全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第22卷 第5期
2010年5月
Vol. 22, No. 5
May, 2010
文章编号 ：1004-0374(2010)05-0449-05
收稿日期：2009-12-11；修回日期：2010-01-07
基金项目：国家自然科学基金项目(30860019)
*通讯作者：E-mail: han-runlin@163.com，Tel：0471-
4310523
纤溶酶原在金黄色葡萄球菌感染中的作用
纪智星，韩润林*
（内蒙古农业大学血浆脂蛋白免疫学研究中心，呼和浩特 010018）
摘　要：金黄色葡萄球菌菌体表面有多种纤溶酶原受体，包括次黄嘌呤单核苷酸脱氢酶、核糖核苷酸
还原酶、α- 烯醇化酶和 3- 磷酸甘油醛脱氢酶等，它们均可以与纤溶酶原结合。与细菌结合的纤溶酶原
可被宿主的纤溶酶原激活剂（组织型纤溶酶原激活剂和尿激酶型纤溶酶原激活剂）或葡萄菌属的纤溶酶
原激活剂（葡激酶）激活为纤溶酶。细菌表面的纤溶酶有利于其降解宿主胞外基质，穿越组织屏障，
因此哺乳动物的纤溶酶原可能在金黄色葡萄球菌感染宿主过程中起重要作用。
关键词：金黄色葡萄球菌；纤溶酶原；纤溶酶；受体
中图分类号：Q936 文章标识码：A
Plasminogen might be a virulence factor in Staphylococcus aureus infection
JI Zhi-xing, HAN Run-lin*
(Plasma Lipoprotein Immunology Research Center, Inner Mongolia Agriculture University, Huhhot 010018, China)
Abstract：Several plasminogen receptors (PlgR) have been identified on the surface of Staphylococcus aureus.
These PlgRs include inosine 5-monophosphate dehydrogenase, ribonucleotide reductase, α-enolase and
glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. S. aureus-bound Plg can be converted to plasmin by host
plasminogen activator (PA) (tissue-type plasminogen activator and urokinase-type plasminogen activator) or
staphylococcal PA (staphylokinase). Plasmin generated on bacterial surface enhances bacterial migration
through the extracellular matrix (ECM) as well as spread through tissue barriers. Thus, plasminogen plays an
important role in S. aureus infection.
Key words: Staphylococcus aureus; plasminogen; plasmin; receptor
金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, S. aureus)
是人和动物的重要致病菌，也是医院感染最常见病
原菌之一。它可引起肺炎、伪膜性肠炎、心包炎
等局部化脓感染以及败血症、脓毒症等全身感染[1]。
最近发现金黄色葡萄球菌是引起特异性皮炎[2]以及医
护人员鼻前庭感染的重要致病菌[3]。金黄色葡萄球
菌可通过多种机制侵入宿主，其中利用宿主的纤溶
酶原(plasminogen, Plg)是一个重要的机制，本文就
金黄色葡萄球菌利用Plg 的机制做一综述。
1　纤溶系统
1.1　Plg和纤溶酶
Plg 是一个相对分子质量为90 k的血浆酶原，
含有5个被称为Kringle 结构域(K1~K5)的富含半胱氨
酸的多肽，K5后是一个丝氨酸蛋白酶区域。Kringle
结构域因其形状类似于一种叫Kringle的丹麦多层蛋
糕而得名，它是一种多态的三环结构，由三个二硫
键连接而成，这种结构也见于与止血和纤溶有关的
其他蛋白质[4]。Plg 的 K1、K2、K4、K5 结构域中
包含赖氨酸结合位点(lysine binding site, LBS)，此
位点可识别Plg受体C-末端的赖氨酸残基[5]，而赖
氨酸或赖氨酸类似物(如 EACA、氨甲环酸等)可抑
制Plg 与其受体的结合。由此可见，Plg 是通过其
450 生命科学 第22卷
LBS与受体结合的[5]。Plg的N-末端为Glu残基，因
此也称为Glu-Plg。Glu-Plg通过纤溶酶(plasmin, Pm)
的降解作用，释放相对分子质量为8 k的激活肽段
而形成N-末端为Lys残基的Lys-Plg[6]。与Glu-Plg
相比，Lys-Plg 与受体、目标分子之间结合能力更
强，并且更易于转变为 Pm [ 7 ]。
Plg可被纤溶酶原激活剂(plasminogen activator,
PA)激活而转变为有活性的丝氨酸蛋白酶Pm[8]，其
激活过程是PA切断Plg分子的Arg560~Val561之间
的肽键，形成两条多肽链(一条重链；一条轻链)，
彼此由两个二硫键连在一起。重链包含5 个K 结构
域，轻链包含Ser740、 Asp645、His602形成的丝
氨酸蛋白酶催化活性位点[9]。Pm可降解纤维蛋白和
多种细胞外基质成分，例如层黏连蛋白、纤连蛋
白，是哺乳动物纤溶系统中的一个重要组份。P m
也参与某些激素原和生长因子的激活[1 0 ]。可见，
Pm 具有极强的蛋白水解能力，这一点也可以被致
病菌利用来感染宿主。
1.2　Plg的激活剂、抑制剂
Plg 在哺乳动物体内含量较高，在成人血浆中
Plg 的浓度为180~200 μg/mL。在体内，由专门的
纤溶酶原激活剂和抑制剂调节Plg的激活及Pm的活
性。哺乳动物有两种纤溶酶原激活剂：组织型Plg
激活剂(tissue-type plasminogen activator，tPA)和尿
激酶型Plg激活剂(urokinase-type plasminogen activator，
uPA)。tPA 主要由内皮细胞产生，是Plg 的主要激
活剂[9]。tPA包含两个Kringle区域、一个类生长因
子区、一个氨基末端区。tPA 的结构决定了其对纤
维蛋白具有高亲和性[11]。uPA由各种正常以及恶性
细胞产生，可与细胞表面的uPA 受体(uPAR)结合，
从而激活Plg[12]，它主要参与细胞在发炎、伤口愈
合、组织再生及肿瘤细胞迁移过程中的胞外基质降
解[9 ]。
纤溶系统的主要抑制剂属于丝氨酸蛋白酶抑制
剂，专门抑制水解蛋白酶的活性[13]。主要的纤溶酶
原激活剂的抑制剂是PAI-1、PAI-2等，可抑制 tPA
和 uPA 的活性，此外还有PAI-3，但其抑制作用比
PAI-1 和 PAI-2 弱[14]。Pm 主要的体内抑制剂是
α2-抗纤溶酶(α2-antiplasmin, AP)[15]。Pm和受体的
结合位点与Pm 和 AP 的结合位点为同一个结合位点
——Pm 的赖氨酸结合位点，因此Pm 和受体的结合
可被 AP 抑制[9]。在血浆中，含量最高的 Pm 抑制
剂是广谱蛋白酶抑制剂 α2- 巨球蛋白，然而，仅在
体内或局部AP 浓度明显降低时，Pm 才被 α2- 巨球
蛋白抑制[13]。
2　金黄色葡萄球菌和纤溶酶原的相互作用
金黄色葡萄球菌可通过其表面的Plg受体与Plg
结合，并由宿主分泌的纤溶酶原激活剂或病菌本身
分泌的激活剂激活为 Pm，从而有利于病菌穿越组
织屏障[6]。
Kuusela和Saksela[6]的研究表明：金黄色葡萄
球菌(Cowan I)和Plg或者金黄色葡萄球菌和tPA共孵
育均不能检测到底物颜色的变化，但是当金黄色葡
萄球菌和Plg、tPA 一起培养时，就可以检测到Pm
的活性。用血浆代替Plg和金黄色葡萄球菌培养时
也发现：没有加入 tPA 时，观察不到 Pm 的产生，
当加入tPA 时，检测到了 Pm 的活性；但是用蛋白
酶处理过的金黄色葡萄球菌就观察不到它和Plg结
合，当金黄色葡萄球菌不存在时，也观察不到tPA
对 Plg 的激活，可见，金黄色葡萄球菌表面的Plg
激活是其受体和激活剂共同作用的结果。
在葡萄菌属的Plg激活剂葡激酶(staphylokinase,
SAK)激活Plg 实验中发现：仅有Plg、SAK、AP 的
反应体系中，AP 可有效抑制 Pm 的形成。当加入
完整的金黄色葡萄球菌细胞时发现AP失去了抑制作
用，而且在加入金黄色葡萄球菌的体系中发现：同
样用S-2251 底物检测的Pm活性随着细菌浓度增加
而增加；金黄色葡萄球菌结合Plg的能力越强，Plg
就越容易被SAK激活，用溶菌酶处理金黄色葡萄球
菌细胞后，使Plg受体游离出来，同样也加强了SAK
对Plg的激活。并且与金黄色葡萄球菌或其表面Plg
受体结合的Pm 均不受AP 抑制[16]。这和tPA 对 Plg
的激活机制相似，在血浆中，tPA 和纤维蛋白结合
后可以激活Plg，tPA也可以直接激活与受体结合的
Plg。当tPA与菌体表面结构结合后，PAI-1也对其
失去抑制作用[6]，并且结合于病菌表面的Plg更易被
tPA激活。这也证实了金黄色葡萄球菌Plg受体在利
用Plg 中的重要作用。
由此可见，和游离的Plg相比，与金黄色葡萄
球菌受体结合的Plg 更易被PA 或 SAK 激活[16]，和
病菌结合的Pm 不受AP 的抑制，而且还可以水解基
底膜、细胞外基质从而穿越组织屏障。当金黄色葡
萄球菌不存在时，游离的Plg不会转变为有活性的
Pm，也不能侵染宿主组织。金黄色葡萄球菌表面
结合的Plg 激活如图1。
451第5期 纪智星，等：纤溶酶原在金黄色葡萄球菌感染中的作用
图1　与金黄色葡萄球菌表面结合的Plg的激活
注：S A ：金黄色葡萄球菌；P l g ：纤溶酶原；P A ：宿主
产生的纤溶酶原激活剂；S A K：葡萄菌属分泌的纤溶酶原
激活剂；P m ：纤溶酶，具有极强的蛋白水解能力；A P ：
α2- 抗纤溶酶，是Pm 主要的体内抑制剂；Degrade：降解；
B M ：基底膜；E C M ：细胞外基质
目前已发现，金黄色葡萄球菌表面的Plg受体
有：次黄嘌呤单核苷酸脱氢酶(inosine 5-monophos-
phate dehydrogenase, IMPDH)、核糖核苷酸还原酶
(ribonucleotide reductase, RNR)、α- 烯醇化酶
(α-enolase，SAEN)和3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceral-
dehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)等四种[16]
(表 1)。IMPD H 是嘌呤核苷酸生物合成中的关键
酶，可催化次黄苷5-单磷酸为黄苷5-单磷酸。另
一种Plg受体是核糖核苷酸还原酶，可以将核苷酸
类转变为脱氧核苷酸类。α-烯醇化酶是糖酵解途径
的一种关键酶[16]，它是一种含金属离子的酶，可以
将 2 - 磷酸甘油酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸[ 1 7 ]。
表 1　金黄色葡萄球菌表面的Plg受体及其特性
受体 相对分子质量(k) C- 末端赖氨酸残基 特性
IMPDH(次黄嘌呤单核苷酸脱氢酶) 53.0 无 嘌呤核苷酸生物合成中的关键酶
核糖核苷酸还原酶 37.5 有 将核苷酸转变为脱氧核苷酸
α-烯醇化酶 47.0 有 糖酵解关键酶
G A P D H 36.0 有 糖酵解关键酶
GAPD H 是糖酵解途径中的另一种关键酶。它可逆
性地催化3- 磷酸甘油醛转化成1, 3- 二磷酸甘油
酸[18]。核糖核苷酸还原酶、α- 烯醇化酶和 GAPDH
的C-端都有Lys(K)残基[16]，Plg的LBS可识别受体
C-末端的Lys残基。虽然目前还没有Plg和这些受
体结合机制的报道，但是从理论上可推测：核糖核
苷酸还原酶、α- 烯醇化酶和 G A P D H 可能是通过
C-末端的Lys残基和Plg结合[19]。
3　SAK 激活 Plg 的机制
SAK 可由一些金黄色葡萄球菌的溶源性菌株表
达[20]。SAK 本身没有蛋白酶活性，但是能和Pm 形
成 1∶1 的复合物，此复合物即为纤溶酶原的激活
剂，而且易激活与受体结合的Plg[21]。
3.1　SAK 的结构
SAK 是一个由136 个氨基酸构成的无二硫键的
单链蛋白，其三维结构包括1个 α-螺旋，5个 β折
叠，与中间 β折叠相对还有2 个较短的 β折叠[22]。
α-螺旋包含SAK与Plg相互作用的主要区域。这个
区域的突变会导致SAK激活Plg能力完全丧失。SAK
的 N-末端区域(尤其Pm水解形成的N-端 Lys11)参
与SAK 对 Plg 和 Pm 的识别、SAK 与 Plg 和 SAK 与
Pm复合物的形成，以及有激活Plg活性的复合物的
形成，N-末端的Met26 可能也参与了Plg与 SAK的
结合[23]。C-末端区域以及其空间构象也影响SAK与
Plg的作用[20]。
3.2　SAK对Plg的激活
SAK 对纤维蛋白具有高选择性，是动脉血栓患
者有效的溶栓剂[24]。在血浆中，SAK 和游离的Plg
或Pm亲和性很低，但是与纤维蛋白结合的Plg或微
量Pm 具有高亲和性[25]。在血浆中，SAK 对 Plg 的
激活起始于微量的Fibrin·Pm水解SAK N-末端Lys10-
Lys11 之间的肽键[26](N- 末端截短的 SAK 标记为
SAK*)，然后形成等分子量的Fibrin·Pm·SAK* 复合
物。该复合物可激活Fibrin ·Plg ·SAK 为 Fibrin ·
Pm·SAK*，Fibrin·Plg为 Fibrin·Pm。最终的激活结
果是所有 Plg 都转变为 Pm，所有的 SAK 都转变为
SAK*[21]。
在SAK激活Plg过程中，Plg的K结构域不参与
Plg和 SAK的相互作用，据报道：Plg的 Arg719 和
SAK的 α- 螺旋、Met26 参与Plg和 SAK 的结合[27]。
S A K 截短的 N - 末端区域对于形成有激活活性的
Pm·SAK* 复合物很重要[28]，尤其SAK N- 末端的残
基Lys11，Lys11 缺失或用Cys 代替，就会导致复
合物激活功能的丧失[9]。SAK 分子疏水基团和亲水
基团呈不对称分布对于其激活功能也很重要[29]。
3.3　AP的抑制机制
如果血浆中不存在纤维蛋白，AP 就会与Pm 形
452 生命科学 第22卷
成无活性的 P m · AP 复合物，该复合物不能水解
SAK，也无法产生 SAK* 和 Pm ·SAK* 复合物，因此
Plg就不能转变为Pm。无活性的Pm·AP 复合物也失
去了降解纤维蛋白的功能[30]。如果血浆中存在纤维
蛋白，微量的 Pm 可以经由赖氨酸结合位点与纤维
蛋白结合形成Fibrin·Pm，而且AP对其没有抑制作
用。因此，SAK可与Fibrin·Plg、Fibrin·Pm形成复
合物，然后转变为Fibrin·Pm·SAK* 复合物，从而激
活Plg，在此过程中，AP失去了抑制作用[21](图2)。
当Plg 或 Pm·SAK 复合物结合纤维蛋白时，或
者是经由Plg /Pm的赖氨酸结合位点结合其他目的分
子时，AP 就失去了抑制作用，最可能的原因是赖
氨酸结合位点被占据，阻止了 AP 和复合物的结合
从而保护了Pm的活性。这与早期的研究即Plg与完
整的金黄色葡萄球菌或分离出来的其表面Plg受体结
合不仅使 AP 失去抑制作用，而且加强了激活剂激
活Plg的结论一致[16]。在葡萄菌属感染小鼠导致败
血症的实验中发现：敲掉SAK基因即不分泌SAK的
菌株与分泌SAK的菌株导致的小鼠的死亡率和重量
变化没有差异[20]，然而，敲掉 SAK 基因的金黄色
葡萄球菌的感染能力还待研究。
总之，金黄色葡萄球菌的Plg受体可能在其致
病过程中起重要作用。与金黄色葡萄球菌表面的受
体结合的Plg 可以被SAK、tPA、uPA 等激活为Pm，
金黄色葡萄球菌表面的 Pm 协助其破坏宿主的胞基
质、激活基质金属蛋白酶，穿透基底膜，在宿主
内扩散。
[参 考 文 献]
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图2　SAK对Plg的激活机制
注：SAK：N- 末端为Ser-Ser-Ser 序列的完整SAK 形式；SAK*：Pm 水解SAK Lys10-Lys11 之间的肽键产生的N- 末端为
Lys-Gly-Ala 截短序列的形式；Plg ·SAK：Plg 和SAK 形成的分子量为1∶1 的复合物；Pm ·SAK：Pm 和SAK 形成的复合物；
Pm ·SAK*：Pm 和 SAK* 形成的复合物，可激活Plg；Pm ·AP：Pm 和 AP 形成无活性的复合物；Fibrin：纤维蛋白；FDP：
纤维蛋白降解产物
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