布鲁氏菌（Brucella）的脂多糖（LPS） 是其细胞壁外膜的主要成分，也是引发宿主免疫反应的关键致病因子和抗原物质。在牛羊布鲁氏菌病的诊断、免疫机制研究及疫苗开发中，LPS 具有不可替代的地位。以下从其生物学特性、真核 / 原核表达特点及应用价值展开解析：

1. 分子结构
   布鲁氏菌 LPS 属于光滑型 LPS（S-LPS），由三部分共价连接组成：

   • O - 抗原多糖链（最外层）：由重复的四糖单位（如鼠李糖、甘露糖等）组成，是布鲁氏菌血清型分类的核心依据（如牛种布鲁氏菌主要为 A 抗原，羊种为 M 抗原，A:M 比例差异决定血清型）；
   • 核心多糖：连接 O - 抗原与脂质 A，含保守的己糖和庚糖结构；
   • 脂质 A（内层，锚定于外膜）：由磷酸化的葡萄糖胺二糖和脂肪酸链组成，是 LPS 毒性的主要来源，可激活宿主 TLR4 信号通路引发炎症反应。

2. 免疫原性与致病性

   • 免疫原性：O - 抗原是布鲁氏菌最主要的保护性抗原之一，感染牛羊后可诱导产生高效价的特异性抗体（IgM 先出现，随后转为 IgG，持续数月至数年），是传统血清学诊断的核心靶标；
   • 致病性：脂质 A 可刺激宿主细胞释放 TNF-α、IL-6 等炎症因子，引发发热、组织损伤等病理反应，也是布鲁氏菌逃避宿主免疫清除的重要机制（通过抑制吞噬细胞的杀菌功能）。

LPS 是细菌自身合成的复杂糖脂类物质，无法通过传统基因工程（原核 / 真核表达系统）直接表达，其制备依赖于细菌培养后的提取纯化，原因如下：

• LPS 的合成涉及数十种酶的协同作用（如糖基转移酶、脂质合成酶），且需通过细菌内膜 - 外膜的跨膜转运组装，无法在单一表达系统中重建完整合成路径；
• O - 抗原的糖链长度和修饰（如乙酰化）具有菌株特异性，人工表达难以模拟天然结构。

常规提取方法：

1. 热酚 - 水法：通过苯酚与热水的分层萃取，分离 LPS（溶于水相）与蛋白质（溶于酚相），适用于大规模制备；
2. 超速离心法：利用 LPS 的密度差异（约 1.4 g/cm³），通过蔗糖密度梯度离心纯化，纯度更高但产量较低；
3. 去垢剂法：用 Triton X-114 等去垢剂裂解细菌，选择性沉淀 LPS，操作简便但可能残留去垢剂影响活性。

1. 血清学诊断

   • 基于 LPS 的检测方法是目前基层最常用的诊断手段，包括： 
     • 虎红平板凝集试验（RBPT）：以 LPS 为抗原，快速筛查抗体阳性个体，敏感性高（约 90%）但特异性较低（因与其他革兰氏阴性菌 LPS 存在交叉反应）；
     • 试管凝集试验（SAT）：定量检测抗体效价，用于确诊和疫情评估，依赖 LPS 的完整抗原性；
     • ELISA：以纯化 LPS 包被酶标板，检测特异性 IgG 抗体，灵敏度和特异性优于凝集试验，但仍需注意交叉反应（如与大肠杆菌 O157 的交叉率约 5%）。

2. 疫苗研发的双刃剑

   • 传统布鲁氏菌疫苗（如牛种 S19 株、羊种 Rev.1 株）均为光滑型菌株，其保护力主要依赖 LPS 诱导的免疫反应，但存在缺陷： 
     • 疫苗免疫后会产生抗 LPS 抗体，与自然感染难以区分，干扰疫情监测；
     • LPS 的毒性可能导致接种动物发热、流产（尤其是孕畜）。
   • 新型疫苗研发趋势：开发粗糙型菌株疫苗（如 RB51 株），其 LPS 缺失 O - 抗原，可避免诱导抗 O - 抗原抗体，解决鉴别诊断问题，但保护力略低于光滑型疫苗，需与其他抗原（如 BP26、Omp16）联合使用。

3. 致病机制研究

   • LPS 是布鲁氏菌入侵宿主的关键因子：其 O - 抗原可与宿主细胞表面的糖受体（如巨噬细胞的甘露糖受体）结合，促进细菌黏附与内化；
   • 脂质 A 通过激活 TLR4-NF-κB 通路引发炎症反应，同时抑制中性粒细胞的趋化作用，帮助细菌在巨噬细胞内存活繁殖，解析这一机制可为抗炎药物开发提供靶点。

1. 交叉反应问题
   光滑型 LPS 的 O - 抗原与某些肠道菌（如沙门氏菌、大肠杆菌）存在共同抗原决定簇，导致诊断假阳性。解决方案：

   • 纯化 O - 抗原的特异性片段（如羊种布鲁氏菌的 M 抗原独特四糖），降低交叉反应；
   • 联合检测 LPS 与 BP26 抗体：LPS 抗体阳性 + BP26 抗体阳性可判定为自然感染，仅 LPS 阳性可能为疫苗免疫或交叉反应。

2. 标准化制备
   不同菌株、不同提取方法获得的 LPS 在纯度、糖链结构上差异较大，导致诊断试剂批次间稳定性差。需建立：

   • 统一的标准菌株（如羊种 16M 株、牛种 544 株）作为 LPS 来源；
   • 标准化提取工艺（如热酚 - 水法 + 超滤纯化），确保 LPS 的 O - 抗原完整率 > 90%。

布鲁氏菌 LPS 作为细菌的核心抗原和致病因子，在牛羊布鲁氏菌病的诊断和传统疫苗中发挥着不可替代的作用，但其结构复杂性限制了人工表达，只能依赖细菌提取。未来需通过纯化工艺优化和联合检测策略，克服交叉反应和标准化问题，同时结合新型疫苗研发（如 LPS 与蛋白抗原的融合疫苗），进一步提升防控效果。