可溶性凝集素，可能与线虫共生体和感染昆虫中的抗原结合，但作用仍不确定。其近缘菌嗜线虫致病杆菌（Photorhabdus asymbiotica）中的新型岩藻糖结合 β - 螺旋桨凝集素 PHL，功能也有待研究 。
   伯克霍尔德菌属（Burkholderia spp.）中的 BambL 是一种未被充分研究的可溶性凝集素，由洋葱伯克霍尔德菌复合体（Burkholderia cepacia complex，Bcc）中的洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia ambifaria）产生，可引起严重的肺部感染。BambL 具有细胞毒性，但其完整的生物学功能和作为治疗靶点的潜力仍有待挖掘。Bcc 中的其他凝集素，如洋葱伯克霍尔德菌的 BC2L - A、 - B 和 - C，对生物膜结构有影响，但它们的功能也未完全明确 。
   结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）是结核病的病原体，其凝集素研究较少。虽然已发现一些凝集素相关蛋白，如 sMTL - 13 和肝素结合血凝素（HBHA），但它们在结核病中的精确作用仍需进一步阐明 。

未来展望

深入了解未被充分探索和新型凝集素的作用机制、在发病机制中的角色以及特异性结合相互作用，对于设计精确有效的治疗方法以对抗抗菌耐药至关重要。目前已有 UniLectin 这样的数据库，可用于研究凝集素，但还缺乏专注于凝集素生物学功能的数据库。未来，更复杂的体外模型的发展将有助于加速对凝集素生理功能的发现 。