大肠杆菌（EHEC）和志贺氏菌血清型1是引起出血性结肠炎的肠出血性杆菌。这可能导致潜在致命的并发症，如溶血性尿毒症综合征（HUS），其特征是血小板减少、急性肾衰竭和神经异常。两种细菌都会产生志贺毒素（Shiga toxin，Stx），这是一种由噬菌体编码的外毒素，能够抑制宿主细胞中的蛋白质合成，主要负责细菌的毒力。
Shiga toxin的结构
由细菌产生的肠致病性大肠杆菌（EHEC）和志贺氏菌（Shigella dysenteriae）1型血清型的毒素，是主要的毒力因子。已经鉴定出两种主要的Stxs结构类型：志贺毒素1型（Stx1）和志贺毒素2型（Stx2）。这些进一步细分为亚型，Stx1a，Stx1c，Stx1d；Stx2a，Stx2b，Stx2c，Stx2d，Stx2e，Stx2f，Stx2g，Stx2h和Stx2i。每个亚型包含多个变体，这些变体由Stx亚型特异性STEC菌株释放。
Stx是一种AB5毒素，由一个酶活性的A亚基（Stx-A，32 kDa）和五个相同的B亚基（Stx-B，7.7 kDa）组成，形成五聚体结构。A亚基通过将其C端区域插入中央孔道，与五聚体非共价结合。A亚基细胞毒性活性相关是一种RNA N-糖苷酶，可切断28S核糖体RNA，从而抑制蛋白质合成。B亚基则负责与受体结合。
（数据来源 Lee KS, et al.Toxins（Basel）. 2021）
鞘脂类糖脂质甘油三丝氨酸ceramide（Gb3，又称CD77）是Stx的主要受体。在细胞表面聚集Gb3后，Stx通过依赖或不依赖clathrin的内吞途径被内化，随后逆行排序进入跨高尔基网（TGN），再进一步进入内质网（ER），绕过晚期内吞途径。A亚基经宿主furin蛋白及furin样蛋白酶进一步加工（分别在Stx1的R251和M252位以及Stx2的R250和A251位之间切割），形成具有酶活性的A1片段（27.5 kDa）和连接子A2片段（4.5 kDa），并与其B亚基连接。A1和A2结构域通过单个二硫键保持连接，该键在内质网中被还原。A1氨基酸随后通过内质网相关蛋白降解（ERAD）途径从内质网释放到细胞质中，以抑制蛋白质合成。特别是B亚基介导毒素与靶细胞受体的特异性结合，并促进毒素经受体介导进入靶细胞。
（数据来源 Liu Y, et al. Toxins (Basel). 2021）
Shiga toxin在免疫调节和疾病中的作用
STEC通过在肠上皮细胞中的定植诱导Shiga毒素的释放以及细胞因子和趋化因子的产生。除了Stxs引起的细胞死亡，各种细胞，包括由趋化作用诱导的中性粒细胞，在肠道中引发炎症，导致损伤。毒素通过肠粘膜，进入血液，并到目标器官，如肾脏和中枢神经系统。在细胞表面毒素受体Gb3介导的膜侵袭性内吞作用后，Stxs迁移到高尔基体和ER。Shiga毒素作为一种多功能细菌蛋白，促进ER应激、核糖体毒性应激、促炎反应、凋亡和宿主细胞中的自噬。
（数据来源 Lee KS, et al. Toxins. 2021）
溶血性尿毒综合征（HUS）是一组临床疾病，其特征是红细胞和血小板水平低，以及急性肾损伤 （AKI）。HUS的病理表现是血栓性微血管病。产志贺毒素的大肠杆菌（STEC）是导致典型和腹泻相关HUS（D+HUS）的主要病原体。当受STEC污染的食物或水被摄入时，STEC会定殖在结肠上皮。作为STEC主要毒力因子的志贺毒素（Stxs）从STEC中释放出来，进一步破坏肠黏膜的血管网络，导致出血性结肠炎。一旦Stx进入系统循环，它可以与血液中的白细胞和血小板结合，并被转移到肾脏和其他靶器官。Stxs可以与细胞膜表面的糖脂酰基鞘鞍醇三己糖（Gb3Cer）结合并诱导内吞作用。然后，Stxs通过反向运输途径被运输到高尔基体网络的对侧，到达内质网 （ER），在内质网中，Stxs的酶域被释放到细胞质中，抑制蛋白质合成，导致细胞凋亡、内质网压力、炎症和损伤。
Stxs还可以与单核细胞结合，导致白细胞介素-1（IL1）和肿瘤坏死因子（TNF-α）等细胞因子的释放。这些细胞因子可以上调内皮细胞中的Gb3Cer表达。细菌内毒素如脂多糖（LPSs）也可以增强Stxs触发的TNF-α的产生，这有助于中性粒细胞粘附于血管内皮并释放炎症介质，进一步加重内皮细胞损伤，导致其正常的生理功能丧失，包括抑制血栓形成、白细胞粘附和补体激活。Stx2还可以引起红细胞（RBCs）中补体的沉积，导致血红蛋白和LDH（血管内溶血的标志物）在STEC-HUS患者中的释放，以及体外补体涂层RBC衍生的微小囊泡的释放，从而引发补体介导的溶血。
（数据来源 Liu Y, et al.Toxins (Basel). 2022）
Shiga toxin的靶向治疗
目前已经开发出多种单克隆抗体来中和Stxs的毒性，如针对Stx1和2的单克隆抗体（cαStx1和cαStx2，Shigamabs®），以及针对Stx2的人源化单克隆抗体Urtoxazumab（TMA-15）。这些单克隆抗体在临床前研究中显示出了有前景的结果，其疗效将在临床试验中进一步验证。
（数据来源 Liu Y, et al.Toxins (Basel). 2022）
Urtoxazumab（TMA-15 ）是一种针对志贺毒素B亚基（Stx）2的人源化单克隆抗体由Teijin开发，它可以在STEC感染后24小时内保护小鼠免于死亡，并减少益生菌猪模型中的大脑损伤和死亡。TMA-15在健康成年人和已确认STEC感染的儿科患者中进行的静脉注射第一阶段和第二阶段临床试验中被发现耐受性良好。
一项研究比较了两种剂量的urtoxazumab（3.0 mg/kg和1.0 mg/kg）与安慰剂。与安慰剂相比，3.0 mg/kg urtoxazumab（71名参与者：RR 0.34，95% CI 0.01-8.14）或1.0 mg/kg urtoxazumab（74名参与者：RR 0.95, 95% CI 0.06-14.59）是否能降低HUS的发生率尚不确定（证据确定性非常低）。低确定性证据显示，3.0 mg/kg urtoxazumab（71例参与者：RR 1.00, 95% CI 0.84~1.18）或1.0 mg/kg urtoxazumab（74例参与者：RR 0.95，95% CI 0.79~1.13）与安慰剂相比，治疗紧急不良事件的数量可能很少或没有差异。目前尚不确定任何一种剂量urtoxazumab是否会增加神经系统并发症或死亡的风险（证据确定性非常低）。
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