真菌群體感應(yīng)信號分子及群體感應(yīng)猝滅的研究進展

高 婧，彭夢雪，梁志宏

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

群體感應(yīng)(quorum sensing，QS)是生物調(diào)節(jié)群體行為的一種信號交流機制，微生物可以向胞外分泌一些被稱為群體感應(yīng)信號分子(quorum sensing molecules，QSM)的特定小分子化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)胞外QSM濃度積累到一定閾值時，可以通過特定的轉(zhuǎn)運蛋白進入其他微生物細(xì)胞內(nèi)激活相關(guān)基因的表達，從而監(jiān)測群體密度并調(diào)控自身的生理行為以適應(yīng)環(huán)境的變化[1-3]。最早在1977年，針對海洋費氏弧菌(Vibriofischeri)的一系列研究中發(fā)現(xiàn)[4]，在低群體密度時細(xì)菌不產(chǎn)生熒光，當(dāng)群體密度達到閾值時迅速產(chǎn)生熒光，費氏弧菌中的LuxI/LuxR轉(zhuǎn)錄激活因子和自誘導(dǎo)系統(tǒng)以密度依賴形式調(diào)控Lux基因表達，產(chǎn)生酰基高絲氨酸內(nèi)酯(acyl homoserine lactone，AHL)影響生物發(fā)光[5]。1994年，F(xiàn)uqua等首次將這種監(jiān)測微生物自身群體密度以調(diào)控微生物群體行為的環(huán)境傳感系統(tǒng)定義為“群體感應(yīng)”[6]。自2000年首次在致病性多態(tài)真菌--莢膜組織胞漿菌中發(fā)現(xiàn)這種類似于細(xì)菌的QS現(xiàn)象以來[7]，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)真菌的QSM能夠調(diào)節(jié)真菌菌相轉(zhuǎn)化、生物膜形成、耐藥性基因表達、毒力因子的分泌以及抗生素產(chǎn)生等行為[8]。Park等[9]研究發(fā)現(xiàn)，一種微生物能同時擁有多套QS系統(tǒng)、產(chǎn)生多種QSM，協(xié)調(diào)或調(diào)控微生物的多項生物功能。真菌中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的QSM主要有醇類、氧合脂質(zhì)、小分子肽、醛類以及揮發(fā)性有機物(VOCs)等[8]。除了作為真菌自身細(xì)胞間的通訊分子在轉(zhuǎn)錄水平起到全局調(diào)控作用外，真菌QSM對其他種類真菌、細(xì)菌、植物甚至哺乳類動物細(xì)胞(包括正常細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞)也有作用，但QSM的生物合成、運輸、受體及信號傳導(dǎo)通路尚未有較為深入的全面研究。本文中，筆者就國內(nèi)外近10年來對真菌QSM種類、種內(nèi)及種間生理作用及QQ的研究進展進行綜述，以期為深化真菌群體感應(yīng)機制的研究提供參考。

1 真菌中的群體感應(yīng)現(xiàn)象

早在1955年，Allen[10]就在真菌禾柄銹菌(Pucciniagraminis)中發(fā)現(xiàn)群體密度能影響真菌形態(tài)，高細(xì)胞密度(107個/mL)可以抑制孢子萌發(fā)。后續(xù)在植物致病菌及產(chǎn)毒真菌如柄銹菌屬(Pucciniaspp)、青霉屬(Penicilliumspp)、曲霉屬(Aspergillusspp)等屬內(nèi)菌株相繼發(fā)現(xiàn)高密度培養(yǎng)對孢子萌發(fā)和菌絲伸長的抑制現(xiàn)象。Hornby團隊[11]在致病性雙態(tài)真菌白色念珠菌(Candidaalbicans)中發(fā)現(xiàn)QSM法尼醇(farnesol)是真核生物QS的重大突破。白色念珠菌存在酵母態(tài)和菌絲態(tài)，當(dāng)細(xì)胞密度低于106個/mL時，白色念珠菌會以菌絲態(tài)存在，當(dāng)細(xì)胞密度高于106個/mL時，真菌會以發(fā)芽酵母的形式生長，這表明真菌能通過感受群體密度，產(chǎn)生QSM進而調(diào)節(jié)生命活動。除了調(diào)節(jié)形態(tài)轉(zhuǎn)化外，真菌還能夠通過QS調(diào)節(jié)其次級代謝產(chǎn)物的合成，許多動植物致病菌如白色念珠菌[12]、新型隱球菌(Cryptococcusneoformans)[13]、腐榆角藻菌(Ceratocystisulmi)[11]等，可通過群體感應(yīng)誘導(dǎo)毒力因子的分泌，增強其入侵動植物的能力，另外對曲霉屬真菌，如構(gòu)巢曲霉(A.nidulans)[14]、寄生曲霉(A.parasiticus)[15]、黃曲霉(A.flavus)[16]、赭曲霉(A.ochraceus)[17]等的研究中也發(fā)現(xiàn)了以密度依賴的方式調(diào)節(jié)次級代謝物產(chǎn)生的現(xiàn)象。QSM在QS中起到重要的調(diào)節(jié)作用，Albuquerque等[18]總結(jié)歸納了微生物QSM的5個標(biāo)準(zhǔn)：①在微生物生長過程中產(chǎn)生并在胞外積累；②積累的濃度與種群密度成正比，僅在生長的特定階段起作用；③不僅僅是在達到閾值濃度后對單個細(xì)胞起到代謝或脫毒作用，而是在整個群體中協(xié)同作用；④在培養(yǎng)基中外源添加能誘導(dǎo)同樣的QS現(xiàn)象；⑤不光是微生物代謝的副產(chǎn)物。筆者總結(jié)了目前發(fā)現(xiàn)的真菌中QSM及生理作用(表1)，并詳細(xì)介紹幾種重要的QSM。

2 真菌的群體感應(yīng)信號分子

近年來隨著真菌的群體感應(yīng)現(xiàn)象研究的深入，群體感應(yīng)信號分子在真菌的生長發(fā)育、次級代謝物產(chǎn)生以及抗真菌活性等方面起到的作用越來越受到重視，下面將討論一些常見的QSM及其作用。

2.1 醇類

法尼醇分子量222.36，化學(xué)式為C15H26O，是目前研究較為深入的一種QSM，可以影響多種真菌的形態(tài)轉(zhuǎn)換、生物膜形成、氧化應(yīng)激、誘導(dǎo)真菌凋亡、控制藥物排出等，法尼醇作為QSM對真菌的生理作用見表2。

表1 真菌中的群體感應(yīng)信號分子Table 1 Quorum sensing signaling molecules in fungi

表2 群體感應(yīng)信號分子法尼醇對真菌的作用Table 2 Effects of the quorum sensing signal molecule farnesol on fungi

白色念珠菌是一種常見的人類條件致病雙相真菌，其菌相轉(zhuǎn)換與細(xì)胞密度相關(guān)，較高的細(xì)胞密度下菌絲的形成受到抑制，添加白色念珠菌培養(yǎng)物也會阻止酵母相向菌絲相的轉(zhuǎn)化，但不能抑制已有菌絲的伸長[34]。Hornby等[12]對進入穩(wěn)定生長期的白色念珠菌培養(yǎng)物上清液進行分析，分離鑒定出起決定性作用的物質(zhì)為法尼醇(farnesol)，這是真菌中最早被證明的QSM。Kebaara等[35]研究發(fā)現(xiàn)，用法尼醇處理白色念珠菌細(xì)胞后，菌絲特異性基因的轉(zhuǎn)錄抑制因子Tup1的mRNA和蛋白水平均升高，抑制了酵母向菌絲的轉(zhuǎn)化，然而Lindsay等[36]的研究表明，法尼醇也可以促進菌絲向酵母的轉(zhuǎn)化，說明不同情況下信號分子所起的調(diào)節(jié)作用不同。菌絲生長通過幾種信號通路調(diào)節(jié)，尤其是環(huán)磷酸腺苷(cAMP)通路，假絲酵母中法尼醇通過抑制腺苷酸環(huán)化酶Cyr1p的活性來抑制cAMP信號通路，從而抑制假菌絲和菌絲的發(fā)育[37]。釀酒酵母中，芳香醇合成缺陷的突變體菌株的絲狀體生長受到抑制[1]

法尼醇可以影響生物膜形成的多個階段，生物膜是一種能附著在生物或非生物表面良好的微生物群落結(jié)構(gòu)，相較于游離單細(xì)胞，生物膜更能抵御抗真菌藥物[19]。白色念珠菌的生物膜發(fā)育首先是依靠酵母細(xì)胞附著在宿主表面，在適宜條件下形成菌絲，最后交織成致密的成熟生物膜，法尼醇可以通過下調(diào)編碼菌絲特異性壁蛋白HWP1的表達抑制白色念珠菌生物膜的形成。在生物膜形成后期的高密度交織絲狀細(xì)胞中，法尼醇抑制芽管的形成并觸發(fā)酵母形態(tài)細(xì)胞的擴散，從而使菌株轉(zhuǎn)移到新的生存環(huán)境中[38]。白色念珠菌產(chǎn)生的法尼醇還影響其他念珠菌物種，如副念珠菌(C.parapsilosis)和熱帶念珠菌(C.tropicalis)的形態(tài)轉(zhuǎn)換[39]，除此之外，法尼醇對幾種真菌的分生、萌發(fā)和菌絲形態(tài)也有影響[40]。在黑曲霉中，高濃度的法尼醇抑制分生孢子并降低細(xì)胞內(nèi)cAMP水平，但不抑制氣生菌絲的產(chǎn)生[41]；禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)中法尼醇處理損害了分生孢子的發(fā)育和萌發(fā)[42]；球孢子菌(Coccidioidesposadasii)中，法尼醇處理過的細(xì)胞中麥角固醇的量減少，從而影響了真菌質(zhì)膜的完整性[43]。在煙曲霉(A.fumigatus)中，法尼醇改變了參與調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架和細(xì)胞壁完整性途徑的蛋白質(zhì)(如AfRho1p和AfRho3p)的定位[44]。法尼醇與氧化應(yīng)激有關(guān)，濃度為40～100 μmol/L的法尼醇可通過上調(diào)某些與氧化應(yīng)激相關(guān)的基因如超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的表達來保護白色念珠菌免受H2O2、白花丹素(plumbagin)和甲萘醌(menadione)的氧化脅迫[45-46]，法尼醇可以誘導(dǎo)酵母和絲狀真菌細(xì)胞的凋亡，在釀酒酵母和構(gòu)巢曲霉中，法尼醇通過破壞線粒體，誘導(dǎo)半胱天冬酶和ROS的產(chǎn)生來誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡[47-48]，用法尼醇處理黃曲霉，可以引起細(xì)胞凋亡標(biāo)志出現(xiàn)(如核濃縮、磷脂酰絲氨酸、DNA片段化、活性氧、泛酸酶激活、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)改變等)。Sharma等[49]首先發(fā)現(xiàn)法尼醇是白色念珠菌藥物外排泵蛋白的調(diào)節(jié)因子，其特異性調(diào)節(jié)由三磷酸腺苷結(jié)合體轉(zhuǎn)運子(ABC)介導(dǎo)的白色念珠菌藥物流出，而不影響主要促進劑超家族(MFS)多藥物擠出泵蛋白CaMdr1p。此外，法尼醇通過增加ROS水平來增強白色念珠菌對唑類和多烯類藥物的抵抗作用。Yu 等[50]通過體外誘導(dǎo)氟康唑耐藥菌株，研究法尼醇對白色念珠菌耐藥性的影響，發(fā)現(xiàn)法尼醇抑制甾醇合成途徑調(diào)節(jié)基因ERG的表達，可減弱白色念珠菌對氟康唑的耐藥性。

法呢酸是法尼醇的一種氧化形式，起到抑制菌絲生長的作用[51]，但是其形態(tài)抑制作用與法呢醇比相對較弱[52]。除了法尼醇外，真菌中還有從芳香氨基酸色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸中提取的醇類物質(zhì)[53]。酪醇是另一種重要的醇類QSM，白色念珠菌中，當(dāng)細(xì)胞密度小于107個/mL時，菌株在進入對數(shù)生長期前會出現(xiàn)一個明顯的生長停滯期，密度越低停滯期越長，酪醇可以縮短菌絲誘導(dǎo)條件下細(xì)胞萌發(fā)的滯后時間，并且促進菌體形成芽管進一步轉(zhuǎn)變?yōu)榫z[54]。酪醇對白色念珠菌的調(diào)控作用弱于法尼醇，只有在環(huán)境中的法尼醇含量低于一定濃度時才可以起到影響菌株形態(tài)轉(zhuǎn)換的效果[54]。

2.2 脂氧合物

氧脂素(oxylipins)是一類由亞油酸、亞麻酸和油酸等多不飽和脂肪酸(PUFAs)通過酶促或非酶促反應(yīng)加氧生成的一類氧合脂質(zhì)，是霉菌、酵母菌、植物和動物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的重要信號分子[59]，圖1顯示了脂肪酸代謝的基本途徑[60]。

注：脂肪酸通過植物中的lox基因和曲霉菌中的PpoA/B/C基因產(chǎn)生氧脂素。Psi—lipogenic signal molecules脂肪生成的信號分子；lox—脂氧合酶基因；PpoA、PpoB、PpoC—產(chǎn)生Psi的加氧酶基因；8-HOE—8-羥基油酸；8-HODE—8-羥基亞油酸；8-HOTE—8-羥基亞麻酸；9(S)-HpODE—9(S)-氫過氧亞油酸；13(S)-HpODE—13(S)-氫過氧亞油酸；9(S)-HpOTE—9(S)-氫過氧亞麻酸；13(S)-HpOTE—13(S)-氫過氧亞麻酸圖1 曲霉屬和植物脂肪酸代謝的基本途徑Fig.1 Basic pathways of fatty acid metabolism in Aspergillus and plants

最早在模型絲狀真菌構(gòu)巢曲霉中發(fā)現(xiàn)了涉及氧脂素的密度依賴性信號傳導(dǎo)機制，氧脂素與真菌的形態(tài)轉(zhuǎn)化和次級代謝物的產(chǎn)生有關(guān)。在構(gòu)巢曲霉中，Ppo基因編碼3種雙加氧酶(PpoA、PpoB和PpoC)催化亞油酸加氧生成氧脂素，敲除一個或多個Ppo基因會影響次級代謝物雜色曲霉素(sterigmatocystin)和青霉素(penicillin)的產(chǎn)生，當(dāng)全部Ppo基因缺失，會導(dǎo)致無性孢子到有性孢子的轉(zhuǎn)換[61]。

在土曲霉培養(yǎng)基中添加氧脂素的前體物質(zhì)亞油酸，可增加洛伐他汀(lovastatin)生物合成基因lovB和lovF的轉(zhuǎn)錄水平，提高洛伐他汀的產(chǎn)量并降低孢子形成率[32]。曲霉屬真菌中存在的脂氧合酶(LOX)是脂肪酸代謝途徑的關(guān)鍵酶，LOX與Ppo 蛋白一起調(diào)節(jié)黃曲霉的群體感應(yīng)，lox或Ppo突變會改變密度依賴性的菌核及分生孢子的轉(zhuǎn)換，并且影響毒素產(chǎn)生，高細(xì)胞密度(>105個孢子/板)下，野生型黃曲霉的分生孢子增多，菌核減少，產(chǎn)生的黃曲霉毒素(AF)降低，而突變體與之相反，菌核增加而分生孢子減少，此外突變菌株在任何群體密度下均產(chǎn)生高水平的AF[16]。植物來源的亞油酸氧化產(chǎn)物如羥基十八碳二烯酸(HODE)、氫過氧化十八碳二烯酸(HpODE)和氫過氧化十八碳三烯酸(HpOTE)等可以影響曲霉的營養(yǎng)生長、形態(tài)轉(zhuǎn)化及真菌毒素的合成[62]。13(S)-HpODE和13(S)-HpOTE可以抑制AF合成，9(S)-HpODE能夠促進AF合成[63]，13(S)-HpODE可以促進分生孢子的產(chǎn)生而9(S)-HpODE可以促進子囊孢子的產(chǎn)生[64]，植物氧脂素與真菌的氧脂素有相似的結(jié)構(gòu)與功能，這說明氧脂素還可參與有機體間的信號傳遞，影響曲霉-宿主互作[65]。在赭曲霉中，類lox基因AoloxA的表達產(chǎn)物脂氧合酶能夠催化亞油酸發(fā)生加氧反應(yīng)，生成脂過氧化物9(S)-HODE和13(S)-HODE，影響赭曲霉形態(tài)及赭曲霉毒素(OTA)的合成，敲除赭曲霉菌株的lox基因后，氧脂素水平降低，形成的分生孢子數(shù)減少，菌核數(shù)目增加，OTA合成受到抑制[66]，最新的研究表明，外源添加9(S)-HODE抑制赭曲霉菌落生長和孢子產(chǎn)生，促進OTA產(chǎn)生，而13(S)-HODE促進赭曲霉菌落生長和孢子產(chǎn)生，抑制OTA產(chǎn)生[17]。

2.3 α-(1,3)-葡聚糖

莢膜組織胞漿菌是一種腐生真菌，在土壤中以自由生活的霧化菌絲形態(tài)存在，一旦被人或其他哺乳動物吸入就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻湍感问剑⒁悦芏纫蕾嚨姆绞疆a(chǎn)生一種特定的細(xì)胞壁多糖：α-(1,3)-葡聚糖[67]，且高密度的酵母細(xì)胞產(chǎn)生比低密度下更多的α-(1,3)-葡聚糖。已有研究發(fā)現(xiàn)α-(1,3)-葡聚糖是莢膜組織胞漿菌酵母形態(tài)細(xì)胞的一種特有物質(zhì)，能夠保護酵母細(xì)胞免受宿主吞噬溶酶體的傷害[28]，調(diào)節(jié)酵母在宿主巨噬細(xì)胞內(nèi)的增殖并且影響胞內(nèi)潛伏期的建立[7]。α-(1,3)-葡聚糖的生物合成與菌株的毒力有關(guān)，莢膜組織胞漿菌菌株可以根據(jù)細(xì)胞壁組分的差異分為兩種化學(xué)型，化學(xué)型Ⅱ酵母細(xì)胞的細(xì)胞壁包含一層α-(1,3)-葡聚糖，可掩蓋宿主吞噬細(xì)胞上模式識別受體Dectin-1對免疫刺激性β-(1,3)-葡聚糖的識別[68]，而化學(xué)I型酵母細(xì)胞中缺乏α-(1,3)-葡聚糖，沒有發(fā)生β-葡聚糖的掩蔽，Dectin-1受體識別β-葡聚糖，進一步增強了宿主吞噬細(xì)胞的吞噬作用[69]。因此在莢膜組織胞漿菌中，化學(xué)型I細(xì)胞的體外毒力與化學(xué)型II細(xì)胞相比有所降低。盡管體內(nèi)實驗證明化學(xué)型I細(xì)胞仍保持了毒性，但這可能是由于該細(xì)胞內(nèi)α-葡聚糖合酶AGS1基因表達產(chǎn)生的某種信號因子部分地掩蓋了化學(xué)型Ⅰ酵母毒力對α-(1,3)-葡聚糖的需求[70]。

2.4 信息素

信息素作為一種信號分子，于1974年被報道參與某些真菌的性周期[71]。在釀酒酵母中，不同的交配類型細(xì)胞根據(jù)MAT位點的等位基因不同，產(chǎn)生兩種信息素中的一種，并識別另一種，a細(xì)胞產(chǎn)生信息素a因子，α細(xì)胞產(chǎn)生信息素α因子。信息素一經(jīng)釋放就會在環(huán)境中自由擴散形成濃度梯度，被細(xì)胞表面的跨膜受體識別，Ste2p和Ste3p是G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)，a細(xì)胞上Ste2p受體結(jié)合α因子，α細(xì)胞上Ste3p受體結(jié)合a因子，信息素的結(jié)合可將相關(guān)的異源三聚體G蛋白分離為單體α亞基GTPase(Gpa1p)和βγ二聚體(Ste4p-Ste18p)，在Ste5p的參與下激活蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)，并最終磷酸化2個MAP激酶Fus3p和Kss1p；然后，磷酸化的Fus3p遷移至細(xì)胞核，通過激活核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子Ste12p來觸發(fā)與細(xì)胞形態(tài)相關(guān)的基因表達，細(xì)胞形成了shmoo(酵母細(xì)胞向交配對象形成的極化，以1948年首次出現(xiàn)的卡通人物命名，形狀類似于拉長的酵母細(xì)胞)，當(dāng)shmoos接觸時發(fā)生原生質(zhì)融合，開始性循環(huán)的第一步[8]。信息素同樣影響白色念珠菌的性周期，與釀酒酵母的通過減數(shù)分裂結(jié)束性循環(huán)不同，白色念珠菌不發(fā)生減數(shù)分裂，配子融合形成四倍體，此四倍體細(xì)胞通過染色體的隨機丟失恢復(fù)天然二倍體形態(tài)。白色念珠菌存在白色-不透明細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)換，只有不透明細(xì)胞是交配感受態(tài)形式，通過在形態(tài)上對信息素濃度梯度做出響應(yīng)產(chǎn)生shmoo，但信息素可以通過增強白色細(xì)胞的黏附性促進白色細(xì)胞形成生物膜，通過形成信息素濃度梯度來促進不透明細(xì)胞進行交配[72]。另外信息素通訊的機制在多種真菌中具有廣泛的意義，如莢膜組織胞漿菌[73]和煙曲霉[74]這樣的子囊菌，以及新隱球菌[75]和玉米黑粉菌等擔(dān)子菌[76]，信息素通過促進生物體響應(yīng)環(huán)境的改變而進化的能力，支持細(xì)胞之間遺傳物質(zhì)的交換。

2.5 揮發(fā)性化合物及氣體

除了將信號分子釋放到溶液或固體介質(zhì)外，生物還可以通過釋放和接收空氣中的信號分子進行信息交流。早在20世紀(jì)70年代就有真菌生長受到來自真菌或其他生物的揮發(fā)性化合物影響的描述[77]，在復(fù)合瓊脂培養(yǎng)基上生長的釀酒酵母菌落產(chǎn)生揮發(fā)性小分子氨，在另一菌落附近形成渾濁帶，氨的產(chǎn)生需要氨基酸，當(dāng)調(diào)控幾種氨基酸滲透酶正確定位的SHR3基因失活，菌落之間則不再產(chǎn)生渾濁路徑[78]。在木霉屬真菌中發(fā)現(xiàn)，可以產(chǎn)生一種具有抗真菌活性的揮發(fā)性次級代謝物6-戊基-α-吡喃酮[79]，研究發(fā)現(xiàn)木霉菌種中誘導(dǎo)分生孢子的形成除了受到晝夜節(jié)律周期調(diào)節(jié)外也可以通過揮發(fā)性試劑來控制，3種8碳化合物：1-辛烯-3-醇、3-辛醇和3-辛酮能夠在黑暗條件中誘導(dǎo)分生孢子產(chǎn)生[80]，作用效果與濃度有關(guān)，1-辛烯-3-醇作用濃度僅為0.1 μmol/L，這3種化合物中任何一種的濃度超過500 μmol/L都會抑制木霉菌種的分生和生長，暗示了其抑制真菌的作用[81]。

除了自身產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)可以作為真菌的信號分子，呼吸作用產(chǎn)生的CO2也會影響真菌的生命活動。最早的研究中發(fā)現(xiàn)，黑曲霉分生孢子萌發(fā)的最適CO2體積分?jǐn)?shù)為0.5%，而非正常大氣中的0.033%[82]。除此之外，鏈格孢屬菌和決明鏈格孢的孢子形成[83]，克雷索孢菌的分生以及新孢梭菌的莢膜形成和交配都受環(huán)境中CO2濃度變化的影響[9]。在白色念珠菌中，酵母形態(tài)向菌絲形態(tài)的轉(zhuǎn)化是由環(huán)境中的CO2濃度升高引起的[84]，另外與大氣中CO2濃度相比，高碳酸環(huán)境中的白色細(xì)胞到不透明細(xì)胞的轉(zhuǎn)換頻率可增加16倍，這兩種表型均涉及腺苷酸環(huán)化酶Cyr1，Cyr1失活則高碳酸環(huán)境不能引起的白色念珠菌菌絲形態(tài)的形成以及白色-不透明轉(zhuǎn)換頻率的升高[85]。

3 群體感應(yīng)猝滅與群體感應(yīng)抑制劑

微生物基于QS機制產(chǎn)生QSM能夠調(diào)控抗生素產(chǎn)生，還可以誘導(dǎo)其他微生物凋亡，而微生物在互作競爭進化的過程中可能會形成有效對抗QS的機制來保護自身，這稱為群體感應(yīng)淬滅(QQ)。QQ能夠抑制信號分子的合成和積累，或?qū)π盘柗肿舆M行降解和修飾，破壞微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)，從而阻斷其帶來的不利影響，能夠有效降低群體感應(yīng)調(diào)控基因表達能力的小分子稱為群體感應(yīng)抑制劑(QSI)[86]。Bin等[87]研究發(fā)現(xiàn)，從土壤及植物樣本中分離出的微生物能產(chǎn)生高效降解QSM的群體淬滅酶。QSI大部分是群體感應(yīng)通訊信號的結(jié)構(gòu)衍生物，當(dāng)環(huán)境中微生物產(chǎn)生的QSM達到閾值時，QSM會與其特異性受體結(jié)合并生成次級信號，隨后這些次級信號依次與各種啟動子受體結(jié)合，誘導(dǎo)靶標(biāo)基因表達變化，故可以通過3種方式來阻止QSM傳遞：①阻礙QSM的產(chǎn)生；②QSM的酶促降解；③阻斷QSM與對應(yīng)受體分子的相互作用，從而抑制調(diào)節(jié)基因表達的二級信號產(chǎn)生[8]。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌產(chǎn)生并接收的信號分子N-?；呓z氨酸內(nèi)酯(AHLs)能夠調(diào)節(jié)細(xì)菌抗生素的抵抗性以及毒力因子的產(chǎn)生[88]，而其他微生物、植物甚至動物能產(chǎn)生抑制AHL的QSI從而阻斷相關(guān)QS功能[89-90]。類似的，不同來源的真菌次級代謝物可對其他微生物起QSI作用，可削弱微生物的致病性，如海洋紅藻(Deliseapulchra)生產(chǎn)的鹵代呋喃酮可抑制碳青霉烯類抗生素的合成，并抑制植物病原體歐文氏菌中致病因子的產(chǎn)生[60]。此外，各種群體感應(yīng)分子也可以充當(dāng)QSI(表2)。例如，法尼醇除了是白色念珠菌的QSM，還可作為禾谷鐮刀菌[47]、表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌[91]、巴西副球孢子菌[56]和其他細(xì)菌的非白色念珠菌的抗菌劑。法尼醇與某些抗生素結(jié)合使用時可影響表皮葡萄球菌[92]、副枝梭菌[93]和熱帶念珠菌[94]的生物膜形成，從而抑制細(xì)胞生長，除此之外法尼醇還會影響構(gòu)巢曲霉的凋亡[95]。

4 總結(jié)與展望

群體感應(yīng)作為微生物間的交流機制，揭示了同一生態(tài)系統(tǒng)中各物種共同進化的本質(zhì)，群體感應(yīng)信號分子通過密度依賴性對細(xì)胞間的信號傳遞起決定性作用，不僅僅影響微生物自身的生長發(fā)育和次級代謝物的產(chǎn)生，同時還能與其他微生物、植物甚至是動物互作，同時真菌產(chǎn)生的群體感應(yīng)抑制劑破壞QS系統(tǒng)或QS介導(dǎo)的其他微生物種群的信號傳導(dǎo)是不同微生物種群之間協(xié)調(diào)和共存的另一重要手段。細(xì)菌的群體感應(yīng)機制研究相對深入，但真菌的群體感應(yīng)研究仍處于起步階段。盡管在更多的微生物群體感應(yīng)現(xiàn)象的探索以及群體感應(yīng)信號分子的作用機制等方面還存在許多有待闡明的問題，但是微生物群體感應(yīng)機制在各個領(lǐng)域的應(yīng)用已展現(xiàn)出誘人前景，比如針對病原菌，利用QS影響致病性毒力因子的生成可實現(xiàn)醫(yī)學(xué)上的抗病毒治療；對于農(nóng)業(yè)上的污染菌，可利用生物防治或從源頭抑制毒素的產(chǎn)生；對于非病原的商業(yè)化用菌，可以實現(xiàn)工業(yè)上的代謝物產(chǎn)量提高以及新產(chǎn)品開發(fā)，此外在環(huán)境污染的防治、垃圾降解等方面都已成為可能并有著良好的應(yīng)用前景。