氧化劑體外誘導(dǎo)對(duì)阿薩希毛孢子菌致病性影響的實(shí)驗(yàn)研究

李海濤，區(qū)敏儀，敖俊紅，祝 賀，楊蓉婭

近30 多年以來(lái)，隨著糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑的廣泛應(yīng)用，以及惡性腫瘤、大面積燒傷、器官移植、血液病、艾滋病患者的日益增多，機(jī)會(huì)性真菌感染，特別是深部真菌感染的發(fā)病率呈顯著上升趨勢(shì)，已成為這些患者死亡的主要原因之一。除念珠菌病、曲霉病、隱球菌病等常見(jiàn)的真菌感染性疾病外，由非念珠菌屬酵母菌所致的真菌感染在免疫受損人群中日漸增多[1-4]，特別是深部播散性感染者病情嚴(yán)重，病死率高。阿薩希毛孢子菌（Trichosporon asahii，T.asahii）作為毛孢子菌屬中最重要的臨床致病菌，可引起淺表皮膚感染、播散性系統(tǒng)性內(nèi)臟器官的感染以及夏季超敏性肺炎[5]，其引起的深部侵襲性感染病死率達(dá)70%以上，近年來(lái)該病發(fā)病率呈顯著上升趨勢(shì)[2,3]。

既往研究表明，病原微生物的抗宿主氧化殺傷與其致病性密切相關(guān)，這一點(diǎn)在釀酒酵母、念珠菌、煙曲霉、隱球菌等常見(jiàn)致病真菌的研究中已經(jīng)得到證實(shí)[6-8]。但是，關(guān)于T.asahii抗氧化殺傷方面的研究還非常少。本研究擬通過(guò)體外誘導(dǎo)的方式，將2 種氧化劑與T.asahii作菌株體外共培養(yǎng)進(jìn)行體外誘導(dǎo)，將誘導(dǎo)前后的T.asahii菌株注入到有聯(lián)合免疫缺陷的裸鼠體內(nèi)，觀察T.asahii被氧化劑誘導(dǎo)前后對(duì)動(dòng)物致病性的變化，為T(mén).asahii感染與致病機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1 實(shí)驗(yàn)菌株 阿薩希毛孢子菌共2 株，T.asahii標(biāo)準(zhǔn)株CBS2479、環(huán)境株CBS8904 均購(gòu)自荷蘭皇家藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院真菌多樣性研究中心（CBS-KNAW）。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組 Balb/c 裸鼠（聯(lián)合免疫缺陷鼠）168 只，雌性，6 周齡，平均質(zhì)量30 g，購(gòu)自北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物部，飼養(yǎng)于北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物部SPF 級(jí)動(dòng)物室中。將小鼠分為7 組，CBS2479 組（菌株1）、CBS2479 H2O2誘導(dǎo)組（菌株2）、CBS2479 甲萘醌誘導(dǎo)組（菌株3），CBS8904 組（菌株4）、CBS8904 H2O2誘導(dǎo)組（菌株5）、CBS8904甲萘醌誘導(dǎo)組（菌株6），以及空白對(duì)照組（定為菌株7），每組24 只小鼠。再將每組分為4 個(gè)小組，每組6 只。

1.1.3 主要試劑與儀器 馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）干粉（德國(guó)默克公司），蛋白胨干粉和葡萄糖干粉（北京化學(xué)試劑有限公司），酵母粉（英國(guó)OXOID 公司），30%過(guò)氧化氫（美國(guó)Sigma 公司），亞硫酸氫鈉甲萘醌（美國(guó)Sigma 公司），二酰胺（美國(guó)Sigma 公司），YPD 液體培養(yǎng)基（美國(guó)Gibco 公司）

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1T.asahii菌株氧化劑體外誘導(dǎo) 制備經(jīng)傳代純化的單克隆T.asahiiCBS2479、CBS8904 的菌懸液，調(diào)整濃度為1～5×106CFU/ml，取100 μl 菌懸液加入10 ml 不含H2O2的YPD 培養(yǎng)液中，37℃振蕩培養(yǎng)10 h 后加入H2O2，使其濃度達(dá)8 μg/ml（CBS2479、CBS8904 菌株的1/2MIC H2O2）后繼續(xù)培養(yǎng)，當(dāng)培養(yǎng)菌液達(dá)到約0.5 麥?zhǔn)蠁挝粫r(shí)轉(zhuǎn)至同一H2O2濃度的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，每個(gè)濃度梯度轉(zhuǎn)種2～3 次。以同樣方法進(jìn)行下一濃度的培養(yǎng)，直至H2O2或甲萘醌的誘導(dǎo)濃度達(dá)到64 μg/ml 或者菌株被殺死不再生長(zhǎng)，即終止誘導(dǎo)。將所得菌株以40%甘油保存于-80℃中。

1.2.2 各組T.asahii菌株菌懸液配制 將各組菌株傳代純化后的新鮮菌落接種于YPD 液體培養(yǎng)基中37℃生長(zhǎng)48 h，取適量菌懸液，將YPD 培養(yǎng)基成分清洗干凈后，用生理鹽水分別配成濃度為1×105、1×106、1×107及1×108的菌懸液，分裝于2 ml 離心管中備用，空白對(duì)照組用生理鹽水替代菌懸液。

1.2.3 各組菌株致病性測(cè)定 取各組小鼠尾靜脈，常規(guī)消毒后，向其尾靜脈注入上述4 個(gè)梯度濃度的菌懸液500 μl，觀察并記錄30 d 內(nèi)各組小鼠的死亡時(shí)間、死亡只數(shù)，繪制生存曲線圖，并用SPSS20.0 按Bliss法計(jì)算出半數(shù)致死量（median lethal dose，LD50）[9,10]。（LD50=lg-1[Xn-i(2∑m+h/2n-0.75)]，其中Xn 為最高反應(yīng)組的對(duì)數(shù)劑量，i 為組距，即等差數(shù)列的對(duì)數(shù)劑量的公差，m 為各組動(dòng)物反應(yīng)數(shù)，∑m 各組動(dòng)物反應(yīng)數(shù)的總和，n 為每組動(dòng)物數(shù)，h 為首末兩組動(dòng)物數(shù)的平均數(shù)）比較它們的致病性差異。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS20.0 軟件分析，兩組間比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組T.asahii 菌株半數(shù)致死量測(cè)定結(jié)果

菌株1（CBS2479 組），即CBS2479 未誘導(dǎo)組的LD50為7.2361×105，而H2O2誘導(dǎo)后的菌株2（CBS 2479-H2O2誘導(dǎo)組）的LD50為6.0139×105，甲萘醌誘導(dǎo)后的菌株3（CBS2479-甲萘醌誘導(dǎo)組）的LD50為 8.1802×104，誘導(dǎo)后菌株的LD50濃度明顯低于誘導(dǎo)前，其中甲萘醌誘導(dǎo)組，即菌株3 的LD50濃度低于未誘導(dǎo)組——菌株1（CBS2479 組）1 個(gè)數(shù)量級(jí)（約10 倍），H2O2誘導(dǎo)組的LD50濃度則比未誘導(dǎo)組——菌株1 低了1.2 倍。菌株4（CBS8904 組），即CBS8904 未誘導(dǎo)組的LD50為8.9643×107，而H2O2誘導(dǎo)后的菌株5（CBS8904-H2O2誘導(dǎo)組）的LD50為4.0437×107，甲萘醌誘導(dǎo)后的菌株6（CBS8904-甲萘醌誘導(dǎo)組）的LD50為1.8971×106，誘導(dǎo)后菌株的LD50濃度也明顯低于誘導(dǎo)前。其中菌株6 的LD50濃度低于未誘導(dǎo)組——菌株4（CBS8904 組）1.5 個(gè)數(shù)量級(jí)（約47 倍），菌株5 的LD50濃度則比未誘導(dǎo)組——菌株4 低了2 倍（表1）。

2.2 各組小鼠生存率比較

氧化劑誘導(dǎo)后的臨床株菌株3（CBS2479-甲萘醌誘導(dǎo)組）和菌株2（CBS2479-H2O2誘導(dǎo)組）接種的小鼠分別在第9 天、第11 天全部死亡，生存率為0；而未誘導(dǎo)的菌株1（CBS2479 組）接種的小鼠在第9 天時(shí)有50%存活，生存率為50%，第11 天時(shí)生存率降低為10%，但是之后再?zèng)]有小鼠死亡。氧化劑誘導(dǎo)后的環(huán)境株菌株6（CBS8904-甲萘醌誘導(dǎo)組）和菌株5（CBS8904 -H2O2誘導(dǎo)組），接種的小鼠在第11 天的生存率分別20%和60%，而未誘導(dǎo)的菌株4（CBS8904組）接種的小鼠，在第6 天時(shí)生存率是70%，第6 天之后，一直到觀察終點(diǎn)（第30 天）所有小鼠均存活，沒(méi)有死亡?？瞻讓?duì)照組所有小鼠在觀察期內(nèi)全部存活，生存率為100%（圖1）。

3 討論

隨著廣譜抗生素、糖皮質(zhì)激素的普遍使用，以及器官移植術(shù)、侵入性介入技術(shù)的普及，條件致病真菌感染的發(fā)生率呈逐年上升趨勢(shì)。病原體微生物（包括細(xì)菌、真菌和病毒等）侵入人體后，誘導(dǎo)人體進(jìn)入氧化應(yīng)激狀態(tài)。吞噬細(xì)胞是人體抵抗其感染的第一道防線，釋放大量活性氧遞質(zhì)（reactive oxygen species，ROS）來(lái)殺滅病原體[11,12]。病原微生物為了生存，會(huì)啟動(dòng)自身的一系列抗氧化機(jī)制，來(lái)對(duì)抗機(jī)體的氧化殺傷，為它們的侵襲感染和致病創(chuàng)造條件，因此，病原微生物的抗氧化機(jī)制與其致病性密切相關(guān)，這一點(diǎn)在釀酒酵母、念珠菌、煙曲霉、隱球菌等常見(jiàn)致病真菌的研究中已經(jīng)得到證實(shí)[6-8]，但T.asahii在這一領(lǐng)域的研究還比較少。

Zong 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，H2O2、甲萘醌、二酰胺可對(duì)T.asahii產(chǎn)生不同程度的氧化殺傷作用。Zhang等[14]也發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源T.asahii的抗氧化酶過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性不同，提示T.asahii也具有抗氧化防御機(jī)制。區(qū)敏儀等[15]通過(guò)2 種氧化劑體外誘導(dǎo)的方式成功獲得了T.asahii體外抗氧化菌株，并對(duì)誘導(dǎo)前后菌株的藥物敏感性和生物學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)后T.asahii的藥物敏感性明顯降低，MIC值顯著上升，菌株的肉眼形態(tài)和光鏡下形態(tài)均有明顯變化。

本研究主要通過(guò)體外誘導(dǎo)的方式獲得誘導(dǎo)前后T.asahii菌株，再將誘導(dǎo)前后的T.asahii菌株注射到聯(lián)合免疫缺陷鼠體內(nèi)，觀察小鼠的死亡情況，對(duì)誘導(dǎo)前后T.asahii菌株的致病性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)菌株1（CBS2479 組），即CBS2479 未誘導(dǎo)組的LD50為7.2361×105，而H2O2誘導(dǎo)后的菌株2（CBS2479-H2O2誘導(dǎo)組）的LD50為6.0139×105，甲萘醌誘導(dǎo)后的菌株3（CBS2479-甲萘醌誘導(dǎo)組）的LD50為 8.1802×104，誘導(dǎo)后菌株的LD50濃度明顯低于誘導(dǎo)前，其中甲萘醌誘導(dǎo)組，即菌株3 的LD50濃度低于未誘導(dǎo)組——菌株1（CBS2479 組）1 個(gè)數(shù)量級(jí)（約10 倍），H2O2誘導(dǎo)組的LD50濃度則比未誘導(dǎo)組——菌株1 低了1.2 倍。菌株4（CBS8904 組），即CBS8904 未誘導(dǎo)組的LD50為8.9643×107，而H2O2誘導(dǎo)后的菌株5（CBS8904 H2O2-誘導(dǎo)后組）的LD50 為 4.0437×107，甲萘醌誘導(dǎo)后的菌株6（CBS8904——甲萘醌誘導(dǎo)后組）的LD50為1.8971×106，誘導(dǎo)后菌株的LD50濃度也明顯低于誘導(dǎo)前。其中菌株6 的LD50濃度低于未誘導(dǎo)組——菌株4（CBS8904 組）1.5 個(gè)數(shù)量級(jí)（約47 倍），菌株5 的LD50濃度則比未誘導(dǎo)組——菌株4低了2 倍。研究結(jié)果提示，2 種氧化劑誘導(dǎo)后，無(wú)論是臨床株CBS2479，還是環(huán)境株CBS8904，其致病性均顯著上升，其中環(huán)境株CBS8904 受氧化劑誘導(dǎo)后，其致病性比臨床株CBS2479 升高的更明顯，但是環(huán)境株CBS8904 三組的整體LD50的濃度高于臨床株CBS2479 一個(gè)數(shù)量級(jí)，提示環(huán)境株CBS8904 經(jīng)氧化劑誘導(dǎo)后，其致病性雖顯著升高，但是其致病能力仍低于臨床株CBS2479。分析原因可能為，CBS 8904 三組是體外氧化劑誘導(dǎo)組，只有氧化劑一個(gè)單一因素，氧化劑體外誘導(dǎo)，雖能模仿體內(nèi)環(huán)境，但和機(jī)體內(nèi)環(huán)境仍然有較大差異。而臨床株CBS2479 是從人體分離出來(lái)的致病菌，其與人體相互作用機(jī)制復(fù)雜，除了抗氧化機(jī)制之外，還有其他機(jī)制參與其中，不是單純的體外誘導(dǎo)能完全模擬的。

表1 各組T.asahii的半數(shù)致死量（LD50）比較

圖1 各組菌株動(dòng)物致病性比較

本研究對(duì)接種至裸鼠的7 株菌致病性進(jìn)行了觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氧化劑誘導(dǎo)后的臨床株菌株3（CBS2479-甲萘醌誘導(dǎo)組）和菌株2（CBS2479-H2O2誘導(dǎo)組）的致病性顯著升高，兩組菌株接種后的小鼠分別在第9 天、第11 天全部死亡，生存率是0；而未誘導(dǎo)的菌株1（CBS2479 組）接種后的小鼠在第9天時(shí)有50%存活，生存率是50%，第11 天時(shí)生存率降低為10%，但是之后再無(wú)小鼠死亡。

氧化劑誘導(dǎo)后的環(huán)境株菌株6（CBS8904-甲萘醌誘導(dǎo)組）和菌株5（CBS8904 H2O2-誘導(dǎo)組）接種的小鼠在第11 天的生存率分別為20%和60%，而未誘導(dǎo)的菌株4（CBS8904 組）接種的小鼠在第6 天時(shí)生存率是70%，第6 天之后，一直到觀察終點(diǎn)（第30 天）所有小鼠均存活，沒(méi)有死亡?？瞻讓?duì)照組所有小鼠在觀察期內(nèi)全部存活，生存率為100%。從生存曲線圖可以看到，經(jīng)氧化劑誘導(dǎo)后的菌株致病性明顯增強(qiáng)，小鼠生存率顯著降低。對(duì)2 種氧化劑誘導(dǎo)后的菌株致病性比較發(fā)現(xiàn)，甲萘醌誘導(dǎo)后T.asahii菌株，無(wú)論是臨床株，還是環(huán)境株，其致病性均高于相應(yīng)H2O2誘導(dǎo)的菌株，而且氧化劑誘導(dǎo)后的T.asahii菌株，無(wú)論是甲萘醌誘導(dǎo)的，還是H2O2誘導(dǎo)的，臨床株（CBS2479）的致病性也高于環(huán)境株（CBS8904）。本課題組Zong 等[13]前期的研究也發(fā)現(xiàn)，H2O2、甲萘醌、二酰胺均可對(duì)T.asahii產(chǎn)生不同程度的氧化殺傷作用，但甲萘醌殺傷作用最強(qiáng)，二酰胺次之，H2O2最弱，說(shuō)明甲萘醌的氧化殺傷作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比H2O2強(qiáng)。因此，筆者分析，由甲萘醌體外誘導(dǎo)的T.asahii菌株的致病性要高于由H2O2體外誘導(dǎo)的T.asahii菌株，可能由于甲萘醌的氧化殺傷作用比H2O2更強(qiáng)，因而由它誘導(dǎo)出來(lái)的T.asahii菌株抗氧化能力則更強(qiáng)，但具體機(jī)制尚不清楚，需要進(jìn)一步研究來(lái)闡明。

總之，本研究通過(guò)應(yīng)用2 種氧化劑H2O2和甲萘醌在體外分別對(duì)T.asahii臨床株和環(huán)境株進(jìn)行誘導(dǎo)，觀察誘導(dǎo)前后菌株的致病性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)后菌株致病性顯著高于誘導(dǎo)前，而甲萘醌誘導(dǎo)的菌株致病性高于H2O2誘導(dǎo)菌株，本研究從一個(gè)角度證明了T.asahii菌株對(duì)機(jī)體的感染或致病機(jī)制有抗氧化機(jī)制的參與，下一步將從組學(xué)的角度對(duì)T.asahii感染人體的抗氧劑機(jī)制進(jìn)行深入研究。