第二节 支原体的致病机制
一、支原体对宿主细胞的直接作用
（一）掠夺营养成分
由于基因组非常小，支原体几乎丧失了所有合成氨基酸、脂肪酸、辅助因子、维生素的能力，因此其生物大分子的合成需要宿主提供相应的前体物质。这种竞争关系的存在可能导致宿主细胞功能严重受损。如非发酵支原体能利用精氨酸二水解酶途径合成其所需ATP，此过程迅速耗尽宿主体内储备的精氨酸，因此可引起宿主蛋白合成障碍。染色体组蛋白中含有大量精氨酸，组蛋白的合成障碍可能导致染色体畸形和损伤。近年有学者发现用发酵支原体感染小鼠星形胶质细胞后能引起胞内胆碱缺乏，从而诱导神经细胞凋亡。胆碱是体内一种极其重要的物质，在维持细胞膜的功能以及信号转导方面具有不可替代的作用。胆碱的缺乏可直接影响胆碱能神经的功能、跨膜信号转导和脂质代谢等。
（二）黏附引起的损伤
支原体黏附于宿主细胞后能干扰细胞膜表面受体的功能。如猪肺炎支原体黏附后能引起纤毛支气管上皮细胞K+通道损伤，从而导致纤毛停滞。黏附后的支原体也能产生许多有毒的物质如代谢产物、溶细胞酶、超氧自由基等，造成细胞损伤。支原体中的膜结合磷脂酶可催化宿主细胞磷脂的水解而干扰宿主细胞的信号级联途径，同时产生的溶血磷脂可影响细胞膜的完整性。
（三）融合引起的损伤
支原体缺乏细胞壁，在某些情况下它与宿主细胞间的直接接触能导致两者的融合。融合现象只发生于依赖非酯化胆固醇生长的支原体，而无需非酯化胆固醇生长的无胆甾原体不发生融合现象。
在融合发生后，支原体内一些酶类，包括水解酶、核酸酶和磷蛋白磷酸酶等也随之转移至宿主细胞中。核酸酶可以降解宿主细胞DNA，磷蛋白磷酸酶能干扰丝/苏氨酸和酪氨酸蛋白激酶的活性。另外，支原体细胞膜成分也能融合至宿主细胞膜中，引起细胞膜上某些受体识别位点发生变化，从而可能干扰细胞间的信号传递或影响细胞因子的产生等。
（四）致细胞病变效应
支原体黏附于真核细胞后有时能引起明显的细胞病变效应，体外研究表明有些支原体能选择性寄居于细胞的特定区域，因而在琼脂覆层上能形成微菌落，并有坏死灶或斑块产生。微菌落的形成意味着在单细胞层上有支原体特异受体的存在。其他如猪滑液支原体（M. hyosynoviae），能黏附至几乎所有细胞，并能破坏整个单细胞层，产生广泛的致细胞病变效应。穿透支原体入侵HeLa细胞后，可诱导胞质形成空泡，其数目和大小与感染的持续时间密切相关。与其他细菌感染产生的空泡相比，前者并无支原体存在。其产生原因可能与有机过氧化物的聚集有关。
支原体自身无合成核苷酸的能力，但能产生相应的核酸酶。分泌至培养基中的核酸酶对宿主细胞具有毒性作用，如牛支原体核酸酶被淋巴细胞摄取后能增强该细胞对各种诱导因素引起的凋亡的敏感性。
（五）支原体诱导的细胞凋亡与坏死
支原体除了能调节宿主免疫系统外，还对宿主细胞具有毒性作用，包括诱导宿主单核巨噬细胞、神经胶质细胞、生殖细胞凋亡（apoptosis）或坏死（necrosis），形态学主要表现为胞质溶解、无可辨细胞器等。
目前对支原体诱导的宿主细胞凋亡的机制还不是很清楚，如上述发酵支原体诱导的星形胶质细胞引起的凋亡，可能与星形胶质细胞膜中的磷酸卵磷脂和鞘磷脂的缺乏以及胞内神经酰胺（凋亡信号通路中的第二信使）的堆积有关。也有学者发现，牛支原体能在体外诱导牛淋巴细胞凋亡，而氯霉素能抑制该过程，说明支原体诱导的凋亡可能与蛋白合成有关。支原体对细胞的毒性作用很大程度上取决于其膜脂蛋白。有学者发现，膜脂蛋白能影响淋巴细胞和单核细胞膜的通透性，从而诱导这些细胞释放ATP，后者能与免疫细胞膜上的P2嘌呤受体结合，从而诱导细胞凋亡和/或坏死。除此之外，膜脂蛋白也能直接与TLR相互作用而启动相应的凋亡信号，从而直接诱导免疫细胞凋亡、坏死。
二、支原体感染引起的免疫病理损伤
（一）非特异性免疫反应引起的损伤
支原体感染后，早期最显著的反应是诱导固有免疫细胞如单核细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞、神经胶质细胞产生一系列促炎细胞因子（IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-8和IL-23）、IFN-γ、趋化性相关因子（如NO、PG、IL-17、MCP-1、MIP-1a/MIP-1b）和CM-CSFs等。这些炎性介质能诱导白细胞和内皮细胞上调MHC分子的表达，促进炎性细胞渗出，从而有效地控制感染。尽管这些炎症介质的产生能增强固有免疫系统清除支原体，但也可能导致组织病理损伤。如Uu和人型支原体感染能诱导羊膜巨噬细胞产生TNF-α，后者能干扰正常妊娠而导致流产、早产等。又如Mp感染后能引起肺泡巨噬细胞分泌IL-8，IL-8可趋化中性粒细胞，该细胞因子水平与支原体载量、肺组织损伤的严重程度密切相关。此外，由于支原体可以分泌核酸酶降解NETs，因此中性粒细胞对支原体感染的清除相当有限，且中性粒细胞能降低巨噬细胞的活性、释放大量氧自由基，加重局部组织的损伤。
（二）特异性体液免疫反应引起的损伤
支原体感染后机体能产生特异的抗体，这是清除支原体的重要方式。特异性抗体主要有IgM、IgG以及黏膜表面的sIgA等。然而，这些抗体对支原体的清除能力比较有限，容易引起反复感染并造成相应的病理损伤。如Mp能诱导呼吸道黏膜表面产生IgE，同时可刺激肥大细胞释放5-羟色胺、β-己糖胺酶等，这些生物活性分子能诱发支气管平滑肌收缩，从而引起喘息和呼吸困难。支原体的抗体反应也可能引起免疫复合物的形成，从而引发支原体诱导的关节炎和肾小球肾炎。
（三）特异性细胞免疫反应引起的损伤
T细胞在人和动物支原体感染引起的疾病中发挥极其重要的作用。支原体感染后可诱导T淋巴细胞产生大量细胞因子，包括IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13、IL-18和IFN-α等，这些细胞因子功能各异，在支原体感染所引起的免疫病理损伤中构成了一系列复杂的协同和拮抗网络。经典的细胞因子反应可分为Th1型和Th2型。前者主要分泌IFN-γ而后者分泌IL-4。通常情况下支原体能诱导Th1型和Th2型细胞因子反应，两者均与疾病的严重程度相关。如Th2型细胞因子反应能促进嗜酸性粒细胞介导的炎症反应、IgE产生和气道高反应性等，从而诱发和加重哮喘发作。Th1细胞反应产生的细胞因子能活化巨噬细胞从而清除体内支原体，或者促进慢性炎症的发生发展。
（四）支原体感染引起的自身免疫应答
支原体能引起某些自身免疫应答，如Mp感染后能引起溶血、神经系统病变、肾小球肾炎等；支原体感染是类风湿性关节炎的病因之一，如有学者在支原体关节炎的兔滑膜冰冻切片中发现有分泌IgG和IgA的淋巴细胞，同时也在关节软骨中证实有IgG和补体（C3）的沉积。目前认为，与类风湿性关节炎相关的支原体主要有关节炎支原体和发酵支原体。有研究发现将发酵支原体直接接种至兔的关节内，数天后能诱导明显的关节炎症状，包括关节肿胀、中性粒细胞渗出和淋巴细胞浸润等，同时也发现，支气管接种发酵支原体后也能诱导关节炎症状，结合培养和PCR方法，能从血液、脑组织、肺、心脏、肾、脾、关节等部位检测出相应的病原体。目前有关支原体引起的自身免疫病的机制还不是很清楚，可能的机制包括：①支原体与宿主细胞具有某些共同/类似的抗原决定基（如关节炎支原体抗原与鼠的软骨细胞具有交叉抗原），或支原体能修饰/改变某些自身抗原的结构而引起自身免疫应答；②支原体的某些成分（如关节炎支原体的超抗原）活化自身反应性T淋巴细胞和B淋巴细胞，引起自身免疫应答；③支原体能非特异性地影响巨噬细胞或淋巴细胞功能从而引起宿主免疫功能紊乱。
三、支原体的致癌作用
支原体能在哺乳动物中寄生相当长的时间。尽管目前还没有充分的证据证明支原体与肿瘤的发生具有直接关系，但这种看似毒力很小的病原体在与宿主细胞长期的相互作用过程中，对宿主细胞生物学功能的影响是不容忽视的。这些作用包括影响染色体的稳定性、恶性转化、促进肿瘤的生长及影响类固醇受体的功能等。如在支原体诱导的可逆性和不可逆性生长转换过程中，与宿主细胞内H-ras和c-myc癌基因的过表达有关；猪鼻支原体膜脂蛋白p37能结合人EGFR和ANXA2，从而激活相应的信号通路，如丝裂原活化蛋白激酶、Akt及NF-κB等促进胃癌转移；p37脂蛋白也可通过p37-HER2相互作用促进HER2的磷酸化并激活下游分子ERK1/2，促进乳腺肿瘤转移。此外，支原体伴侣蛋白DnaK可干扰DNA损伤/修复和细胞周期相关分子发挥致癌作用。尽管大量实验表明支原体感染和肿瘤发生存在一定相关性，但仍缺乏强有力的证据。一方面是由于支原体难以培养，开展研究工作相对困难；另一方面是由于细胞培养过程中极易发生支原体污染，干扰实验结果。总之，支原体寄居在哺乳动物细胞的表面，并通过与相应的配体结合，这种慢性、持续性感染最终可影响宿主细胞新陈代谢、增殖分化等多种生物学功能。此外，支原体感染产生的各种细胞因子、NO和过氧化物在细胞的异常生物学转化过程中也可能发挥一定的作用。
（秦连梅 陈怡雯 游晓星）