亲疏兼备的脂质A:独特结构如何主导内毒素活性
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- 发布时间:2025-02-28 14:37
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【概要描述】脂质A,作为一种独特的糖磷脂,在微生物学领域中占据着关键地位。它具有亲水性和疏水性兼具的双嗜性特点,其结构宛如一座精心搭建的“分子大厦”。这座大厦的骨架由两个氨基葡萄糖在β-1,6位通过焦磷酸键聚合而成,赋予了脂质A亲水性。而多种长链脂肪酸和焦磷酸盐分别以脂键和酰胺键与双糖链相连,尤其是长链脂肪酸的独特结构,使得脂质A拥有了疏水特性。
亲疏兼备的脂质A:独特结构如何主导内毒素活性
【概要描述】脂质A,作为一种独特的糖磷脂,在微生物学领域中占据着关键地位。它具有亲水性和疏水性兼具的双嗜性特点,其结构宛如一座精心搭建的“分子大厦”。这座大厦的骨架由两个氨基葡萄糖在β-1,6位通过焦磷酸键聚合而成,赋予了脂质A亲水性。而多种长链脂肪酸和焦磷酸盐分别以脂键和酰胺键与双糖链相连,尤其是长链脂肪酸的独特结构,使得脂质A拥有了疏水特性。
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脂质A,作为一种独特的糖磷脂,在微生物学领域中占据着关键地位。它具有亲水性和疏水性兼具的双嗜性特点,其结构宛如一座精心搭建的“分子大厦”。这座大厦的骨架由两个氨基葡萄糖在β-1,6位通过焦磷酸键聚合而成,赋予了脂质A亲水性。而多种长链脂肪酸和焦磷酸盐分别以脂键和酰胺键与双糖链相连,尤其是长链脂肪酸的独特结构,使得脂质A拥有了疏水特性。
从组成成分来看,脂肪酸在脂质A分子中约占70%-80%。不同细菌的脂肪酸性质和排列方式千差万别。肠道细菌含有羟化脂肪酸,其中羟基化肉豆蔻酸是其特定成分,而其他细菌则可能没有此类羟基化脂肪酸。厌氧黑色素类杆菌更是别具一格,其脂肪酸可为环状或奇数碳链脂肪酸,且缺少β-羟基化肉豆蔻酸。脂质A的溶解性也颇为特殊,它不溶于水,却能溶于酚、汽油、吡啶、三乙胺、二甲基亚砜以及氢氧化钠等溶剂中。
1960年,Westplal等科学家率先报道脂质A是内毒素的生物学活性成分,开启了对其深入研究的大门。随后,OttoLüideritz等采用了两种巧妙的方法进一步证实脂质A的活性。其一,通过改变多糖链缺陷变异株的脂多糖中KDO残基的化学结构,发现脂多糖的活性,如小鼠和鸡胚致死性、致热性、抗补体活性等并未改变,这表明毒性并非源自脂多糖部分,而是脂质A。其二,将灭活细菌进行分离提取,把得到的不溶性脂质A与水溶性载体如白蛋白等结合,使其成为稳定的可溶性脂质A,进而直接测定其活性。实验充分证实,脂质A对小鼠具有致死性、致热性、抗补体活性,还能引发骨髓坏死、使鲎血溶解物试验呈阳性等生物学活性。尽管脂质A的活性相较于原始粗提的脂多糖略低,但足以说明脂多糖的活性部位正是脂质A。多糖的存在则如同“润滑剂”,有助于不溶性的脂质A溶解,从而更好地发挥作用。脂质A的毒性根源在于其以脂键相连的脂肪酸,一旦这些脂肪酸被中性粒细胞、巨噬细胞内溶酶体酶(如AOAH)水解,变成脱酰基脂质A,其空间结构就会改变,脂质A或脂多糖便失去毒性。
各种革兰阴性菌的脂质A化学成分和结构虽有差异,但极为相似,这就解释了为何内毒素的活性,包括对人体所引发的反应基本相同。不过,在不同物种中,如人类和小鼠,对某些内毒素的反应可能相反。脂质A是LPS中最为保守的部分,也是革兰阴性菌株脂多糖分子结构中共有的成分,目前被认为是GNB的病原体相关分子模式(PAMP),能被宿主天然免疫系统的TLR、CD14等受体识别。研究发现,脂质A结构的完整性(如双磷脂酰脂质A)与LPS的毒性密切相关,而单磷酰基脂质A或单磷酰基脂质A前体(如脂质x、脂质Y)则无法引起发热、局部Shwartzman反应或致死性休克。基于此,有人开展利用单体脂质A前体诱发机体对内毒素耐受的研究和治疗。在LPS结构中,脂质A和KDO结构部分被认为是最具毒性的成分,并不需要О特异链和核心多糖的大部分参与,例如Bg-LPS,由于缺乏典型细菌内毒素所具有的KDO和β羟基化肉豆蔻酸,内毒素活性就较弱。同时,脂质A和KDO结构部分还具有免疫原性,能够激活机体免疫系统,促使机体产生相应抗体。
在一般方法提取的内毒素中,存在脂质A和脂质B两种脂质形式。脂质B与内毒素其他成分结合较弱,普通脂溶剂即可将其提出,它可能属于脑磷脂,不具备生物学活性。去除脂质B后对内毒素活性并无影响,所以脂质B并非内毒素真正的毒性成分。而脂质A则与多糖紧密结合形成脂多糖。典型的内毒素脂多糖分子由多部分组成,但在一些革兰阴性细菌(如嗜血杆菌属、奈瑟菌属等)中,仅有少数几个糖基取代了О特异性多糖链,连接于核心多糖外侧部分,这类脂多糖通常被称为脂寡糖(LOS)。
脂质A,这个看似微小却蕴含巨大奥秘的分子,不仅在细菌内毒素的作用机制中扮演着核心角色,还为医学和微生物学领域的研究提供了广阔的探索空间,有望在未来为疾病的防治带来新的突破。
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