薛穎，郭榮顯，錢珊珊，安樹敏，焦新安，耿士忠

揚州大學江蘇省人獸共患病學重點實驗室，江蘇省動物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心，揚州 225009

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沙門菌毒力島的研究進展

薛穎，郭榮顯，錢珊珊，安樹敏，焦新安，耿士忠

揚州大學江蘇省人獸共患病學重點實驗室，江蘇省動物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心，揚州 225009

摘要：沙門菌是導致人和動物疾病的主要食源性病原菌，沙門菌毒力島(SPI)的存在與其致病作用密切相關。近年來，有關沙門菌毒力島的結構特征及致病機制的研究頗受重視。本文主要對沙門菌毒力島的結構組成與功能等研究進展作一綜述。

關鍵詞：沙門菌；毒力島；毒力基因

沙門菌是腸桿菌科中人獸共患的革蘭陰性病原菌，主要寄生于人和動物腸道內，易導致從輕度腹瀉至嚴重全身性感染等不同程度的癥狀，制約了畜牧業(yè)的發(fā)展，并威脅人類的公共衛(wèi)生安全。因此，研究沙門菌致病性對畜牧業(yè)和公共衛(wèi)生學均具有重要意義。沙門菌的致病性主要表現(xiàn)在兩個方面：一是侵入非吞噬細胞的能力及其在胞內存活的能力，二是在吞噬細胞內復制和增殖的能力[1]，而這些致病能力均與沙門菌毒力島(Salmonellapathogenicity island，SPI)相關。

SPI成簇分布于沙門菌染色體或質粒上，編碼毒力相關蛋白。一些毒力島能在沙門菌之間水平轉移，并幫助沙門菌在復雜的環(huán)境內進行侵襲、繁殖和傳播。目前發(fā)現(xiàn)至少有60個負責侵襲細胞及胞內存活的毒力基因位于沙門菌的多個毒力島上[2]。利用基因芯片、限制性片段長度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)分析及DNA印跡法等技術發(fā)現(xiàn)，這些毒力島的分布和組成在不同血清型沙門菌之間是不同的，部分毒力島還攜帶了一些決定其宿主特異性的重要基因。SPI的發(fā)現(xiàn)與研究促進了人們對沙門菌致病性和遺傳進化的理解。通過對現(xiàn)有文獻的總結，已有23個SPI(SPI-1~ SPI-23)被鑒定出來[3]，普遍認為它們與沙門菌致病性密切相關。本文就SPI及其致病性綜述如下。

1SPI的基本特征

外源基因以不同形式存在于原核生物的基因組中，其中包括被稱為基因島(gene island，GI)的DNA插入序列[4]，這些基因島上含有許多能水平轉移的功能基因。1997年Hacker等對毒力島進行了較為精確的定義，即編碼細菌毒力基因簇、分子量相對較大的染色體DNA片段[5]。毒力島具有一些基本特征：①毒力島通常位于細菌染色體上特定的位置，如tRNA位點內或附近，或位于質粒、噬菌體整合相關的位置；②毒力島一般通過不同菌種間的基因水平轉移獲得；③毒力島是一個緊密且明確的遺傳單位，兩端大多具有順向重復序列和插入序列[6]；④毒力島的大小一般為20～100 kb不等。不同毒力島的區(qū)別主要在于G+C含量的不同及宿主菌的差異，可分成兩類：高G+C毒力島和低G+C毒力島。SPI屬于低G+C毒力島(表1)。

2SPI結構與毒力因子

2.1SPI-1

SPI-1主要集中在染色體62.5′與63′位點之間，上下游分別為fhlA和mutS基因，全長39.8 kb，G+C含量為42%。SPI-1在沙門菌所有種屬中均存在，是侵襲非吞噬細胞所必需的。SPI-1編碼與沙門菌侵襲力相關的Ⅲ型分泌系統(tǒng)1 (type three secretion system 1，T3SS1)，鼠傷寒沙門菌SPI-1缺失株腹腔接種小鼠不引起全身感染，因此認為T3SS1僅在感染初期及局部胃腸感染過程中起作用[7]。

T3SS1的組分包括細菌膜上的裝置蛋白(bacterial membrane apparatus protein)、轉位蛋白(tranlocon protein)、效應蛋白(translocated effector protein)、T3SS分子伴侶(T3SS chaperone)。SPI-1上含有編碼T3SS1轉位蛋白的基因sipB、sipC，編碼T3SS1效應蛋白的基因sipA、sopD、sopE、sopE2，編碼SptP、SipA、SopA、SopE/E2分子伴侶的基因sicP、invB[8]。T3SS1的調控包括正反饋環(huán)路和激活入口，HilA蛋白作為轉錄調節(jié)因子OmpR/ToxR家族的一員，是參與此調控的中心轉錄因子[9]。HilA蛋白通過與啟動子的順式作用元件結合，激活SPI-1上的prg/org和inv/spa操縱子[10]，從而激活轉錄調節(jié)因子AraC家族的InvF蛋白，而InvF蛋白與伴侶蛋白SicA又可反向誘導SPI-1上一些基因的表達[11]，如SicA與InvF蛋白共同參與調控sigD、sigE、sicA、sipB、sipC、sipD、sipA基因的表達[12]。這些T3SS1相關蛋白中，沙門菌侵襲蛋白(Salmonellainvasion protein, Sip)是沙門菌侵入細胞過程中首先發(fā)揮作用的蛋白。SipA蛋白與調節(jié)宿主上皮細胞肌動蛋白動力相關；SipB 蛋白具有誘導宿主細胞骨架重排及體外誘導巨噬細胞凋亡的作用[13]；SipB、SipC、SipD(也稱Ssp)參與調節(jié)T3SS1效應蛋白的傳遞。Sop蛋白家族中，SopA是E3泛素連接酶，參與調節(jié)沙門菌介導的腸道炎癥反應；SopD在沙門菌感染過程的炎性反應應答中起作用[14]；SopE和SopE2都是鳥嘌呤核苷酸交換因子(guanine nucleotide exchange factor，GEF)，可介導宿主細胞膜骨架結構發(fā)生變化，使沙門菌更易侵入宿主細胞[15]。

2.2SPI-2

SPI-2位于沙門菌染色體30′與31′位點之間，兩側分別是pykF和tRNAvalV基因，全長39.7 kb，G+C含量為44.6%。SPI-2是由細菌全身致病性相關毒力基因組成的一個基因簇島，是沙門菌在胞內存活和發(fā)揮毒力的重要毒力島[16]，其存在于除邦戈爾沙門菌種以外的所有沙門菌中[17]。SPI-2有兩部分，一是從tRNAvalV至ORF242全長約25 kb的區(qū)域，包含編碼二元系統(tǒng)的基因(ssrA和ssrB)、編碼T3SS2結構成分的基因(ssa)、編碼T3SS2效應蛋白的基因(sse)、編碼T3SS2特異性伴侶蛋白的基因(ssc)。其中sseB、sseC、sseD基因編碼T3SS2轉位蛋白，sseA、sscB、ssaE、ssaQS基因編碼T3SS2蛋白的分子伴侶，ssaV與ssaJRSTU基因編碼T3SS2細胞膜結構蛋白，spiC、sifA、sseF、sseG等基因編碼T3SS2效應蛋白。二是位于ssrB與SPI-2邊緣之間全長約15 kb的區(qū)域，含5個ttr基因[18]。

SPI-2編碼的T3SS2在結構和功能上與T3SS1有差別，T3SS2可調控沙門菌在吞噬細胞和上皮細胞內的復制，并使沙門菌逃逸巨噬細胞環(huán)氧合酶的殺傷作用[19]。目前，已有17種通過沙門菌膜性小泡(Salmonella-containing vacuole，SCV)外膜轉移至宿主細胞內的效應蛋白被鑒定，其中多個效應蛋白由SPI-2上的基因(ssef、sseg、ssej、sifa、sopd2等)編碼，沙門菌在囊泡內繁殖時的酸化作用可誘導這些效應蛋白分泌[20]。這些T3SS2效應蛋白發(fā)揮著重要功能，如SseJ是一種膽固醇酰基轉移酶，主要負責感染細胞中膽固醇的酯化，并將膽固醇富集至SCV膜上[21]。SseF、SseG主要參與沙門菌誘導細絲(Salmonella-induced filament，Sif)與SCV的形成，并將SCV定位至高爾基復合體附近[22]。SPI-2效應蛋白調控胞內運輸?shù)姆肿訖C制及如何調控炎性反應是目前研究的熱點[23,24]。有文獻報道，雞白痢沙門菌和腸炎沙門菌中T3SS2在宿主的選擇壓力下會發(fā)生進化，增強了細菌在雞體內增殖的能力，表明SPI-2進化能促進雞白痢沙門菌和腸炎沙門菌對宿主的選擇適應性[22]。

表1沙門菌毒力島的基本特征

Tab.1The basic characteristics of SPIs

SPI大小(kb)G+C(%)插入位點 分布簡要功能SPI-139.842flhA-mutSSalmonellaspp.編碼T3SS1SPI-239.744.6tRNAvalVS.enterica編碼T3SS2SPI-33447.3tRNAselCSalmonellaspp.攝取Mg2+,編碼MisL黏附素SPI-42744.8tRNA-likeSalmonellaspp.編碼T1SSSPI-57.643.6tRNAserTSalmonellaspp.編碼T3SS效應蛋白SopB、PipBSPI-65951.5tRNAaspVS.entericaⅠ編碼Saf菌毛蛋白SPI-713449.7tRNAserTS.entericasubsp.編碼Vi抗原、菌毛蛋白SPI-86.838.1tRNApheVS.typhi未知SPI-916.356.7tRNAproS.entericaⅠ編碼T1SS、黏附素、BapASPI-1032.846.6tRNAleuXS.entericaⅠ編碼菌毛蛋白SPI-111441.3ProphageS.choleraesuis與代謝功能相關?SPI-126.349.9tRNAproS.choleraesuis與代謝功能相關?SPI-13未確定48.1tRNApheVS.gallinarumS.typhimurium未知SPI-14未確定41/S.gallinarum未知SPI-156.5未確定tRNAglyS.typhi未知SPI-164.5未確定tRNAargS.typhiandothers血清轉換SPI-175.1未確定tRNAargS.typhiandothers血清轉換SPI-18未確定39.8/S.typhi編碼TaiA、HlyESPI-194554.3/S.gallinarum編碼T6SSSPI-203453.1tRNAaspVS.arizonae(Ⅲa)編碼T6SSSPI-215549.6tRNAthrWS.arizonae(Ⅲa)編碼T6SSSPI-2220未確定/S.bongori12419編碼T6SSSPI-233738tRNAasnS.derby編碼T3SS效應蛋白

2.3SPI-3

SPI-3位于沙門菌染色體81′處tRNAselC位點下游，長34 kb，G+C含量為47.3%。SPI-3含有10個開放讀碼框架及6個轉錄單位[25]。SPI-3上最具有特征的毒力因子是mgtCB操縱子，該操縱子對沙門菌在巨噬細胞內及在低Mg2+濃度下存活起重要作用[26]。SPI-3編碼一個典型的轉運蛋白MisL，類似于腸致病性大腸埃希菌AIDA-I黏附蛋白，它是沙門菌在小鼠腸道內長期定植所需的一種纖連蛋白[27]。SPI-3上發(fā)生變異最多的是位于selC末端的sugR和rbuM基因，而這兩個基因在許多腸道沙門菌亞種中缺失，表明SPI-3所插入區(qū)域是基因水平轉移插入的熱點。用信號標簽誘變技術篩選在小牛和雞中定植的鼠傷寒沙門菌突變株，發(fā)現(xiàn)沙門菌在1種或多種動物體內定植需SPI-3中的4個基因：在小牛體內定植需rmbA和STM3784，在雞體內定植需misL，在這兩種動物體內都能定植則需slsA。然而，有學者認為該結果目前仍不能說明SPI-3上的基因對沙門菌宿主特異性有很明顯的作用[28]。

2.4SPI-4

SPI-4位于沙門菌染色體下游92′ 處，上下游分別為ssb基因(ssb編碼單股DNA結合蛋白)和yjcB基因，全長27 kb，G+C含量為44.8%。SPI-4只含有6個開放讀碼框架：siiA~F，在siiA~E與siiF之間有1個轉錄終止位點[29]。盡管siiA、siiB、siiC、siiD有重疊區(qū)，但每個均可單獨作為完整的轉錄單位進行翻譯。siiA~E的轉錄起始位點位于siiA上游470 bp處，此轉錄起始區(qū)域還包含了一段位于起始位點下游350 bp處的重復序列——operon polarity suppressor(ops)，而siiF的轉錄起始位點為siiF起始密碼子上游128 bp處一段富含胞嘧啶的序列[30]。

最新研究表明，SPI-4上的基因表達受轉錄激活子SprB的調節(jié)。SprB由SPI-1編碼，其表達受HilA蛋白的調節(jié)[31]。SPI-4上的siiA、siiB基因是否與毒力有關目前尚不清楚，但siiC、siiD、siiF參與編碼T1SS。T1SS由3種蛋白組成：ATP結合盒(ATP binding cassette)轉運激活蛋白SiiF、胞質銜接蛋白(periplasmic adaptor protein)SiiD和外膜穿孔蛋白SiiC[32]。SPI-4編碼的T1SS為沙門菌在小牛及其他一些哺乳動物體內定植所需，但其功能還未明確。

2.5SPI-5

SPI-5插入在tRNAserT上，兩側為serT與copS/copR位點，長7.6 kb，G+C含量為43.6%。SPI-5末端的serT基因僅存在于腸道沙門菌Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ亞種中，在腸道沙門菌Ⅱ亞種及邦戈爾沙門菌中不存在；另一端的sopB基因存在于所有沙門菌亞種中[33]。都柏林沙門菌中SPI-5編碼的SopB依賴T3SS1轉運到HeLa細胞中，而SPI-5編碼的PipB由T3SS2轉運，最終定位到HeLa細胞中的沙門菌誘導細絲上[34]。SPI-5與沙門菌腸道致病機制相關，已發(fā)現(xiàn)有4個基因(pipD、sopB、pipA和pipB)參與編碼炎癥反應相關的蛋白。此外，由SPI-5編碼的7種蛋白(PipA、PipB、PipC、PipD、SigD、SopB和SopD)與T3SS1、T3SS2協(xié)同，對沙門菌感染引起的腸道疾病反應起至關重要的作用[35]。體內實驗表明，缺失SPI-5的沙門菌在小牛感染模型中腸道致病性顯著減弱，但在小鼠感染模型中毒力減弱不明顯。

2.6SPI-6

SPI-6位于tRNAaspV與sinR之間，長59 kb，G+C含量為51.5%。SPI-6亦稱Salmonellacentisome 7 genomic island[36]。微陣列分析表明，SPI-6在腸道沙門菌Ⅰ亞種中是保守的。不同血清型沙門菌中的SPI-6大小不同，如鼠傷寒沙門菌中SPI-6大小為47 kb，但傷寒沙門菌中為59 kb。

鼠傷寒沙門菌中SPI-6編碼的T6SS能增強其在小鼠體內的定植能力，敲除SPI-6可使沙門菌對Hep-2細胞的內化作用減弱約50%。SPI-6編碼黏附侵襲因子PagN、轉錄調節(jié)因子SinR、菌毛操縱子Saf和Tcf。saf基因位于SPI-6的下游，存在于大多數(shù)臨床分離的沙門菌菌株中[37]，但saf操縱子編碼的非菌毛黏附素對小鼠沒有毒力作用。SPI-6上某些菌毛操縱子(fim、lpf、pef)與其編碼的菌毛蛋白共同形成了一種對宿主的適應機制，使沙門菌有廣泛的定植宿主，并能逃避免疫應答[38]。

2.7SPI-7和SPI-8

SPI-7 毗鄰tRNAserT，長134 kb，G+C含量為49.7%。SPI-7被稱為“主要的致病毒力島”，是沙門菌中最大的毒力島。SPI-7存在于腸道沙門菌某些血清型中，包括傷寒沙門菌、丙型副傷寒沙門菌及都柏林沙門菌的某些菌株[39]。SPI-7編碼一些具有重要功能的毒力因子，主要包括致病因子Vi抗原和ⅣB型菌毛[40]。傷寒沙門菌SPI-7內部含有編碼T3SS效應蛋白的基因sopE。此外，SPI-7與整合性接合元件(integrative and conjugative element，ICE)有很多相似之處：SPI-7上的一些基因可編碼移動蛋白。傷寒沙門菌中SPI-7丟失了基因的移位能力，但仍能促進原有質粒的接合轉移[41]。

SPI-8毗鄰 tRNApheV，長6.8 kb，G+C含量為38.1%。SPI-8只存在于傷寒及甲型副傷寒沙門菌中。SPI-8上含有兩個假基因(sty3280和sty3282)及編碼整合酶(這些整合酶的整合作用是位點特異性的，可向染色體特異性地導入目的基因)的基因[42]，具體功能還有待探索。

2.8SPI-9和SPI-10

SPI-9的插入位點在前噬菌體上(核酸整合到宿主細菌染色體中，處于這種整合狀態(tài)的噬菌體稱為前噬菌體)，長16.3 kb，G+C含量為56.7%。與SPI-4相似，SPI-9基因座中的開放讀碼框架預測是編碼一個大的蛋白(STM 2689)和T1SS(STM2690~2692)的組成部分。最近研究顯示，該致病島有形成生物膜的功能[43]。由于重復蛋白的Bap家族成員與BapA序列有同源性，Latas等將這些開放讀碼框架重命名為BapA-D(生物膜相關蛋白)。Bap蛋白在金黃色葡萄球菌中是一個細胞壁蛋白，能很大程度地促進生物膜形成[44]。BapA缺失會導致沙門菌不能形成生物膜。

SPI-10插入在tRNAleuX上，長32.8 kb，G+C含量為46.6%。該基因座具有高可變性，是不同DNA片段的插入熱點[45]。腸炎沙門菌中，SPI-10上有編碼菌毛黏附素的sef和pef基因簇。在傷寒沙門菌和甲型副傷寒沙門菌中，此基因座包括一個噬菌體基因組及含sef和pef的基因簇，而鼠傷寒沙門菌中該基因座上有一個完全不同的插入基因。許多研究表明，leuX位點是很多移動基因組件的插入熱點。

2.9SPI-11和SPI-12

SPI-11的插入位點在前噬菌體上，長14 kb，G+C含量為41.3%。SPI-12毗鄰tRNApro，長6.3 kb，G+C含量為49.9%。SPI-11和SPI-12均與代謝功能相關[46]。這兩個SPI顯示一些基本特征，如能與噬菌體基因及tRNA基因組合。SPI-11上的csp-encE基因間隔區(qū)有一個新發(fā)現(xiàn)的小RNA，定義為RaoN，這個非編碼RNA是細菌入侵細胞及胞內增殖所需的一個重要調節(jié)因子[47]。在德爾卑沙門菌D1、D2 及姆班達卡沙門菌 M1、M2中有SPI-12的插入序列，鼠傷寒沙門菌SPI-12上STM2230～STM2245基因編碼一個能提供細菌毒力的噬菌體序列，其中STM2239基因是一個潛在的Q反終止子(Q antiterminator)，對細菌存活發(fā)揮重要作用。此外，毒力因子SsrB 及STM2239有助于SPI-12上基因的轉錄激活[48]。SPI-11和SPI-12與細菌代謝功能的相關作用有待進一步驗證。

2.10SPI-13、SPI-14和SPI-15

SPI-13鄰近tRNApheV，位于染色體67.5′與67.8′之間，大小未確定，G+C含量為48.1%，包含18個開放讀碼框架。SPI-14位于染色體19.0′與19.2′之間，大小未確定，G+C含量為41%。SPI-13和SPI-14在鼠傷寒沙門菌和腸炎沙門菌中均存在，但傷寒沙門菌和甲型副傷寒沙門菌中沒有，表明這兩個毒力島在宿主特異性中發(fā)揮了一些作用。在其他某些血清型沙門菌(傷寒沙門菌Ty2、傷寒沙門菌CT18、甲型副傷寒沙門菌)全基因組中未發(fā)現(xiàn)SPI-13、SPI-14的同源序列，這可能是因為雞傷寒沙門菌和鼠傷寒沙門菌中SPI-13和SPI-14是從一個未知質粒上水平轉移獲得的[49]。此外，腸炎沙門菌在定植過程中需SPI-13上的基因(sen2164～sen2961)及SPI-14上的基因(sen0801～sen0804)，但SPI-13和SPI-14上的基因功能還沒有明確，有待進一步分子鑒定。

SPI-15插入位點在tRNAgly的3′端，長6.5 kb，G+C含量未確定。SPI-15只出現(xiàn)在傷寒沙門菌CT18中。一段22 bp的tRNA重復片段組成了SPI-15下游邊緣區(qū)域，毗鄰該tRNA處有一個編碼噬菌體整合酶的基因，且在遠端下游處有4個編碼未知蛋白的基因。

2.11SPI-16和SPI-17

SPI-16插入在tRNAarg上，長4.5 kb，G+C含量未確定。43 bp的下游調節(jié)區(qū)域組成了SPI-16的邊界。SPI-16在邦戈爾沙門菌種和亞利桑那沙門菌亞種中不存在，但在其他血清型沙門菌中均存在。SPI-16的5′端序列與P22噬菌體attP結合位點23 bp大小的序列有較高同源性(74%)。此外，在邦戈爾沙門菌中相同的tRNA位點插入了一個不同的編碼噬菌體整合酶的基因(8 188 bp)，提示此tRNA位點可能是不同沙門菌SPI的插入熱區(qū)[50]。

SPI-17的插入位點為tRNAarg，長5.1 kb，G+C含量未確定。SPI-17上缺失了一個整合酶基因及上游調節(jié)區(qū)的重復序列，而這些在邦戈爾沙門菌種、亞利桑那沙門菌亞種、鼠傷寒沙門菌以外的沙門菌血清型中均存在。SPI-17和SPI-16屬于同一個噬菌體家族。SPI-17與SPI-16上含有兩個編碼細菌萜醇葡萄糖移位酶的基因(gtrA、gtrB)。整合酶假基因、gtrA、gtrB與噬菌體P22基因組中的同源序列比對，同源性分別為78%、93%、97%。此外，血清型可通過細菌噬菌體介導的O抗原糖基化發(fā)生轉變，而gtrA、gtrB與此相關。

2.12SPI-18

通過基因水平轉移獲得的SPI-8無插入位點，大小未確定，G+C含量為39.8%。SPI-18并不存在于所有腸道沙門菌中，如鼠傷寒沙門菌中就無SPI-18[51]。SPI-18編碼的兩種毒力因子TaiA(STY1499)和HlyE(ClyA或SheA)構成一個操縱子。已有研究表明，TaiA(STY1499)是一種分泌蛋白，與增強巨噬細胞的吞噬作用有關[52]。HlyE是傷寒沙門菌胞質中的一種穿孔溶血素，能從不穩(wěn)定的細菌外膜中釋放出來[53]，有助于沙門菌入侵體外培養(yǎng)的人上皮細胞，在小鼠感染模型中有效增強傷寒沙門菌的臟器定植能力。這些都提示溶血素參與沙門菌全身感染，因此SPI-18被定義為一個新的毒力島。

2.13SPI-19

SPI-19無插入位點，長45 kb，G+C含量與整個細菌基因組G+C含量相近(如雞傷寒沙門菌基因組的G+C含量為54.3%，其SPI-19的G+C含量為52.2%)。沙門菌有5個不同的T6SS，分別由不同的SPI編碼，包括SPI-6、SPI-19、SPI-20、SPI-21和SPI-22。其中SPI-19存在于5種腸道沙門菌血清型中：都柏林沙門菌、韋太夫雷登沙門菌、阿貢納沙門菌、雞傷寒沙門菌及腸炎沙門菌[54]。SPI-19在都柏林沙門菌、韋太夫雷登沙門菌、阿貢納沙門菌及雞傷寒沙門菌中的結構高度保守。SPI-19有一段開放讀碼框架(SG1021～SG1056)，編碼的蛋白有VipB、Hcp、VgrG、ClpV、SciN等，其中VgrG對T6SS來說是核心組件。已有報道證明，SPI-19編碼的T6SS為雞傷寒沙門菌在雞體內有效定植所需[54]。與雞傷寒沙門菌中的SPI-19相比，腸炎沙門菌中的SPI-19缺失了24 kb的基因片段，這些片段缺乏大部分編碼T6SS所需的基因，因此SPI-19編碼的T6SS被認為在腸炎沙門菌中沒有功能[55]，并推測T6SS是否發(fā)揮功能是導致雞傷寒沙門菌與腸炎沙門菌宿主特異性不同的原因。

2.14SPI-20和SPI-21

SPI-20的插入位點為tRNAaspV，長34 kb，G+C含量為53.1%。SPI-20有28個開放讀碼框架(SARI-02707～SARI-02736)，其中17個與已鑒定出的T6SS功能相關。盡管SPI-20位于tRNAaspV編碼基因附近，但其兩側沒有明顯的重復序列。aspV與SPI-6在多數(shù)腸道沙門菌中的插入位點一致，提示在沙門菌進化過程中，不同T6SS是在相同的基因組位點獲得的。SPI-20編碼一種Hcp樣蛋白及VgrG蛋白，其中3個ImpA同源序列被鑒定出來：SARI-02718、SARI-02719、SARI-02709。序列比較分析顯示，SARI-02718、SARI-02719編碼的截短蛋白分別與ImpA 同系物的5′端和3′端一致。此外，SPI-20既不編碼轉錄或反轉錄調節(jié)因子，也不編碼T6SS基因座分泌的FHA結構域蛋白[56]。

SPI-21插入位點為tRNAthrW，長55 kb，G+C含量平均為49.6%，其中編碼未知功能蛋白區(qū)域的G+C含量(41.3%)較低，而編碼T6SS相關蛋白區(qū)域的G+C含量(54.3%)較高。SPI-20、SPI-21據報道只存在于亞利桑那沙門菌亞種Ⅲa中。SPI-21包含58個開放讀碼框架(SARI-02578 ～ SARI-02635)，其中20個編碼與T6SS相關的蛋白。SPI-21編碼的蛋白VgrG有2個保守區(qū)域：COG5529(S型銅綠假單胞菌菌素家族)和PF01844(HNH內切核酸酶類)。在靠近SPI-21右端連接處有1個噬菌體(SARI-02636～SARI-02688)嵌在thrW的3′端，該tRNA位點與P22及沙門菌相關噬菌體的嵌入位點一致[57]。此外，在SPI-21左端連接處附近發(fā)現(xiàn)了一個含8個開放讀碼框架的小毒力島(SARI-2570～ SARI-02577)，其中5個與SPI-14有廣泛的同源性(鼠傷寒沙門菌中STM0855～STM0859][58]。

2.15SPI-22

邦戈爾沙門菌中有1個不同于腸道沙門菌的T6SS基因座(長20 kb)，被定義為SPI-22。SPI-22無插入位點，長20 bp，G+C含量未確定。SPI-22與檸檬酸桿菌菌株ICC168的T6SS基因座CTS2[59]及銅綠假單胞菌PA01的基因座[60]有很高的同源性。SPI-22編碼T6SS的核心組件，包括DotU與IcmF的同系物、ATP酶ClpV、VgrG蛋白、Hcp蛋白及Gp25樣蛋白。其中DotU與IcmF的同系物對T6SS分泌功能及維持細菌外膜穩(wěn)定是必需的；ATP酶ClpV為T6SS提供能量；VgrG蛋白、Hcp蛋白、Gp25樣蛋白也在T6SS中發(fā)揮不同的功能。

2.16SPI-23

SPI-23位于德爾卑沙門菌菌株D1、D2染色體上，兩側分別為tRNAasn(GTT)和1個編碼未知功能蛋白的基因docB[61]，長37 kb，G+C含量38%。SPI-23含有42個開放讀碼框架(sanA、janE、chlE、yuaM、genE、shaU、dumE、sadZ、tinY等)，其中10個編碼T3SS效應蛋白。這些開放讀碼框架中，potR、talN與T4SS及菌毛的形成相關；zomB推測編碼脂蛋白；furB、lamE、halF、mstR、numT編碼DNA結合蛋白(DNA binding protein)；bigM、putM編碼2個假定的膜蛋白。此外，SPI-23還編碼NUDIX水解酶[62]，其是一類廣泛存在的蛋白家族，可與金屬離子結合，形成催化位點。

3結語

SPI編碼表達沙門菌絕大多數(shù)毒力因子，對沙門菌的致病性起至關重要的作用。毒力島的研究方法較多，目前有23個SPI被鑒定出來。隨著鑒定細菌未知毒力基因的分子生物學方法不斷更新，是否還有其他未知毒力島存在是目前乃至未來一段時間內的研究熱點。

SPI-1與SPI-2在各血清型沙門菌中分布廣泛，具有非常重要的功能。目前對SPI-1與SPI-2的研究比較深入，但主要以人傷寒沙門菌、鼠傷寒沙門菌或腸炎沙門菌感染鼠等哺乳動物為模型，而以其他血清型沙門菌如雞白痢沙門菌、雞傷寒沙門菌等感染非哺乳動物為模型的研究相對較少。窄宿主譜沙門菌感染特定宿主時，毒力島在致病機制中發(fā)揮的作用與泛宿主譜沙門菌是否一致，還有待進一步研究。此外，其他一些毒力島在其分布的血清型沙門菌中也發(fā)揮了不可替代的作用，需更深入的研究。對SPI上的毒力因子及毒力因子間相互調控關系進行深入系統(tǒng)的研究，將有助于更準確地掌握其生物學特性及致病機制，為疫苗研制拓寬新思路，也為尋找新的抗菌靶位、加快抗微生物藥物的研發(fā)奠定基礎。

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Corresponding author. GUO Da-Wen, E-mail: gdw0618@aliyun.com

·綜述·

Research progress onSalmonellapathogenicity islands

XUE Ying, GUO Rong-Xian, QIAN Shan-Shan, AN Shu-Min, JIAO Xin-An, GENG Shi-Zhong

Key Laboratory of Zoonoses of Jiangsu Province, Co-Innovation Center for Prevention and Control of Important Animal Infectious Diseases and Zoonoses of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China

Abstract:Salmonella is one of the main food-borne pathogens which can bring disease to human beings and animals, and Salmonella pathogenicity islands (SPIs) are the key element for pathogenesis. The current research progress on SPIs’ structure and function are reviewed in this paper.

Key words:Salmonella; Pathogenicity island; Virulence gene

通信作者：郭大文

收稿日期：(2015-04-16)