Липополисахарид: структура, свойства, роль¶

Липополисахарид (ЛПС, липид А, эндотоксин) — сложный макромолекулярный комплекс, входящий в состав наружной клеточной мембраны грамотрицательных бактерий. Представляет собой гетерополисахарид, ковалентно связанный с липидным компонентом (липидом А). ЛПС выполняет структурную функцию в бактериальной стенке и одновременно выступает как мощный эндотоксин, способный вызывать у теплокровных животных и человека тяжёлые патологические реакции — вплоть до септического шока.

¶Структура

Молекула ЛПС состоит из трёх основных фрагментов:

• Липид А — гидрофобный домен, встроенный во внешнюю мембрану бактерии. Именно он определяет токсические свойства ЛПС. Состоит из дисахарида β-1,6-связанных глюкозаминов, к которым эфирными и амидными связями присоединены длинноцепочечные жирные кислоты (обычно 6 молекул).
• О-антиген (О-полисахарид) — гидрофильная полисахаридная цепь, обращённая наружу. Длина и состав цепи различаются у разных видов бактерий и определяют серологическую специфичность штамма (соматические антигены).
• Ядро (кор-олигосахарид) — промежуточный участок, соединяющий липид А с О-антигеном; состоит из ряда сахаров, включая кетодезоксиоктановую кислоту (КДО).

У некоторых бактерий (например, у Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae) О-антиген отсутствует, такие ЛПС называют липоолигосахаридами (LOS).

¶Токсические свойства

ЛПС относится к эндотоксинам — токсинам, которые высвобождаются при гибели бактерии или разрушении её мембраны. В отличие от экзотоксинов, эндотоксины термостабильны и не образуют специфических ферментов.

Попадание ЛПС в кровоток приводит к активации врождённого иммунитета. Ключевой молекулой-рецептором является TLR4 (Toll-подобный рецептор 4), а также рецептор CD14 и белок MD-2. Связывание липида А с TLR4 запускает каскад сигнальных путей с активацией факторов NF-κB и AP-1, что приводит к массивной продукции провоспалительных цитокинов: фактора некроза опухоли α (ФНО-α), интерлейкинов IL-1, IL-6, IL-8.

Клинические проявления ЛПС-индуцированного ответа включают:

1. Лихорадку (за счёт воздействия на гипоталамус через ПГЕ2).
2. Гипотонию и нарушение микроциркуляции.
3. Диссеминированное внутрисосудистое свёртывание (ДВС-синдром).
4. В тяжёлых случаях — септический (эндотоксический) шок с полиорганной недостаточностью.

Пороговая доза ЛПС, способная вызвать реакцию у человека, оценивается в сотни пикограммов на миллилитр крови.

¶Роль в микробиологии и медицине

¶Контроль качества воды и медицинских изделий

Благодаря высокой биологической активности ЛПС используется в качестве индикатора бактериального загрязнения. Разработан бактериальный липополисахаридный тест (LAL-тест, Limulus Amebocyte Lysate) на основе амёбоцитов краба-мечехвоста (Limulus polyphemus), гемолимфа которого сворачивается в присутствии следовых количеств ЛПС. Тест применяется для контроля пирогенности инъекционных растворов, медицинских изделий и воды для гемодиализа. В России действуют нормативы на содержание ЛПС в лекарственных средствах (фармакопейная статья «Пирогены»).

¶Вакцины

ЛПС-содержащие вакцины разработаны против ряда грамотрицательных возбудителей. Наиболее известна полисахаридная вакцина против Neisseria meningitidis серогруппы A, C, Y, W-135, применявшаяся, в том числе, в СССР и России для массовой вакцинации. Конъюгированные вакцины нового поколения связывают полисахарид с белком-носителем, что повышает иммуногенность у детей раннего возраста.

¶Исследования в России

В отечественной науке вопросы структуры и биологического действия ЛПС разрабатывались в Институте эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи, где изучались механизмы эндотоксикоза и разрабатывались методы дезинтоксикации. Современные исследования направлены на создание адъювантов на основе модифицированного липида А (например, мономолекулярный липид А, MPL) с ослабленной токсичностью.

¶Классификация по чувствительности

Бактерии, содержащие ЛПС, относятся к грамотрицательным. Основные роды, образующие значимые для медицины количества ЛПС:

¶Примечания

ЛПС — один из ключевых объектов в иммунологии, микробиологии и фармакологии. Его роль в патогенезе сепсиса определяет интерес к разработке антиэндотоксиновых антител и ингибиторов TLR4-сигналинга.

Источники:

• Brock Biology of Microorganisms
• Медицинская микробиология, под ред. Покровского В. И.
• Фармакопейная статья «Пирогены» ГФ XI
• Nature Reviews Immunology: TLR4 signaling