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感染免疫。2006年4月;74(4): 2145–2153.
预防性维修识别码:项目经理1418917
PMID:16552044

免疫接种金黄色葡萄球菌聚束因子B是鼻腔运载的主要决定因素,在小鼠模型中减少鼻腔定植

摘要

金黄色葡萄球菌导致广泛的感染,包括软组织感染和潜在致命的菌血症。主要生态位金黄色葡萄球菌人类的鼻腔是葡萄球菌感染的危险因素之一。先前对啮齿动物鼻定植模型的研究表明,胶囊和磷壁酸是促进定植的葡萄球菌表面因子。在本研究中,利用小鼠鼻定植模型证明金黄色葡萄球菌缺乏聚集因子A、胶原结合蛋白、纤维连接蛋白结合蛋白A和B、多糖细胞间黏附素或辅助基因调节器的突变体定植,以及野生型菌株定植。相反,缺乏分类酶A或聚集因子B(ClfB)的突变体显示鼻腔定植减少。用杀鼠剂经鼻免疫小鼠金黄色葡萄球菌与对照动物相比,这些细胞的鼻定植减少。同样,用由ClfB结构域a组成的重组疫苗进行全身或鼻内免疫的小鼠,其定殖水平低于对照动物。ClfB单克隆抗体(MAb)被抑制金黄色葡萄球菌与小鼠细胞角蛋白10结合。与用同型匹配的对照抗体免疫后观察到的定殖相比,用这种单克隆抗体被动免疫小鼠可减少鼻腔定殖。小鼠免疫研究表明,ClfB是一种有吸引力的成分,可用于疫苗中,以减少金黄色葡萄球菌人类鼻腔定植,这反过来可能会降低葡萄球菌感染的风险。随着疫苗开发和抗菌干预目标的评估,啮齿动物鼻定植模型可能是无价的。

金黄色葡萄球菌导致人类多种严重感染,包括菌血症、心内膜炎、骨髓炎以及皮肤和软组织感染。数十年来,医院感染的主要来源臭名昭著,金黄色葡萄球菌最近在导致社区获得性感染数量不断上升方面扮演了一个新角色。抵消抗抗生素问题金黄色葡萄球菌菌株、预防措施(如免疫)应作为现有治疗方法的补充,以控制这种细菌病原体。

人类是金黄色葡萄球菌鼻是葡萄球菌定植的主要部位。大约20%的人坚持携带金黄色葡萄球菌在前鼻孔,~60%为间歇性携带者,~20%为非携带者(19). 在许多临床环境中,鼻携带是葡萄球菌感染的已知危险因素(51). 某些患者群体表现出较高的金黄色葡萄球菌鼻腔定植增加了葡萄球菌感染的风险。这些人群包括糖尿病、湿疹和人类免疫缺陷病毒感染患者、接受持续非卧床腹膜透析或血液透析的个人以及注射毒品使用者(19). 此外,医院的患者或生活在拥挤环境中的个人通常表现出高于正常水平的金黄色葡萄球菌鼻腔定植。~80%的来源金黄色葡萄球菌菌血症是内源性的,因为基因型分析显示感染细菌与从鼻粘膜中回收的生物体相同(48,53). 这些观察结果支持一种方法金黄色葡萄球菌通过消除或减少鼻腔携带可以预防感染。

一种常用的减少金黄色葡萄球菌携带有葡萄球菌感染风险的个人需要使用含有抗生素莫匹罗星的鼻软膏进行局部治疗。外用莫匹罗星根除鼻腔携带与减少金黄色葡萄球菌一些患者群体的感染(20,45),但不适用于其他(40,54). 尽管莫匹罗星对鼻腔载体的去殖民化是有效的,但再殖民化通常发生在鼻外携带部位(52). 进一步令人担忧的是莫匹罗星在金黄色葡萄球菌(31,46). 利用最新的实验策略减少定植,包括茶树油的鼻腔应用(8),溶葡萄球菌素(22)或者是mersacidin(24),仍有待观察。因此,非抗菌方法金黄色葡萄球菌鼻携带,包括针对促进定植的葡萄球菌粘附素的方法,值得调查。

金黄色葡萄球菌通过称为微生物表面成分识别粘附基质分子(MSCRAMM)的表面蛋白粘附素,粘附宿主细胞外基质成分,如胶原蛋白、纤维连接蛋白和纤维蛋白原。成束因子B(ClfB)是金黄色葡萄球菌与纤维蛋白原结合的MSCRAMM(33,35). O'Brien等人(36)据报道,ClfB还与脱落的人鼻上皮细胞表面的1型细胞角蛋白分子K10以及重组人和鼠细胞角蛋白10结合(36,49). 缺少ClfB的突变株对细胞角蛋白10的粘附性较差,并且对人类鼻上皮细胞的粘附性降低(36). 当ClfB在异源宿主表面表达时乳酸乳球菌,显著增加了乳杆菌与鳞状上皮细胞的结合比较乳杆菌表达聚集因子A或乳杆菌携带空向量。这些发现表明,ClfB可能是葡萄球菌鼻腔定植的重要决定因素。

在这项调查中,我们检查了金黄色葡萄球菌促进殖民的表面成分;这些成分包括蛋白质粘附素和多糖细胞间粘附素,它们与葡萄球菌生物膜的形成有关。而在之前的研究中,研究人员已经评估了潜在的免疫原,以确定其预防系统性疾病的能力金黄色葡萄球菌感染,在这份报告中,我们提供了证据表明金黄色葡萄球菌或重组ClfB(rClfB)可以减少金黄色葡萄球菌小鼠模型中的鼻腔定植。

材料和方法

金黄色葡萄球菌菌株和生长条件。

这个金黄色葡萄球菌表中列出了用于鼻腔定植实验的菌株表1。1.自发性链霉素抵抗(Sm第页)野生型突变体金黄色葡萄球菌拉纽曼(18), 8325-4 (34)和502A(1)在含有0.5 mg/ml链霉素的胰蛋白酶大豆琼脂(TSA)平板上进行筛选。Sm公司第页突变体可能在转速L基因,但在生长速度、绵羊血琼脂平板上的溶血和API Staph测试条上的代谢谱方面,它们与亲本菌株的表型相同(Biomerieux,Inc.,北卡罗来纳州达勒姆)。编码表面成分的基因突变,包括fnbA公司fnbB公司(13,30),clfA公司(30),clfB公司(28),中国核协会(37),软件无线电数据设备(35),srtA公司(26)、和农业土地储备(23),从原始突变株转导到Sm第页噬菌体85或80α的野生型菌株,选择合适的抗生素抗性标记。金黄色葡萄球菌菲利普斯菌株(37)和它的同基因中国核协会突变PH100均为Sm第页,因此无需进一步修改。用于定殖实验的所有菌株均为Sm第页.

表1。

金黄色葡萄球菌鼻定植实验中菌株和表面因子的评价

金黄色葡萄球菌拉紧突变位点鼻定植缺陷参考文献
纽曼成束因子A30
纽曼纤维结合蛋白A和B13,30
8325-4纤维结合蛋白A和B
纽曼聚集因子A、纤维连接蛋白结合蛋白A和B本研究
纽曼成束因子B是的28
纽曼ClfB、SdrCDE是的本研究
纽曼SDR CDE公司35
菲利普斯胶原蛋白结合蛋白37
502A型多糖细胞间黏附素本研究
8325-4全球监管机构农业土地储备15
纽曼分拣酶是的26
502A型分拣酶是的本研究

菌株502A中缺失的突变体srtA公司国际民航组织通过等位基因替换突变构建(17)PCR和Southern blot分析证实了突变体的真实性。温度敏感质粒pSC57(6)用于替换野生型独立分量分析位点;产生的突变体502AΔ独立分量分析,在微量滴定板测试中显示生物膜形成最小(6). 同样,温度敏感质粒pSrtA-KO(26)用于替换本机srtA公司502A菌株中的基因。

金黄色葡萄球菌在指数增长期间主要表达纤维连接蛋白结合蛋白和ClfB(29,33). 为了研究这些蛋白在鼻腔定植中的作用,金黄色葡萄球菌菌株在胰蛋白酶大豆肉汤(TSB)中生长到A类6500.34,离心收获,悬浮于生理盐水中。否则,金黄色葡萄球菌如前所述,菌株在37°C下用2%氯化钠(CSA)在哥伦比亚琼脂上培养24小时(18). 这个农业土地储备从含2%氯化钠的哥伦比亚琼脂培养基或指数相TSB培养基上获得突变株和野生型菌株,以在单独的鼻定植实验中进行评估。每种接种物的活菌数通过将系列稀释液电镀到TSA上来确定。

鼻腔定植模型。

从Harlan Sprague Dawley,Inc.(印第安纳州印第安纳波利斯)购买4至6周大的ICR小鼠,并随意给予食物和水。在无病毒抗体的条件下,这些动物被安置在改良屏障设施中,每个笼子四只。动物护理符合布里格姆妇女医院和哈佛医学院制定的机构指南。

在细菌接种前1天和实验过程中,给小鼠饮用含有硫酸链霉素(0.5至1.0 g/升;密苏里州圣路易斯Sigma Chemical Co.)的饮用水。饮用水和笼子每周更换两次。小鼠经鼻(i.n.)途径接种10μl金黄色葡萄球菌如前所述的悬架(18),除了小鼠没有麻醉。每个金黄色葡萄球菌用10倍接种物平行检测等基因突变对8, 107、和106CFU每只小鼠。通过对接种细菌后7或14天被安乐死的不同组小鼠的鼻组织进行定量培养来评估其定植情况。用70%异丙醇擦拭鼻部周围区域,切除鼻子并在400μl TSB中均匀化20 s。将组织匀浆涂敷在含有5%羊血的TSA上以评估总鼻菌群,并将其涂敷在含0.5 mg/ml链霉素的TSA之上以测定Sm的数量第页 金黄色葡萄球菌每个鼻子的CFU。下面描述的所有结果都是来自至少两个独立实验的综合结果。

纽曼毒株鼻腔定植clfB公司在Channing实验室培育的Wistar大鼠也对该突变进行了评估。7周龄雄性或雌性大鼠腹腔接种1.4×109菌落总数金黄色葡萄球菌如上所述,在10μl悬浮液中。通过定量培养细菌接种后7天被安乐死的大鼠的切除鼻组织来评估定殖。

杀鼠鼻腔免疫金黄色葡萄球菌.

用无囊突变体免疫小鼠金黄色葡萄球菌雷诺指定的JLO22(7)在TSB中培养到对数生长阶段(A类650, 0.34). 这些细菌被制成颗粒,悬浮在浓度为10的磷酸盐缓冲盐水中8CFU/ml放在开放的培养皿中,在黑暗中在旋转器上暴露于8厘米外的紫外线光源下10分钟。通过离心浓缩细菌,10μl含有108CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌在第0天、第5天和第10天,将含有或不含5μg霍乱毒素B(CTB)的霍乱毒素(加利福尼亚州坎贝尔市List Biological Laboratories,Inc.)涂抹在每只小鼠的鼻子上。第三次免疫中省略了CTB,以减少非特异性保护。第三次免疫后两周,给小鼠接种108CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼菌株在TSB中培养至对数期(A类650, 0.34). 14天后评估定植情况。

ClfB免疫。

ClfB的配体结合活性位于分子的A或结合域(氨基酸44至542)。ClfB A区域由三个子域组成,分别命名为N1、N2和N3。如前所述制备并纯化亚结构域和全长A区N123的重组形式(39). 用30μg重组ClfB(结合结构域N123)或与弗氏完全佐剂混合的牛血清白蛋白(BSA)通过皮下(s.c.)途径免疫小鼠(酪酸分枝杆菌; Difco实验室,密歇根州底特律)。在一个实验中,小鼠在第10天通过使用与不完全弗氏佐剂混合的免疫原进行第二次免疫。最后一次免疫剂量是在细菌接种前7天给予108或109CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌第页纽曼和小鼠在7天后被安乐死进行定量培养。

对于ClfB粘膜免疫,用氯胺酮(100 mg/kg)和木聚嗪(10 mg/kg)麻醉小鼠,并静脉注射含有15μg ClfB和5μg CTB的17.5μl剂量。每隔1周进行三次免疫,第三次免疫中省略CTB。最后一次免疫剂量在细菌接种前10天给予109菌落总数金黄色葡萄球菌第页纽曼和小鼠在7天后被安乐死进行鼻腔培养。

MAbs到ClfB。

针对ClfB区域A的N2N3亚结构域(氨基酸197至542)的单克隆抗体(MAbs)基本上如Kohler和Milstein所述产生(21),稍作修改(44). 根据制造商(Amersham Biosciences,Europe GmbH)的建议,将阳性杂交瘤3D6和6C5培养到高密度,并通过硫酸铵沉淀从杂交瘤上清液中纯化MAb,然后在蛋白G-Sepharose柱上进行亲和层析。使用鼠型亚等分型试剂盒(加利福尼亚州赫拉克勒斯市Bio-Rad)对单克隆抗体进行等分型。

在涂有重组小鼠细胞角蛋白10(1μg/孔)的微量滴定板上进行结合抑制研究,如前所述表达和纯化(49). 含有10的悬浮液8CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼在22°C温度下培养1小时,同时增加MAb的数量,然后将细菌添加到包被的微量滴定器孔中。在37°C下培养1小时后,清洗每个微量滴定板,并用兔抗体培养检测粘附细菌金黄色葡萄球菌然后与过氧化物酶结合的山羊抗兔免疫球蛋白G(IgG)孵育。

N2N3蛋白被生物素化N个-先前报道的羟基琥珀酰亚胺生物素(Sigma)(47). 在将混合物添加到包被的微量滴定孔之前,通过将生物素化N2N3蛋白与越来越多的MAb孵育来进行结合抑制研究。洗涤后,通过添加过氧化物酶结合亲和素检测蛋白质的结合。

进行被动免疫试验以确定单克隆抗体对ClfB是否可以预防或减少金黄色葡萄球菌鼻腔定植。小鼠在接种10μg MAb前10 h通过腹腔注射(i.p.)途径接受300μg MAb109CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌第页Newman,7天后对小鼠鼻子进行定量培养分析。

抗体测定。

通过剪尾采集小鼠血液,通过腹腔注射2.5至5μg氨甲酰氯(卡巴胆碱;西格玛)诱导小鼠产生唾液。用移液管尖端从每只小鼠的口腔中采集唾液,在21000×测试之前。酶联免疫吸附测定(ELISA)板(Immulon 2;Dynatech Laboratories,Chantilly,VA)在4°C下用5μg/ml rClfB涂布过夜,然后用0.5%脱脂奶封闭1h。小鼠血清在磷酸盐缓冲盐水中用0.05%吐温20稀释为1:100,唾液样品在测试前稀释为1:20。酶联免疫吸附试验如前所述进行(25)除了唾液样本在4°C的rClfB涂层ELISA板中培养过夜。相关碱性磷酸酶标记的结合物分别包括用于血清和唾液的山羊抗鼠IgG和IgM(重链和轻链;马里兰州盖瑟斯堡Kirkegaard&Perry Laboratories)和山羊抗鼠-IgA(α链特异性;Sigma)。抗体水平表示为ELISA指数(A类405实验样品[血清或唾液]/A类405高滴度对照样品),如前所述(25).

统计分析。

重大(P(P)<0.05)不同小鼠组定量培养结果之间的差异通过Mann-Whitney试验(InStat;GraphPad软件,加利福尼亚州圣地亚哥)确定。

结果

金黄色葡萄球菌对鼻腔携带至关重要的表面抗原。

以前的研究表明金黄色葡萄球菌在葡萄球菌鼻腔携带的啮齿动物模型中,荚膜多糖或核糖醇-泰克酸(而非青霉素结合蛋白PBP2a)产生缺陷的突变体显示鼻腔定植减少(12,18,50). 由于葡萄球菌毒性的大多数方面是多因素的,因此在本研究中,我们调查了其他因素的影响金黄色葡萄球菌鼻携带的表面成分和一个全球调节器。金黄色葡萄球菌主要表面相关MSCRAMM、多糖细胞间黏附素和农业土地储备采用小鼠鼻定植模型,将global调节因子与亲本菌株进行比较。大多数突变是在纽曼菌株的遗传背景中构建的(表(表1)。1). 然而,金黄色葡萄球菌纽曼缺少中国核协会编码胶原蛋白结合蛋白的基因,因此菲利普斯菌株被用于一些实验。纽曼菌株也是一种较差的生物膜产生菌(,6)因此,在评估多糖细胞间黏附素作用的定殖实验中,我们使用菌株502A。

殖民地金黄色葡萄球菌与野生型定植相比,在第7天或第14天,聚集因子A、胶原结合蛋白、SdrC、SdrD和SdrE(具有未知配体的表面相关蛋白)以及纤维连接蛋白结合蛋白A和B缺陷的突变体没有显著减少金黄色葡萄球菌菌株(数据未显示)。Grundmeier等人(14)最近有报道称,野生型纽曼菌株的纤维连接蛋白结合蛋白被截断,并且没有固定在细胞壁上。因此,我们还评估了接种金黄色葡萄球菌8325-4菌株和一个缺乏纤维连接蛋白结合蛋白A和B的等基因突变株(13). 任一菌株背景中的纤维连接蛋白结合蛋白突变体在小鼠鼻孔定植的水平与亲本菌株相似。即使是在纤维连接蛋白结合蛋白a和B和聚集因子a缺陷的纽曼菌株的三个突变株也会在小鼠和野生型小鼠中定植金黄色葡萄球菌纽曼菌株定植小鼠。同样,葡萄球菌多糖细胞间黏附素和由农业土地储备(在金黄色葡萄球菌8325-4遗传背景)未能影响定殖,因为这些位点突变的细菌菌株也没有减少鼻腔定殖(未显示)。

许多表面蛋白质金黄色葡萄球菌通过分拣酶与细胞壁相连,分拣酶是一种转肽酶,在保守的LPXTG基序上裂解细菌多肽,并将其共价连接到肽聚糖甘氨酸跨桥(27). 为了研究细胞壁锚定蛋白是否在鼻腔定殖中起作用,我们通过分类酶突变体评估了鼻腔的定殖金黄色葡萄球菌菌株Newman和502A的Sortase突变体的生长曲线与亲本菌株的生长曲线相似,但它们是聚集因子阴性的,不能与固定在微量滴定板上的IgG或人纤维蛋白原结合。接种10只小鼠7的CFU金黄色葡萄球菌纽曼有显著的(P(P)=0.001)14天后CFU/鼻子比接种srtA公司突变体(图。(图1)。1). 金黄色葡萄球菌将菌株502A与亲本菌株进行比较(图。(图1)。1). 当接种量增加到10时,这两种突变型的鼻定植缺陷得到了克服8每只鼠标的CFU(数据未显示)。接种量为106CFU,14天后两组动物中几乎没有葡萄球菌定植。

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Sortase突变体金黄色葡萄球菌Newman或502A菌株在鼻内接种107CFU(CFU)。每个点表示一只老鼠的CFU/鼻子数量,每组动物的中位数由一条水平线表示。

以前的研究表明金黄色葡萄球菌粘附于脱落的鼻上皮细胞,ClfB通过与细胞角蛋白10结合促进这种相互作用(36,49). 因为ClfB通过分拣酶与葡萄球菌肽聚糖层共价连接,不受农业土地储备(28),我们试图确定金黄色葡萄球菌ClfB缺陷突变体在小鼠中的鼻定植减少。与父母纽曼相似clfB公司突变体,Sm第页纽曼clfB公司突变体对固定在微量滴定板上的小鼠细胞角蛋白10的粘附性降低。用10只老鼠挑战7或106的CFUclfB公司与野生型菌株Newman攻击的小鼠相比,突变体在第14天的定殖率降低(图。(图2)。2). 与我们对sortase突变体的发现类似,当接种量增加到10时,定殖缺陷被消除8每只老鼠的CFU。与野生型菌株定植的小鼠相比,接种分拣酶或clfB公司突变体只略微降低了携带率,但携带率显著降低金黄色葡萄球菌CFU/鼻子。

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经鼻接种10种药物的小鼠的鼻定植8, 107、或106的CFU金黄色葡萄球菌纽曼或其同基因clfB公司突变体。每个点表示一只老鼠的CFU/鼻子数量,每组动物的中位数由一条水平线表示(数值在图表下方显示)。野生型;NS,不显著。

这个金黄色葡萄球菌SdrC和SdrD蛋白也已被证明能促进金黄色葡萄球菌脱落的鼻上皮细胞(T.Foster和E.Walsh,《临床微生物感染》)。11[补充2]:43,弃权。S1822005)。因此,我们用父母株Newman或ClfB和SdrCDE蛋白缺陷的突变株接种小鼠。接种10只小鼠8Newman菌株的CFU中位数为520 CFU金黄色葡萄球菌/鼻(范围为1至96000 CFU/鼻)。相比之下,接种纽曼疫苗的小鼠clfB sdrCDE公司突变体的平均CFU为2金黄色葡萄球菌/机头(范围,0至105 CFU/机头)(P(P)= 0.0379). 仅SdrCDE蛋白缺陷突变体的鼻携带与亲本菌株Newman(未显示)的鼻携带相似,表明SdrC、SdrD和SdrE蛋白不参与小鼠鼻腔的定植。

其他研究人员建议金黄色葡萄球菌与小鼠相比,大鼠可以获得鼻定植(22). 为了确定ClfB对大鼠的鼻定植是否至关重要,我们给Wistar大鼠接种109CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼或其同基因clfB公司突变体(8只大鼠/组)。细菌激发7天后,大鼠接种Sm第页纽曼的平均CFU为358金黄色葡萄球菌/鼻子(范围为11至3036 CFU/鼻子),而接种ClfB突变株的大鼠的中位数为17 CFU金黄色葡萄球菌/机头(范围,0至120 CFU/机头)(P(P)= 0.0281). 这些结果表明clfB公司突变体对小鼠和大鼠的鼻定植都有损害。

用杀鼠剂进行粘膜免疫金黄色葡萄球菌减少鼻部携带。

一种有可能减少或防止携带者鼻腔定植的策略是粘膜免疫金黄色葡萄球菌细胞或纯化抗原。我们的初步试验结果表明,接种灭活的稳定期葡萄球菌(表达丰富的荚膜,但不表达ClfB)不会影响金黄色葡萄球菌小鼠的鼻定植(未显示)。因此,我们用荚膜阴性菌株免疫小鼠金黄色葡萄球菌(JLO22)在TSB中培养至对数生长期。在这些生长条件下,clfB公司最大表达(33). 给小鼠服用三剂紫外线灭活细菌(含或不含粘膜佐剂CTB),并用108异源CFU金黄色葡萄球菌在最后一次给药后2周给纽曼拉伤。如表所示表2,2,鼻腔免疫金黄色葡萄球菌结果只是轻微降低了携带率,但免疫小鼠(P(P)<0.05)更少金黄色葡萄球菌他们鼻孔中的CFU比对照组的动物多。

表2。

杀鼠鼻腔免疫金黄色葡萄球菌接种108CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼

出口免疫原殖民者数量/总数。CFU/鼻中位数(范围)P(P)价值
A类被杀死的金黄色葡萄球菌+CTB(全面禁试条约)13/163(0-28000)0.0438
仅CTB15/16151 (0-190,000)
B类被杀死的金黄色葡萄球菌12/168 (0-585)0.0197
乳酸林格氏溶液15/1537(5-1011)
这个P(P)通过Mann-Whitney试验比较免疫小鼠和对照小鼠的CFU/鼻中值来确定该值。

rClfB全身免疫。

由于观察到小鼠鼻腔定植减少,因此选择ClfB进行免疫clfB公司的突变体金黄色葡萄球菌此外,ClfB仅在葡萄球菌细胞的对数生长期检测到(33),小鼠用对数期免疫金黄色葡萄球菌细胞在鼻腔定植减少。用30μg rClfB与弗氏完全佐剂混合的s.c.途径免疫小鼠两次,显示出对rClfB的快速血清抗体反应(图。(图3)。). 用rClfB或BSA免疫的动物接种108CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼,7天后对他们的鼻子进行定量培养。用rClfB免疫的小鼠中位CFU为6金黄色葡萄球菌每个鼻子(范围为0至81 CFU/鼻子),而用BSA免疫的小鼠平均为369 CFU/鼻(范围为0-2300 CFU/鼻部)。随后的实验是用rClfB或BSA与完全弗氏佐剂混合免疫小鼠一次,7天后用109CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼。如图所示。图4,4rClfB一次免疫小鼠的CFU/鼻中位数显著降低(P(P)=0.0473)与BSA免疫小鼠的值相比,尽管两组小鼠的携带率相似。

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用30μg rClfB或BSA与弗氏佐剂混合免疫两次的小鼠的血清抗体反应。微量滴定板涂有rClfB,箭头指示免疫时间。血清在ELISA检测前稀释为1:100,数据为6或7只动物血清吸光度值的平均值±标准偏差。由于尺寸较小,一些错误栏不可见。

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rClfB系统免疫减少金黄色葡萄球菌接种10只小鼠的鼻定植9CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌Newman在1周后进行评估。每个点表示单个小鼠的CFU/鼻数,每组动物的中位数由水平线表示。

rClfB鼻内免疫。

确定粘膜给药rClfB是否可以减少金黄色葡萄球菌鼻腔携带,我们用15μg rClfB与5μg CTB混合的三种剂量免疫小鼠。对照组动物接受BSA与CTB混合。第三组接受乳酸林格溶液,以确保服用CTB不会非特异性地减少定植。如表所示表3,rClfB粘膜免疫导致ClfB特异性血清IgG抗体水平升高,以及唾液中ClfB特异性IgA抗体水平升高。对照动物的抗体水平与流行值相似。最后一次免疫10天后,给动物接种109CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌第页纽曼。rClfB粘膜免疫效果显著(P(P)=0.001)降低了金黄色葡萄球菌与BSA免疫的对照动物的鼻定植值比较(表(表3),),尽管两组小鼠的携带率非常相似。

表3。

rClfB鼻腔免疫减少10只接种小鼠的鼻定植9CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼

免疫原ELISA指数(平均值±SEM)
殖民者数量/总数。CFU/鼻中位数(范围)P(P)价值b条
血清IgG(1:100)唾液IgA(1:20)
rClfB+CTB1.057 ± 0.0111.365±0.07410/1218 (0-105)
BSA+CTB0.009 ± 0.0010.039 ± 0.0032011年10月664(0-47000)0.001
乳酸林格氏溶液0.008 ± 0.0010.042 ± 0.0039/9246 (14-6,200)
抗体水平表示为ELISA指数(A类405实验样品的/A类405高滴度对照样品)(25). 在激发前1至2天采集血清和唾液样本金黄色葡萄球菌分别以1:100和1:20的稀释度进行测试。
b条这个P(P)通过比较ClfB+CTB免疫小鼠的CFU/鼻值和BSA+CTB免疫小鼠的CFU/鼻值来确定该值。

ClfB单克隆抗体对细胞角蛋白10结合和鼻定植的影响。

rClfB的细胞角蛋白10结合位点位于rClfB的N2N3亚结构域(36). MAb 3D6(IgG1κ)识别N2N3蛋白,但不识别N2和N3的单个亚结构域。对照MAb 6C5(IgG1κ)与N2N3和亚结构域N2结合,但不与N3结合。MAb 3D6阻止绑定金黄色葡萄球菌纽曼-小鼠细胞角蛋白10呈剂量依赖性,而对照组MAb 6C5则没有(图。(图5A)。5A级). 同样,与MAb 3D6预孵育的ClfB生物素化N2N3对细胞角蛋白10的粘附性降低了60%,而对照MAb没有活性(图。(图5B5亿).

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单克隆抗体3D6和6C5对金黄色葡萄球菌纽曼(A)或生物素化的ClfB(B)N2N3转化为细胞角蛋白10。数据表示为在没有MAbs的情况下附着细菌(A)或结合肽(B)的百分比。这些值是重复测量的平均值±标准偏差。

因为金黄色葡萄球菌rClfB全身免疫和粘膜免疫均能减少鼻腔携带,我们用单克隆抗体对ClfB进行被动免疫试验。在接种前10 h用300μg MAb 3D6对小鼠进行被动免疫金黄色葡萄球菌纽曼显著(P(P)=0.0104)与MAb 6C5免疫后获得的值相比,CFU/鼻的数量减少(图。(图6)。6). 与上述结果类似,尽管免疫小鼠的细菌载量减少,但两组的携带率相似。这些结果表明,血清ClfB特异性IgG足以减少定植,并且粘膜IgA反应对于防止鼻腔定植不是必不可少的。

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用单克隆抗体被动免疫ClfB减少接种109CFU(循环流化床)金黄色葡萄球菌纽曼。在细菌接种前10 h,用300μg MAb腹腔接种小鼠。每个点表示一只老鼠的CFU/鼻子数量,每组动物的中位数由一条水平线表示。

讨论

鼻子是金黄色葡萄球菌在人类中,鼻腔携带是金黄色葡萄球菌感染(19). 对无症状携带金黄色葡萄球菌在人类中,对我们控制感染发生率以及这种机会性病原体传播的能力至关重要。先前的研究表明,荚膜多糖和磷壁酸都能促进鼻携带啮齿动物模型的鼻定植(18,50). 在这里,我们报告了主要的MSCRAMM,如纤维连接蛋白结合蛋白、聚集因子A和胶原结合蛋白,它们与葡萄球菌粘附宿主组织有关,对小鼠鼻定植几乎没有影响。同样,无论是多糖细胞间黏附素还是全局调节因子农业土地储备对殖民化产生了影响。然而,观察到两种不同的分类酶突变体在小鼠鼻孔中定植不良,表明至少有一种细胞壁锚定蛋白不受农业土地储备对葡萄球菌鼻定植至关重要。

与rClfB与人类脱落的鼻上皮细胞以及人和小鼠细胞角蛋白10结合的事实一致(36),我们观察到ClfB是金黄色葡萄球菌啮齿动物的鼻腔携带。这个金黄色葡萄球菌与亲本菌株相比,缺少ClfB的突变体在小鼠和大鼠的鼻腔定植较差。先前的研究也证实,ClfB是由从健康携带者鼻腔中回收的葡萄球菌表达的,并且金黄色葡萄球菌ClfB缺陷突变体在体外对人脱屑鼻上皮细胞的粘附性降低(36). 相反,SdrC或SdrD蛋白缺陷的突变体对人类鳞状上皮细胞的粘附性降低,但在小鼠和野生型细菌中定植。

这是第一份减少金黄色葡萄球菌鼻腔定植。我们最初的实验表明,小鼠用灭活的金黄色葡萄球菌显示鼻腔定植减少。这种策略也被证明可以有效减少小鼠的鼻腔定植肺炎链球菌(55). 然而,用杀鼠剂进行系统免疫金黄色葡萄球菌不能保护老鼠或人类免受系统性葡萄球菌病的侵害(32,42). 然而,值得注意的是,我们观察到金黄色葡萄球菌在生长的对数阶段收获可以防止定植。这些发现表明,表面相关粘连蛋白在引发对定植的保护方面很重要,因为金黄色葡萄球菌在后指数培养中,粘附素可能被荚膜多糖的产生所掩盖(41).金黄色葡萄球菌ClfB是一个明显的目标,因为它只在对数生长阶段表达(33)因为体外和体内实验都表明它是鼻腔携带金黄色葡萄球菌.因为clfB公司该基因在金黄色葡萄球菌菌株(4,11)它是一种很有吸引力的候选疫苗,可以防止这种微生物在鼻腔定植。

减少金黄色葡萄球菌当通过皮下注射或i.n.途径用rClfB主动免疫小鼠时,观察到鼻腔定植。我们观察到用rClfB免疫s.c.的小鼠血清中ClfB抗体水平升高(图。(图1),1),但在这些动物的诱导唾液中无法检测到ClfB抗体(未发表的观察结果)。尽管如此,鼻分泌物中可能存在低于药物诱导唾液检测水平的ClfB抗体。用rClfB免疫小鼠后,血清(IgG)和唾液(IgA)中的ClfB抗体水平升高(表(表3)。). 因此,似乎通过金黄色葡萄球菌可以通过血清ClfB抗体实现,并且ClfB的IgA抗体(在诱导唾液中测量)对于降低鼻内定植水平不是必需的。科尔等人报告说金黄色葡萄球菌鼻腔定植诱导人类局部炎症反应(5). 这些发现表明金黄色葡萄球菌表现出足够的组织侵袭或诱导足够的组织炎症,血清抗体在减少鼻腔携带方面起着重要作用。或者,抗体可以通过简单的渗出物转移到上皮表面(43). 我们的发现与临床和实验研究的结果相一致,这些研究表明鼻咽粘膜中的流感嗜血杆菌肺炎链球菌结合疫苗系统免疫后的疫苗血清型(2,10,16,38). 此外,Dryla等人报告称金黄色葡萄球菌鼻腔携带者的血清IgG和IgA抗rClfB水平高于间歇性或持续携带金黄色葡萄球菌有(9).

我们的被动免疫实验结果进一步证实了针对ClfB的血清抗体对减少金黄色葡萄球菌鼻腔定植。与同型匹配单克隆抗体相比,全身注射针对rClfB N2N3亚结构域的单克隆抗体可有效减少幼年小鼠的鼻定植。对ClfB抗体的体外研究表明,ClfB的角蛋白结合区位于N2N3区(36),针对该地区的单抗减少金黄色葡萄球菌与细胞角蛋白10结合(图。(图2A)。2安培). 这表明ClfB是主要的金黄色葡萄球菌与细胞角蛋白10结合的MSCRAMM。ClfB MAb未能完全抑制金黄色葡萄球菌与固定化角蛋白的结合与我们观察到的纽曼菌株一致clfB公司突变体表现出对细胞角蛋白10的低水平粘附(未公布的数据),表明该菌株表达第二种细胞角蛋白粘附素,尽管效果较差。

类似于鼻腔携带的研究流感嗜血杆菌肺炎链球菌,啮齿动物模型已被证明有助于阐明金黄色葡萄球菌鼻腔定植和评估根除携带的策略。我们证明了这一点金黄色葡萄球菌ClfB是一种表面相关粘连蛋白,在鼻腔定植中起着重要作用,通过系统或粘膜途径进行免疫,以及用单克隆抗体对ClfB进行被动免疫治疗,可以减少金黄色葡萄球菌小鼠鼻腔定植。ClfB是一种很有吸引力的成分,可用于疫苗中以减少金黄色葡萄球菌鼻腔定植。因为鼻腔定植与葡萄球菌感染的易感性相关,所以这种疫苗也可能减少这种医学上重要病原体的感染。啮齿动物模型金黄色葡萄球菌鼻腔定植有助于评估疫苗开发或抗菌干预的靶点。

致谢

本研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)向J.C.L.提供的AI44136和AI29040资助,Wellcome Trust向T.F.提供的061617资助,Fondazione CARIPLO向P.S.提供的2003.1640/10.8485资助,以及Inhibitex Inc.对T.F.和P.S.的支持。

我们感谢Richard Novick提供菌株RN6734和RN6911,Joseph Patti提供菌株Phillips和PH100,Olaf Schneewind提供突变型SKM3和pSrtA-KO,Sara Cramton提供pSC57。我们感谢迈克尔·拉塞尔(Michael Russell)就IgA ELISA的表现提供的建议,并感谢One Kim提供的技术援助。

笔记

编辑:J.N.威瑟

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文章来自感染与免疫由以下人员提供美国微生物学会(ASM)