เอนโดทอกซินและไลโปโพลีแซคคาไรด์

ไลโปโพลีแซคคาไรด์ (LPS) หรือเอนโดทอกซิน เป็นโมเลกุลหลักของเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบ ต่างจากเอ็กโซทอกซินที่หลั่งออกมา LPS เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของเซลล์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพเมื่อแบคทีเรียถูกสลาย: ส่วนยึดจับลิพิด A ของมันเป็นตัวกระตุ้นที่รุนแรงของระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด และหากมีมากเกินไป จะกระตุ้นการอักเสบทั่วร่างกายจากการติดเชื้อแกรมลบในกระแสเลือด (Gram-negative sepsis)

Definition

ไลโปโพลีแซคคาไรด์เป็นไกลโคลิพิดของเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบ ประกอบด้วยลิพิด A ที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์, คอร์โอลิโกแซคคาไรด์ และ O-แอนติเจนโพลีแซคคาไรด์ที่แปรผันได้; ส่วนลิพิด A ของมันเป็นหลักการของเอนโดทอกซินที่กระตุ้นการส่งสัญญาณภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมสถาปัตยกรรมของ LPS (ลิพิด A, คอร์โอลิโกแซคคาไรด์ และ O-แอนติเจน) วิธีที่ส่วนลิพิด A ของมันถูกตรวจจับโดยระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด และเหตุใดเอนโดทอกซินจึงทำให้เกิดการอักเสบทั่วร่างกาย หัวข้อนี้เป็นหัวข้ออ้างอิงในพยาธิกำเนิดของแบคทีเรียและไม่ได้กล่าวถึงการจัดการทางคลินิกของการติดเชื้อในกระแสเลือด

Core questions

• LPS มีโครงสร้างหลักสามส่วนอะไรบ้าง และแต่ละส่วนมีส่วนช่วยอย่างไร?
• ร่างกายรับรู้ลิพิด A ได้อย่างไร และผ่านทางกลไกการส่งสัญญาณใด?
• เหตุใดเอนโดทอกซินจึงทำให้เกิดการอักเสบทั่วร่างกาย แทนที่จะเป็นบาดแผลเฉพาะที่?

Key concepts

• ลิพิด A (หลักการของเอนโดทอกซิน)
• คอร์โอลิโกแซคคาไรด์
• O-แอนติเจน
• การรับรู้โดย TLR4-MD2
• การกระตุ้นภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด
• เอนโดทอกซินและการติดเชื้อแกรมลบในกระแสเลือด

Mechanisms

LPS มีสามส่วน: ลิพิด A ซึ่งเป็นฟอสโฟลิพิดที่มีกลูโคซามีนเป็นฐานที่ยึดโมเลกุลและมีฤทธิ์เป็นพิษ; คอร์โอลิโกแซคคาไรด์; และ O-แอนติเจน ซึ่งเป็นโพลีแซคคาไรด์ซ้ำๆ ที่แตกต่างกันไปในแต่ละสายพันธุ์และมีส่วนทำให้เกิดความหลากหลายทางซีรั่มวิทยา ร่างกายตรวจจับลิพิด A ผ่านคอมเพล็กซ์ Toll-like receptor 4 กับ MD-2 โดยมีโปรตีนจับ LPS และ CD14 เป็นตัวนำลิแกนด์; การจับกันจะกระตุ้นการส่งสัญญาณที่เหนี่ยวนำให้เกิดไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ การรับรู้นี้เป็นการป้องกันเมื่อได้รับสารในปริมาณน้อย แต่เมื่อ LPS มีมาก (เช่นในการติดเชื้อแกรมลบที่แพร่กระจาย) กลไกเดียวกันนี้จะกระตุ้นการตอบสนองการอักเสบทั่วร่างกายที่มากเกินไป ซึ่งเกี่ยวข้องกับภาวะช็อกจากการติดเชื้อ

Clinical relevance

การรับรู้เอนโดทอกซินโดยระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดอธิบายว่าทำไมการติดเชื้อแบคทีเรียแกรมลบในกระแสเลือดจึงสามารถทำให้เกิดการอักเสบทั่วร่างกายอย่างรุนแรงได้ และโครงสร้าง LPS เป็นพื้นฐานของการจำแนกชนิดแบคทีเรียด้วยซีรั่มวิทยา ข้อมูลนี้สรุปชีววิทยาของเอนโดทอกซินเพื่อการอ้างอิงและไม่ใช่แนวทางในการวินิจฉัยหรือรักษาภาวะติดเชื้อในกระแสเลือด

History

แนวคิดของเอนโดทอกซินที่ทนความร้อนซึ่งแตกต่างจากเอ็กโซทอกซินที่หลั่งออกมามีมาตั้งแต่ Richard Pfeiffer ในทศวรรษ 1890 ศตวรรษที่ยี่สิบได้ไขความลับทางเคมีของมันว่าเป็นไลโปโพลีแซคคาไรด์และระบุว่าความเป็นพิษอยู่ที่ลิพิด A และช่วงเปลี่ยนศตวรรษได้ระบุ Toll-like receptor 4 ว่าเป็นตัวรับเอนโดทอกซินของร่างกาย ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการยอมรับในการศึกษาการส่งสัญญาณภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด

Key figures

• Christian R. H. Raetz
• Bruce Beutler
• Ernst Th. Rietschel

Seminal works

• raetz-whitfield-2002
• beutler-rietschel-2003

Frequently asked questions

ทำไม LPS จึงถูกเรียกว่าเอนโดทอกซิน แทนที่จะเป็นเอ็กโซทอกซิน?

มันไม่ได้ถูกหลั่งออกมา แต่เป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบ ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาส่วนใหญ่เมื่อแบคทีเรียเสียหายหรือถูกสลาย ต่างจากเอ็กโซทอกซินซึ่งเป็นโปรตีนที่ถูกส่งออกไปอย่างแข็งขัน

ส่วนใดของ LPS ที่รับผิดชอบต่อความเป็นพิษ?

ส่วนยึดจับลิพิด A เป็นหลักการของเอนโดทอกซิน; เป็นส่วนที่ถูกรับรู้โดยคอมเพล็กซ์ TLR4-MD2 ของร่างกาย และเป็นตัวกระตุ้นการตอบสนองการอักเสบ