唾液酸是一種九碳糖酸，廣泛存在於真核細胞和原核細胞細胞膜糖結合物的末端，在血清與唾液中普遍存在。一部分細菌自身可以合成唾液酸，但另一部分細菌自身不能合成唾液酸，需通過自身合成的唾液酸酶將環境中結合的唾液酸遊離出來為己所用。目前研究表明，唾液酸及唾液酸酶有3個功能：第一，參與細菌營養供給，維持細菌生長;第二，參與細菌細胞結構的生物合成和修飾;第三，參與細菌與細胞的相互作用。不同細菌利用唾液酸的方式不同，唾液酸酶的功能也有所差異。文章著重對唾液酸及唾液酸酶在細菌生存和致病中的作用做一綜述。
1.唾液酸與唾液酸酶
唾液酸是一種九碳糖酸，在真核細胞和原核細胞中用於修飾細胞分子，通常位於糖結合物如糖蛋白、糖脂的末端，這些糖結合物在真核細胞表麵、血清及唾液中普遍存在。有研究表明，唾液酸與細菌營養、細菌細胞結構形成及細菌與細胞的相互作用等有關。細菌利用的唾液酸來源有2種，即內源性合成和外源性分解。
有些細菌本身具有合成唾液酸的能力，通過自身代謝合成唾液酸，即內源性合成;而另一些細菌通過唾液酸酶水解糖結合物最末端的殘基獲得唾液酸，即外源性分解。因此，細菌編碼的唾液酸酶及其在不同細菌中的功能倍受學者們的關注。唾液酸酶是一種水解酶，可以選擇性地水解糖結合物末端的殘基，從而獲得遊離的唾液酸。
唾液酸酶分2類：內切酶和外切酶。內切酶能夠切割α-(2→8)鍵的唾液酸殘基，外切酶能夠切割α-(2→3)、α-(2→6)和α-(2→8)鍵的唾液酸殘基。細菌的唾液酸酶可能與細菌的生長和毒性有關。Thompson等發現，福賽坦納菌唾液酸酶基因(NanH基因)參與唾液酸的代謝;Honma等發現，福賽坦納菌的NanH基因同樣參與了其與上皮細胞的相互作用。此外，Banerjee等研究表明，肺炎鏈球菌唾液酸酶與細菌的內化有關。Tong等研究發現，肺炎鏈球菌唾液酸酶(NanA)突變株喪失了黏附的能力。可見，唾液酸酶在細菌的生存與致病過程中所起的作用不容忽視。
2.細菌獲得唾液酸的途徑
總的來說，細菌獲得唾液酸的途徑有2種，即內源性合成和外源性分解。研究表明，大腸杆菌K1、腦膜炎奈瑟球菌和空腸彎曲菌自身有合成唾液酸所需基因，能夠利用N-乙酰氨基葡萄糖(UDP-GlcNAc)，經過NeuC和NeuB的修飾最終轉化為遊離的唾液酸。有些細菌能夠分泌唾液酸酶，通過唾液酸酶分解環境中糖結合物的末端殘基，從而獲得遊離的唾液酸。還有少部分細菌如流感嗜血杆菌，本身不能合成唾液酸又缺少唾液酸酶，是利用其他細菌唾液酸酶分解獲得的唾液酸來為己所用。
3.唾液酸轉入細菌細胞內的途徑
某些細菌通過外源性分解的過程獲得唾液酸，需經一定機製將其轉移至細胞內為細菌所用，這個轉運過程需要先後穿越細胞外膜和內膜。學者們在不同細菌中發現了3種穿過外膜的機製：(1)大腸杆菌K12通過唾液酸轉運蛋白(NanT)將唾液酸轉運到細胞內，這是一個典型的二次轉運係統。(2)流感嗜血杆菌和多殺巴斯德菌通過一種不依賴ATP的細胞周質蛋白，即唾液酸三重ATP依賴胞質轉運蛋白(SiaPQM)進行唾液酸的轉運。與NanT不同的是，SiaPQM利用細胞質外的可溶受體實現轉運過程，其中SiaP可與遊離唾液酸特異性結合，而其他兩部分則與ATP結合的轉運子相似。(3)在杜克雷嗜血菌中學者發現了ATP結合轉運蛋白(SatABCD)，關於這個轉運子的特點尚未被深入探討。可見，細菌獲得唾液酸的機製是多樣的。唾液酸穿過細菌內膜主要是通過外膜蛋白C(OmpC)和外膜蛋白F(OmpF)實現，但近來也有學者發現，在這2種蛋白不存在的條件下，唾液酸酶也可經過受唾液酸酶誘導的唾液酸特異性細胞外膜孔道蛋白C(NanC)轉運至細胞內。
4.唾液酸在細菌生存中的作用
在大腸杆菌和流感嗜血杆菌中唾液酸可作為自身的碳源和氮源，途徑為將細胞內遊離的唾液酸經過唾液酸醛縮酶(NanA)作用分解成N-乙酰甘露糖胺(ManNAc)，然後參與糖酵解途徑。有研究表明，唾液酸是形成生物膜基質的重要成份，唾液酸的功能之一就是使真核細胞和原核細胞表麵結構唾液酸化，這是一種修飾作用。雖然目前唾液酸化的作用尚不明了，但有研究表明，流感嗜血杆菌細菌表麵結構如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的唾液酸化有助於細菌形成生物膜。
5.唾液酸在細菌莢膜生物合成中的作用
5.1細菌莢膜
細菌莢膜是包繞在細菌細胞壁外麵的黏性物質，對細菌生存具有重要意義。細菌不僅可利用莢膜抵禦不良環境，保護自身不受白細胞吞噬，且能有選擇地黏附到特定細胞表麵，表現出對靶細胞的專一攻擊能力。莢膜由高度親水性的多糖構成，含量約占莢膜總重的99%。常規顯微鏡無法看到，但可通過印度墨汁染色觀察到包繞在細胞周圍的光圈，或利用其他技術如掃描電子顯微鏡術和熒光技術等能清楚地觀察到莢膜形態。
5.2與莢膜形成相關的基因
新生隱球菌莢膜相關基因為CAP基因，包括CAP59、CAP60、CAP64和CAP10，這4種莢膜相關基因已依次被克隆並測序。專家們對這些基因編碼的蛋白進行了研究，結果顯示，Cap59蛋白具有1個跨膜區域，在莢膜分泌機製中起重要作用，還有研究認為CAP59基因與L27基因有關，這種L27基因編碼一種在新生隱球菌運輸莢膜多糖分泌小泡中出現的核糖體蛋白;CAP64基因的刪除會導致小鼠體內新生隱球菌無莢膜突變體的產生，與CAP59相同，CAP64突變體經插入相應基因後其莢膜表達和毒性都會恢複;CAP60與CAP59位置相近，兩者具有相似性;CAP10基因與一種編碼木糖基轉移酶的基因具有同源性，與前3種基因產物位於細胞核有所不同，其基因產物位於胞質內。
大腸杆菌Ⅰ和Ⅳ型莢膜形成的相關基因有Wza、Wzc、Wzx和Wzy等，Ⅱ和Ⅲ型莢膜與Neu基因、ABC轉運子和莢膜輸出係統(Kps係統)的基因有關。牙齦卟啉單胞菌莢膜合成的機製尚不明了，但有學者發現了一些與牙齦卟啉單胞菌莢膜合成相關的基因。Brunner等用基因敲除法發現，P.gingivalis的莢膜形成可能與2個基因簇有關，即PG0106-PG0120和PG1136-PG1143。隨後又將牙齦卟啉單胞菌W83的epsC基因進行插入失活，印度墨汁染色後發現莢膜消失，免疫擴散實驗表明牙齦卟啉單胞菌W83的K1抗原消失，同時降低了人類牙齦成纖維細胞對牙齦卟啉單胞菌W83的免疫反應。
5.3唾液酸與莢膜的關係
研究表明，遊離唾液酸參與腦膜炎奈瑟菌、大腸杆菌和牙齦卟啉單胞菌的莢膜形成，且能防禦宿主的免疫反應，其機製尚不清楚，不過腦膜炎球菌的莢膜能夠阻止人類血清的殺傷作用，其原因可能是隱藏了細菌細胞膜上的膜攻擊複合體。然而，在對大腸杆菌莢膜的研究中發現，莢膜並不改變細菌對血清的抵抗能力。大腸杆菌是研究細菌的模式菌，Whitfield等於2006年對大腸杆菌莢膜的結構、生物合成及表達的調控做了較全麵的綜述，將大腸杆菌莢膜分為四大類型，其中唾液酸與2型莢膜合成有關，細菌自身合成或從環境中獲得唾液酸，通過NeuA活化、NeuO修飾和NeuS的聚合作用合成了多聚唾液酸，最後通過Kps係統轉到細胞外形成莢膜。
6.唾液酸對細菌LPS的唾液酸化作用
LPS是細菌內毒素的主要成分，在細菌致病過程中發揮著重要作用。實驗表明，遊離唾液酸可使一些細菌的LPS唾液酸化，如流感嗜血杆菌、腦膜炎奈瑟菌和淋病雙球菌。淋病雙球菌LPS能夠提高抗補體反應因子H與其結合，使細菌對人血清有較高的抵抗力。有趣的是，LPS的唾液酸化對抗補體反應因子H的影響依賴於細胞外膜孔道蛋白PorB，表明磷酸化的LPS與細胞外膜孔道蛋白PorB組成了一個抗原決定簇。流感嗜血杆菌中唾液酸化的LPS能防止補體堆積，體內實驗表明，未唾液酸化的流感嗜血杆菌容易被補體清除，可能原因是在未被唾液酸化的細胞表麵，LPS是補體C3的結合位點，而當細胞表麵被唾液酸化後此結合位點被隱藏。
7.展望
唾液酸在細菌細胞內的分解和合成機製基本明了，然而對於不同細菌而言，唾液酸酶在其生存和致病過程中所起的作用不盡相同，需要根據細菌特點進行深入研究。此外，細菌表麵的唾液酸化是否參與細菌之間的信號傳導，是否和細菌與細胞的相互作用有關尚不明確，需進一步探討。
來源：中國實用口腔科雜誌2016年11月第9卷第11期
