第二节 支原体的结构

用电子显微镜观察，支原体无细胞壁，它的最外层是荚膜、黏附蛋白、黏附辅助蛋白与生物膜；其内为三层结构的细胞膜；内部结构位于胞质内，为核质、核糖体、胞质颗粒、质粒与转座子、噬菌体（图3-5）。

一、外表结构

支原体的表面结构常不稳定，用常规方法制备标本容易使其丢失。近年来用钌红等染色法，经电镜证明肺炎支原体、生殖支原体、穿透支原体、梨支原体、鸡毒支原体等都有外表结构。

（一）荚膜

荚膜（capsule）是支原体细胞膜外的一层黏性物质。穿透支原体的超薄切片用钌红染色，在透射电镜下可见到细胞膜表面有一层11～30nm厚的荚膜，其化学成分为多糖。不同支原体荚膜的化学成分与厚度有差异，如鸡毒支原体的荚膜为20nm，猪肺炎支原体为40nm，丝状支原体丝状亚种为30nm，穿透支原体为150nm（图3-6）。支原体荚膜的形成与细菌荚膜一样，一般在机体内易形成，在体外易消失。支原体荚膜具有抵抗宿主细胞的吞噬作用，保护菌体免受和减少溶菌酶、补体、抗体和抗菌物等有害物质的损伤作用，因而荚膜是致病性支原体的重要毒力因子。

（二）黏附蛋白

多数支原体具有黏附蛋白（adhesin protein），依靠黏附蛋白黏附到宿主组织并定植与感染，如肺炎支原体黏附蛋白主要是P1，为肺炎支原体尖端结构的膜蛋白，呈簇状排列（图3-7），对胰蛋白酶敏感，分子量为170kDa，能黏附到呼吸道上皮细胞表面；生殖支原体黏附蛋白为MgPa，系特殊尖端结构组分，分子量为140kDa，能黏附于人类泌尿生殖道上皮细胞上；穿透支原体有尖端结构黏附蛋白，能黏附人和动物红细胞、人CD4+细胞、人单核细胞等，吸附穿入哺乳动物细胞可激发某种信号引起特异性细胞骨架蛋白重排，穿过胞膜，在胞质中大量繁殖，导致宿主细胞受损与死亡。猪肺炎支原体、猪鼻支原体、滑液支原体、牛鼻支原体、鸡毒支原体、羊肺炎支原体均能通过尖端结构黏附到组织细胞，支原体对宿主细胞的黏附是寄生定植和感染的先决条件。突变株黏附能力丢失可导致其感染性丧失，黏附表型的回复，伴随着感染力和毒力恢复。

（三）黏附辅助蛋白

许多人与动物支原体具有对吸附起辅助作用的蛋白，如肺炎支原体有黏附相关蛋白，相对分子量为72kDa、85kDa、37kDa，还包括HMW1～5多肽。穿透支原体也具有黏附相关蛋白，能与HEP-2细胞结合，相对分子量为18kDa、28kDa、32kDa、36kDa、39kDa和41kDa，通过免疫印迹发现其中30～40kDa蛋白与HIV阳性血清反应，但不与正常人血清反应。生殖支原体的黏附相关蛋白有P110与P140等。这几种蛋白与黏附致病的关系尚不清楚，但与细胞分裂、细胞形态学变化、滑行运动、黏附作用等有关。

（四）生物膜

生物膜（biofilm）是指支原体为了适应环境，黏附于非生物或活性组织表面，分泌大量的多糖、蛋白质和核酸等而形成的不均一的胞外多聚物。将支原体自身包裹在其中而形成的大量菌体聚集膜样物，是支原体在自然界中一种常见的生存状态。支原体能够附着在固体表面形成固体生物膜，也能聚集在气液界面形成液体生物膜，或者在液体内部以细胞簇团的形式存在。在动物组织器官和医疗器械的表面形成的生物膜可以引起各种人和动物致病支原体的耐药性及慢性感染。

目前研究生物膜较多的支原体主要有肺炎支原体、鸡毒支原体、肺支原体、猪肺支原体等。支原体生物膜的形成是一个动态过程，主要包括初始黏附、微菌落形成、生物膜成熟和菌体分散4个阶段：①支原体初始到达并可逆地黏附于物体表面，该阶段与支原体本身结构有关，如肺炎支原体P1蛋白与唾液酸，也受到非特异性生化作用力，如范德华力、路易斯酸-碱作用力等，使支原体可逆地附着于物体表面；②支原体生长繁殖的同时分泌大量胞外多糖（exopoly saccharides, EPS），不断形成微菌落，黏附力由可逆转变为不可逆, EPS可使支原体彼此黏结并黏附于物体表面；③成熟阶段支原体包裹于EPS中，微菌落之间可形成运送养料、酶和代谢废物等复杂的通道网，可用于维持生物膜三维结构的稳定；④分散阶段生物膜支原体离开附着的实体表面，重新黏附于未污染处，继续生长繁殖形成新的生物膜。

透射电镜、扫描电镜和激光共聚焦扫描显微镜等技术，可用于检测生物膜表面结构。

二、细胞膜

支原体无细胞壁，靠细胞膜维持个体形态及生理功能。电镜观察支原体细胞膜分外、中、内三层，厚度一般为7.5nm，其中外层和内层具有浓电子密度，中层为薄电子密度，内外两层由脂蛋白组成，中层系脂质，其中主要为磷脂，以磷脂酰乙醇胺含量较高，磷脂酰甘油和磷脂酰胆碱次之，尚有胆固醇、脂多糖和糖酯。胆固醇位于磷脂分子之间，对保持细胞膜的完整性具有一定的作用。支原体的细胞膜主要含有：

1.脂蛋白

该蛋白主要为二酰基脂蛋白，目前从肺炎支原体中鉴定出的脂蛋白有近50种，已经证实发酵支原体、猪鼻支原体、唾液支原体和鸡毒支原体中的脂蛋白均为二酰基脂蛋白，此外，在肺炎支原体和鸡毒支原体丝状亚种中可能同时含有二酰基和三酰基脂蛋白，在感染过程中，二酰基和三酰基脂蛋白可能与不同的Toll样受体相互作用而引起炎症反应的发生。

2.多糖

主要存在于脂质部分，如脲原体多糖为中性糖，由甘露醇、葡萄糖和半乳糖组成，3个糖残基组成的重复片段具有抗原特异性，使每一种血清型均含有一种独特的多糖，该多糖可作为免疫原诱生IgM抗体，并可作为B淋巴细胞有丝分裂原。

3.脂多糖（LPS）

某些支原体含有LPS，为长链的多糖共价结合于膜上的脂类，并且包埋于支原体的细胞膜中，该LPS与革兰氏阴性菌的LPS相似，但缺少典型细菌LPS的脂质骨架和磷酸酯。与细菌LPS一样，支原体的LPS注入实验动物体内可刺激产生相应抗体，另可帮助稳定细胞膜，辅助支原体吸附于动物细胞表面的受体。支原体的细胞膜是支原体赖以生存的重要结构之一，其主要功能有营养物质吸收、代谢产物排泄、物质转运、生物合成、分泌及呼吸等。细胞膜上的蛋白质是支原体重要表面抗原，与血清学分型有关，如脲原体根据膜蛋白抗原分为14个血清型，人型支原体分为7个血清型。

三、胞内结构

用电镜观察可见支原体网状的胞质基质内存在多种大小不等、性质不一的超微结构，主要为核糖体、核质、胞质颗粒、质粒与转座子和噬菌体等。

（一）核糖体

支原体核糖体沉降系数为70S，适当情况下可解离为30S及50S亚基，负责蛋白质合成，其中RNA∶蛋白质=60∶40。核糖体在胞质内分散游离或倾向在四周分布，即靠近胞质内膜出现一层由核糖体组成的密集带。RNA基本性质见表3-1。

（二）核质

支原体的核与细菌一样，无核膜将其与胞质分隔，无核仁和有丝分裂器，故称为核质（nuclear material）。基因组是一个环状双股DNA，分子量为5×105kDa，而细菌中最小的基因组分子量为1×106kDa。基因组全长：支原体属为580～1 350kb；脲原体属为760～1 170kb；螺原体属为940～2 220kb；虫原体属为870～900kb；无胆甾原体属为1 500～2 100kb；植原体属为530～1 350kb；厌氧原体属为1 542～1 715kb。支原体的G+C（%）含量低，一般为23%～40%，而大多数细菌为25%～50%，故其合成与代谢都有限。1994年Luciier等建立了完整的生殖支原体基因文库，将生殖支原体染色体99%的基因无缺失重排地克隆到20个重组质粒和1个入噬菌体中，确定生殖支原体的DNA量为578kb，有3种主要基因序列。①生殖支原体黏附蛋白基因：以重复形式存在于染色体的高拷贝区，成簇地分布在亲本操纵子附近，其基因序列为4 335个核苷酸，编码1 445个氨基酸，相对分子量为159.6kDa；②rRNA基因：生殖支原体只含一个rRNA操纵子，占5kb，只有肺炎支原体700kb的1%；③tuf基因：核苷酸序列共有1 320个，在翻译过程中起重要作用，每个生殖支原体含一个编码TU的tuf基因，与大肠埃希菌和其他细菌的tuf基因很相似，但不含SD序列。

（三）胞质颗粒

支原体胞质中含有多种胞质颗粒（cytoplasmic granules），包括糖原、多糖、脂类、磷酸盐等，大多为储藏的营养物质。胞质颗粒不是支原体恒定结构，不同支原体有不同胞质颗粒，同一支原体在不同环境或生长期亦可不同。一般当营养充足时，胞质颗粒较多；营养和能源短缺时，颗粒减少甚至消失。生殖支原体在陈旧培养物中，胞质颗粒消失，有的个体中存在空泡。穿透支原体在营养充足时，一端为致密尖端结构，内含细小颗粒，另一端呈疏松宽大的体部，内含粗大的颗粒。

（四）质粒与转座子

1.质粒

质粒（plasmid）是支原体的染色体外遗传物质，存在于细胞质中，大部分为环状DNA，少数为线状DNA，带有遗传信息，控制支原体的特定遗传性状。支原体的质粒能独立自行复制，随菌体分裂转移到细胞质中。质粒不是支原体生长必需的，失去质粒的支原体仍然能正常存活。用电镜及密度梯度离心证实关节支原体、人型支原体、牛支原体、无乳支原体、猪肺支原体、猪鼻支原体、花中间原体、无胆甾原体、植原体及螺原体均存在大小不等的质粒，大小为5.67～33.2kb。每个支原体细胞含50～100个质粒，为单股或双股DNA，也有环状或线状DNA。质粒基因组与支原体的染色体可以整合，尤其是植原体与螺原体，这种整合易致基因多样化，植原体质粒编码的绝大部分蛋白质是膜蛋白和分泌蛋白，它们可能在植原体和宿主的相互作用及媒介昆虫传播中发挥重要作用。

2.转座子（transposon, Tn）

近年研究发现在脲原体、人型支原体、螺原体和植原体等的基因组上带有转座子，如Tnl545和Tn916，其转座子上携带tetM耐药基因，可以单独作为tetM基因耐药性转座子或与其他耐药性基因一起共同组成多重耐药性基因，导致支原体对多种抗菌药物耐药。

（五）噬菌体

噬菌体（bacteriophage）是感染螺原体的病毒，具有病毒的基本特性：个体微小，可以通过细菌滤器；无细胞结构，主要由蛋白质构成的衣壳和包含于其中的核酸组成；只能在活的螺原体内复制，是一种专性胞内寄生的病毒，具有严格的宿主特异性，在易感宿主体内可裂解螺原体。目前，在螺原体中发现有4种噬菌体（SpV1～SpV4），其主要生物学特征见表3-2。

（吴移谋　顾伟鸣）