金黃色葡萄球菌生物膜形成及調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

李新圃，羅金印，武小虎，李宏勝，丁學(xué)智 (中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蘭州畜牧與獸藥研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部獸用藥物創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省中獸藥工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730050)

金黃色葡菌球菌(金葡菌)是一種生存能力極強(qiáng)且分布十分廣泛的條件性致病菌，既可作為一種無害的共生物存在于環(huán)境中以及人和動(dòng)物的皮膚黏膜表面，又可引起許多感染性疾病，小到輕度淺表感染大到嚴(yán)重危害生命的重癥感染。在病理?xiàng)l件下，金葡菌能夠釋放多種致病性毒素，例如腸毒素A、α-溶血素、凝集因子A、纖維蛋白結(jié)合蛋白A、殺白細(xì)胞素、中毒休克毒素、血漿凝固酶、剝脫毒素A和耐熱核酸酶等，并且能夠針對(duì)治療的抗生素啟動(dòng)相應(yīng)的耐藥機(jī)制，歸納起來主要包括[1]：①促進(jìn)藥物外排；②使酶制劑改性和失活；③藥物的結(jié)合位點(diǎn)被酶修飾；④產(chǎn)生干擾物質(zhì)與藥物爭奪結(jié)合位點(diǎn)；⑤通過一些旁路機(jī)制獲得耐藥性；⑥通過基因突變改變藥物作用位點(diǎn)和細(xì)胞壁/膜的藥物滲透性等。

能夠促使金葡菌釋放毒素并啟動(dòng)耐藥機(jī)制的病理?xiàng)l件，除了宿主本身免疫力下降和組織器官受損外，一個(gè)十分重要的因素就是金葡菌極易形成生物膜。生物膜是細(xì)菌通過自身分泌的胞外基質(zhì)(ECM)相互黏連形成膜狀細(xì)菌群體，具有極強(qiáng)的黏附性、環(huán)境適應(yīng)能力和自身保護(hù)作用[2]。自然環(huán)境中大多數(shù)細(xì)菌都能以生物膜的形式存在，生物膜能夠黏附在宿主的組織表面，一旦組織細(xì)胞受損，致病菌能夠不斷釋放毒素引發(fā)感染，并且可能進(jìn)入機(jī)體內(nèi)隨血液流動(dòng)播散，導(dǎo)致全身性感染。在所有微生物和慢性感染中，分別有65%和80%與生物膜形成有關(guān)[3]。金葡菌生物膜還能夠抵御宿主免疫系統(tǒng)，更容易產(chǎn)生耐藥菌株，甚至多重耐藥菌株，這些耐藥菌株是導(dǎo)致慢性感染的主要病原，給人類和家畜的健康及生命造成極大的危害[4]。

1 金葡菌生物膜的形成機(jī)制

1.1 金葡菌生物膜細(xì)菌可以通過最初的黏附聚集，最終形成具有一定功能和結(jié)構(gòu)的成熟生物膜，其功能結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌生物膜是被自身產(chǎn)生的ECM包裹的細(xì)菌多細(xì)胞團(tuán)體[2]。細(xì)菌可通過ECM自我屏蔽保護(hù)，免受逆境壓力。一些不利條件，例如營養(yǎng)限制或饑餓、化學(xué)物質(zhì)和物理作用的攻擊等，均可觸發(fā)生物膜的形成。金葡菌ECM的主要成分是胞外多糖、蛋白質(zhì)、磷壁酸和胞外DNA(eDNA)，并且每種成分的組成和比例都會(huì)因菌株不同而存在差異[5]。目前金葡菌生物膜的研究仍以體外模型為主，其形成機(jī)制主要存在兩種理論：一是基于最初的研究，認(rèn)為金葡菌生物膜的形成與多糖胞間黏附素(PIA)有直接的關(guān)系，但進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，沒有PIA的金葡菌也能形成生物膜，因此根據(jù)生物膜初始黏附階段是否存在PIA，將生物膜形成分為PIA依賴和PIA非依賴途徑，即ica依賴和ica非依賴途徑[6]。二是隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)生物膜的形成過程可以分為4個(gè)階段，即初始附著、細(xì)胞聚集形成多細(xì)胞層、生物膜成熟并分離出單個(gè)浮游菌、膜表面的浮游菌分散并開啟新的生物膜周期[7]。這兩種理論相輔相成，從不同的側(cè)重點(diǎn)研究和闡明金葡菌生物膜的形成機(jī)制。

1.2 基于PIA的生物膜形成機(jī)制

1.2.1PIA依賴途徑 金葡菌生物膜形成過程的附著積累階段主要依賴于PIA，其合成主要受基因ica調(diào)控[8]。ica包括4個(gè)功能基因icaA、icaD、icaB和icaC和一個(gè)調(diào)節(jié)基因icaR。icaADBC編碼的葡糖胺轉(zhuǎn)移酶誘導(dǎo)產(chǎn)生胞外多糖，主要成份是PIA，它是β-(1，6)-N-乙酰葡糖胺多聚體(PNAG)，所以也被稱為PNAG，是生物膜基質(zhì)中的主要多糖組分，是細(xì)胞成簇的主要功能性物質(zhì)，能夠促進(jìn)細(xì)菌之間的黏附聚集和細(xì)菌黏附到生物材料表面[9]。icaR是一個(gè)阻遏基因，敲除icaR或抑制icaR轉(zhuǎn)錄，icaABCD表達(dá)上調(diào)，PIA合成量增加，生物膜形成能力增強(qiáng)。PIA作為ECM的多糖成分在早期金葡菌生物膜形成過程中發(fā)揮重要作用，然而金葡菌icaA突變體缺乏PIA也能表現(xiàn)出正常的細(xì)胞積累作用，并且一些具有ica基因和PIA的菌株反而不能形成生物膜，說明金葡菌生物膜的形成并不完全依賴于PIA，還存在PIA非依賴形成途徑。

1.2.2PIA非依賴途徑 有些金葡菌菌株以不依賴PIA的方式黏附積累，如耐甲氧西林金葡菌(MRSA)主要通過蛋白質(zhì)而不是多糖形成生物膜[10]。金葡菌表面肽聚糖上共價(jià)錨定著一組以N端含有信號(hào)肽序列、C端含有“LPXTG”模體為特征的表面蛋白即細(xì)胞壁錨定(CWA)蛋白[11]，其中有一類能和ECM成分結(jié)合的蛋白分子，被稱為識(shí)別黏附基質(zhì)分子的微生物表面成分(MSCRAMM)，它們被認(rèn)為可以促使金葡菌牢固定植到特定的組織細(xì)胞表面以及附著在有血漿蛋白和胞外基質(zhì)蛋白的非生物材料表面，參與細(xì)菌黏附聚集形成生物膜[12]。MSCRAMM家族主要包括凝集因子A(ClfA)和B(ClfB)，它們是介導(dǎo)金葡菌黏附到纖維蛋白原的表面黏附素[13]；纖維蛋白結(jié)合蛋白(FnBPs)是一類可以促進(jìn)金葡菌與纖維蛋白原、彈性蛋白和纖連蛋白結(jié)合的多功能蛋白，其中的FnBPA和FnBPB主要參與菌體與生物表面的初始附著以及相鄰細(xì)胞間的黏附，介導(dǎo)生物膜的形成[14]；絲氨酸-天冬氨酸重復(fù)序列蛋白(Sdr)，其中的SdrC、SdrD和SdrG可以促進(jìn)與純化的鱗狀細(xì)胞黏附[15]；骨唾液酸結(jié)合蛋白(Bbp)，能夠與纖維蛋白原結(jié)合，促進(jìn)與胞外基質(zhì)的黏附[9]；膠原黏附素(Can)，具有識(shí)別膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)的作用，可以黏附到富含膠原蛋白的組織細(xì)胞上[16]。

最初使用MSCRAMM術(shù)語是認(rèn)為金葡菌主要附著在細(xì)胞表面的糖結(jié)合物上[17]，但進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，一些能夠促使金葡菌定植黏附的CWA蛋白并不都是MSCRAMM家族成員，并且有些MSCRAMM蛋白除了能夠促進(jìn)細(xì)胞間黏附外還有其他功能。因此，有人根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能將CWA蛋白分為4大類[15]，最大一類是MSCRAMMs蛋白，其特征具有DLL(dock， lock and latch)配體結(jié)合機(jī)制[18]，主要功能是參與細(xì)菌黏附和聚集，促進(jìn)生物膜形成。其他介導(dǎo)生物膜形成的CWA蛋白還有鐵離子調(diào)控表面蛋白(Isd)、蛋白A和金葡菌表面蛋白G(SasG)。Isd包括IsdA、IsdB和IsdH，它們的配體結(jié)合機(jī)制均與NEAT(near iron transporter)基序有關(guān)[19]，能夠選擇性識(shí)別血紅素、纖維蛋白原、纖連蛋白、K10、葉黃素和β3整合素，促進(jìn)細(xì)菌與生物細(xì)胞及其胞外基質(zhì)的黏附；蛋白A在金葡菌中普遍存在，是一種多功能蛋白，具有重復(fù)三螺旋束結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合多個(gè)不同的配體，在生物膜形成過程發(fā)揮作用[20]；SasG與積累相關(guān)蛋白(Aap)密切相關(guān)，Aap是表皮葡萄球菌生物膜形成所必需的蛋白，它們均有G5-E結(jié)構(gòu)(G5結(jié)構(gòu)域被E區(qū)的50殘基序列隔開)[21]。另外，在MRSA中發(fā)現(xiàn)的纖溶酶敏感表面蛋白(Pls)是SasG同源物，可能與SasG有相似的功能機(jī)制，可黏附上皮細(xì)胞促進(jìn)生物膜形成[22]。還有一類CWA蛋白在生物膜形成過程發(fā)揮重要作用，但它們的作用機(jī)制不是很清楚，例如生物膜相關(guān)蛋白(Bap)，能夠增進(jìn)金葡萄在上皮細(xì)胞表面聚集促進(jìn)生物膜形成，還有金葡菌表面蛋白X(SasX)和C(SasC)，在生物膜形成過程中促進(jìn)金葡萄黏附和聚集[23]。

1.3 基于階段性發(fā)展的形成機(jī)制

1.3.1初始附著 金葡菌與非生物表面之間存在非特異性附著[24]。金葡菌可通過靜電和疏水作用附著在非生物表面上，ECM的成分磷壁酸帶有負(fù)電荷，能夠附著在聚苯乙烯和玻璃表面。自溶素(AtlA)有助于細(xì)胞在聚苯乙烯表面附著，atlA基因突變體在非生物表面形成生物膜的能力降低。金葡菌與生物表面之間還存在特異性附著。為了在生物體表面形成生物膜，浮游菌首先利用各種針對(duì)不同基質(zhì)底物的CWA蛋白附著在生物體表面，這些CWA蛋白對(duì)宿主基質(zhì)成分如纖維蛋白、纖維蛋白原、膠原蛋白、細(xì)胞角蛋白等具有不同的結(jié)合特異性，前面已進(jìn)行了簡要介紹(詳見1.2.2)，這里不再累述。

1.3.2細(xì)胞聚集 初始附著后，為了維持尚未成熟的生物膜穩(wěn)定，金葡菌會(huì)產(chǎn)生有助于穩(wěn)定細(xì)胞間聚集的多種因子。研究顯示，細(xì)胞質(zhì)蛋白烯醇酶和甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)能夠響應(yīng)生物膜環(huán)境的pH值降低，與eDNA結(jié)合附著在細(xì)胞表面，成為金葡菌生物膜的基質(zhì)成分[25]。盡管尚不清楚這兩個(gè)缺乏信號(hào)肽的細(xì)胞質(zhì)蛋白到達(dá)細(xì)胞外環(huán)境的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，但有人分析認(rèn)為，隨著生物膜發(fā)育進(jìn)入增殖階段，一些死亡細(xì)胞裂解并釋放DNA、細(xì)胞質(zhì)蛋白烯醇酶和GAPDH等到細(xì)胞外環(huán)境成為ECM成分，并且相互作用促進(jìn)細(xì)胞聚集，為生物膜的成熟奠定基礎(chǔ)[12]。此外，通常作用于染色體構(gòu)造的胞質(zhì)核苷關(guān)聯(lián)蛋白(NAPs)也可通過結(jié)合eDNA充當(dāng)ECM組分蛋白，促進(jìn)生物膜形成[26]。eDNA是一種潛在的靜電聚合物，可以促進(jìn)細(xì)菌之間相互黏附和附著在生物體上，甚至黏附到非生物體上[27]。

1.3.3生物膜成熟 DNA和蛋白質(zhì)在生物膜成熟過程中發(fā)揮重要的作用。eDNA是重要的生物膜基質(zhì)成分，大多來自菌體自溶釋放的DNA，其過程受細(xì)胞壁水解酶介導(dǎo)和操縱子(cidABC/lrgAB)調(diào)控。cidABC/lrgAB具有類似穿孔素/抗穿孔素(holin/antiholin)的作用，cidA發(fā)揮holin的功能，可以在細(xì)胞膜形成孔道轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞壁水解酶，而lrgA發(fā)揮antiholin的作用，抑制cidA作用調(diào)控eDNA產(chǎn)生[28]。同時(shí)eDNA被自身分泌的核酸酶(Nuc)降解使生物膜的總生物量減少[29]。eDNA起源于細(xì)胞裂解，并通過質(zhì)粒插入其他菌的轉(zhuǎn)座子或致病島，有助于交換遺傳物質(zhì)，使毒力因子和抗生素耐藥因子基因被交流[1]。使用Nuc降解eDNA，生物膜總量明顯減少，細(xì)菌對(duì)殺菌物質(zhì)的敏感性顯著增加[28]。Nuc介導(dǎo)eDNA降解促進(jìn)生物膜解離，可能是生物膜發(fā)育過程一個(gè)重要的調(diào)控階段，以便結(jié)構(gòu)重建，形成更有利于生物膜發(fā)展的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

研究顯示，金葡菌生物膜在成熟過程中，不斷有細(xì)菌掙脫黏附，并殘留在基底層的細(xì)胞上形成微菌落結(jié)構(gòu)，這一過程受操縱子cidABC和lrgAB的調(diào)控，這些微菌落的生長和分散速率均不完全相同[30]。由于微菌落的不斷解離和形成，生物膜結(jié)構(gòu)不斷得到修飾和重塑，其中酚溶性調(diào)控蛋白(PSMs)發(fā)揮重要的介導(dǎo)作用。PSMs是一類具有α-螺旋結(jié)構(gòu)的多肽兩性分子，具有表面活性劑的特點(diǎn)，可以破壞生物膜基質(zhì)中大分子間的靜電和疏水作用，介導(dǎo)生物膜的分散[31]。PSMs主要在生物膜形成過程產(chǎn)生解離作用，若將PSMs加入到成熟的生物膜中，不能破壞成熟生物膜基質(zhì)中多糖等大分子間的共價(jià)鍵[32]。當(dāng)psm基因突變不能正常表達(dá)時(shí)，金葡菌生物膜內(nèi)部微孔道減少、結(jié)構(gòu)變厚，表面變得光滑[33]。

1.3.4生物膜的分散 成熟的生物膜外觀呈現(xiàn)蘑菇狀，內(nèi)部的細(xì)菌不斷被解離和重新聚集，結(jié)構(gòu)不斷修飾完善，當(dāng)細(xì)菌密度達(dá)到一定的功能閾值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，使生物膜進(jìn)入分散階段，生物膜外表面的細(xì)菌脫離生物膜成為浮游菌，四處散播、附著，開啟新的生物膜周期，周而復(fù)始，造成病原菌不斷傳播，感染反復(fù)發(fā)作難以治愈[7]。金葡菌生物膜的分散在很大程度上受附屬基因調(diào)節(jié)子(Agr)調(diào)控[33]。Agr系統(tǒng)可調(diào)控相關(guān)細(xì)胞外蛋白酶的分泌，這些蛋白酶包括金屬蛋白酶(Aur)、半胱氨酸蛋白酶(ScpA、SspB)、絲氨酸蛋白酶(SspA或V8)和絲氨酸類蛋白酶(SplA、SplB、SplC、SplD、SplE、SplF)，它們與生物膜的解離密切相關(guān)，敲除這些蛋白酶基因或加入蛋白酶抑制劑能夠明顯抑制生物膜的解離[34]。當(dāng)Agr低表達(dá)時(shí)，菌體表面的黏附因子不能被有效抑制，金葡菌生物膜形成能力增強(qiáng)，而當(dāng)Agr高表達(dá)時(shí)，金葡菌生物膜形成能力降低，同時(shí)細(xì)胞外毒素分泌增多[35]。

Agr調(diào)控的生物膜分散機(jī)制涉及到PSMs的產(chǎn)生和作用。AgrA可以結(jié)合到細(xì)菌DNA的相應(yīng)位點(diǎn)，降低表面蛋白的基因表達(dá)水平，促進(jìn)psmα和psmβ轉(zhuǎn)錄，有助于生物膜分散[36]。而且PSMs只能在生物膜形成過程產(chǎn)生解離作用起到重塑結(jié)構(gòu)的作用，不能破壞已成熟生物膜基質(zhì)中的多糖等大分子間的共價(jià)鍵分散生物膜[32]，可能PSMs的作用主要是“形成狀態(tài)”影響了生物膜的完整性。雖然大多數(shù)研究顯示PSMs的類表面活性劑作用促進(jìn)了生物膜的分散，但也有相反的研究結(jié)果，PSMs能夠聚集成不溶性淀粉樣纖維有助于維持生物膜結(jié)構(gòu)，阻止生物膜擴(kuò)散[37]，并且eDNA的存在促進(jìn)了這些淀粉樣結(jié)構(gòu)的形成[5]。這些看似矛盾的研究結(jié)果恰好說明生物膜不僅具有復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)，而且存在復(fù)雜的調(diào)控系統(tǒng)，ECM成分之間通過相互協(xié)同和制約不斷促進(jìn)生物膜的發(fā)展。分散是生物膜發(fā)展過程必不可少的作用模式，一方面有利于生物膜內(nèi)的部微菌落重建，在基因表達(dá)、ECM組成和代謝水平上多樣化發(fā)展，能夠更好地抵御環(huán)境中的抗菌因子。另一方面有助于生物膜外部細(xì)菌脫離生物膜成為浮游狀態(tài)，恢復(fù)對(duì)抗菌藥物的敏感性，同時(shí)重新感染宿主、傳播病原和釋放毒素。

2 金葡菌生物膜的調(diào)控系統(tǒng)

2.1 QS系統(tǒng)細(xì)菌生物膜的形成有復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)調(diào)控，目前研究較多的主要是QS系統(tǒng)。QS是監(jiān)測菌群數(shù)量和密度并感應(yīng)周圍環(huán)境的重要機(jī)制，當(dāng)信號(hào)分子濃度達(dá)到閾值，細(xì)菌可通過改變相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)控自身行為適應(yīng)環(huán)境變化[36]。在QS調(diào)控下，細(xì)菌能夠分泌特定的信號(hào)分子并感應(yīng)它的濃度變化，調(diào)控一些生物學(xué)功能，例如生物膜的形成和毒力因子的分泌等[38]。QS系統(tǒng)由一系列調(diào)控因子組成，葡萄球菌主要涉及到的調(diào)控因子有Agr、BigB、SarA、LuxS/AI-2蛋白和基因。

2.2 AgrAgr是金葡菌QS系統(tǒng)中最有代表性的調(diào)控因子，主要調(diào)控生物膜的解離和分散。Agr系統(tǒng)由AgrA、AgrB、AgrC和AgrD蛋白組成，由啟動(dòng)子P2和P3啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄[39]。AgrD編碼自誘導(dǎo)肽(AIP)，AgrB有助于AIP的成熟和輸出，當(dāng)細(xì)胞外AIP濃度達(dá)到閾值時(shí)，AgrC結(jié)合AIP使AgrA磷酸化，激活P2和P3。P2啟動(dòng)RNAⅡ轉(zhuǎn)錄，編碼AgrA、AgrB、AgrC和AgrD。P3啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄效應(yīng)分子RNAⅢ轉(zhuǎn)錄，通過不同途徑調(diào)控生物膜相關(guān)基因和一些毒力因子的表達(dá)。AgrA能夠增強(qiáng)PSM表達(dá)，促進(jìn)生物膜分散[36]。Agr還能夠調(diào)控蛋白酶表達(dá)，降低金葡菌對(duì)細(xì)胞表面的黏附能力，促進(jìn)生物膜的解離和分散[34]。當(dāng)agr基因缺失時(shí)，金葡菌生物膜變厚、微孔道減少、表面更為光滑、失去解離播散能力，形成廣泛而密實(shí)的生物膜，更傾向于形成局部慢性感染[40]。

2.3 SarSarA蛋白與金葡菌生物膜的形成密切相關(guān)，在一定條件下促進(jìn)Agr和RNAⅢ的表達(dá)，調(diào)節(jié)一些毒力基因的表達(dá)，對(duì)生物膜的形成和毒素的產(chǎn)生有重要的調(diào)節(jié)作用[41]。研究顯示，SarA可以特異性結(jié)合bap基因，啟動(dòng)其表達(dá)，活化Bap蛋白，促進(jìn)生物膜的形成；抑制核酸酶和蛋白酶的活性，減少eDNA及蛋白質(zhì)的降解，有利于細(xì)菌黏附和聚集；促進(jìn)ica轉(zhuǎn)錄參與金葡菌PIA的合成與調(diào)節(jié)，有助于PIA依賴生物膜的形成[42]。也有研究發(fā)現(xiàn)，SarA在金葡菌對(duì)數(shù)生長期上調(diào)CWA表達(dá)，抑制胞外蛋白酶的產(chǎn)生，促進(jìn)細(xì)菌黏附和早期生物膜形成，而在對(duì)數(shù)生長后期結(jié)合到自身啟動(dòng)子，促進(jìn)生物膜的解離和播散，說明在金葡菌生物膜發(fā)展的不同階段，SarA通過發(fā)揮不同的作用，正向調(diào)控生物膜的形成[43]。因此，下調(diào)和敲除sarA均能降低金葡菌生物膜的形成能力[44]，同時(shí)提高對(duì)抗生素的敏感性。

2.4 轉(zhuǎn)錄因子SigBSigB(Sigma B)也被稱為σB，是調(diào)控金葡菌生物膜形成及毒素因子表達(dá)的重要因素，其功能比較復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，SigB可以通過調(diào)控agr和sar基因影響金葡菌生物膜的形成[45]；能夠降低核酸酶和蛋白酶的活性，促進(jìn)eDNA釋放，增強(qiáng)生物膜的形成能力[46]；還能夠促進(jìn)icaADBC轉(zhuǎn)錄水平增強(qiáng)，有助于PIA依賴金葡菌生物膜的發(fā)育，其突變株由于缺失sigB基因限制了生物膜的形成[42]。但也有不同的研究結(jié)果，在SigB存在下，Ica蛋白的轉(zhuǎn)換加速，PIA的合成減少，生物膜形成能力降低，而SigB突變體能夠積累更高水平的IcaC蛋白，比野生菌株產(chǎn)生更高水平的PIA，使生物膜形成能力增強(qiáng)[47]。這些看似矛盾的研究結(jié)果可能與金葡菌生物膜基質(zhì)的差異性和多變性有關(guān)[5]，同時(shí)也反映了SigB在金葡菌生物膜形成過程具有多重作用和功能。

2.5 信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)(LuxS/AI-2)該系統(tǒng)是革蘭陽性和陰性細(xì)菌可共享的一個(gè)QS系統(tǒng)，可以介導(dǎo)非同種細(xì)菌之間的信號(hào)傳導(dǎo)[48]。在大多數(shù)革蘭陽性和陰性菌中都發(fā)現(xiàn)了自誘導(dǎo)物(AI-2)，其介導(dǎo)細(xì)菌間的信號(hào)交流，在細(xì)菌生物膜協(xié)同生長中起關(guān)鍵性作用[49]。AI-2衍生自4，5-二羥基-2，3-戊二酮(DPD)，DPD由酶(LuxS)活化甲基環(huán)而合成。AI-2是能夠相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)構(gòu)體結(jié)構(gòu)，而不是單一的化合物。LuxS/AI-2系統(tǒng)通過上調(diào)IcaR，抑制icaA的轉(zhuǎn)錄，降低PIA依賴性生物膜的形成能力。敲除luxS基因可使IcaR下調(diào)，添加外源性AI-2可恢復(fù)其表達(dá)。因此，LuxS/AI-2可能對(duì)PIA依賴性生物膜的形成起負(fù)調(diào)控作用。

3 小結(jié)與展望

對(duì)生物膜組成結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，由于金葡菌生物膜形成大量的ECM，能夠產(chǎn)生物理屏障，影響抗生素的擴(kuò)散和分布，降低其殺菌作用，同時(shí)生物膜內(nèi)部的細(xì)菌處于休眠狀態(tài)，生長代謝緩慢，影響各類抗生素在細(xì)菌不同生長階段發(fā)揮作用。生物膜形成機(jī)制相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，金葡菌生物膜不僅是細(xì)菌與ECM之間的黏附和堆砌，而且具有一定的功能性、結(jié)構(gòu)性和調(diào)控性，能夠有序完成生物膜的黏附、聚集、成熟和播散，周而復(fù)始，導(dǎo)致菌體在感染部位難以被徹底清除，從而造成感染難以治愈，病原不斷擴(kuò)散。對(duì)生物膜調(diào)控系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，金葡菌生物膜涉及的調(diào)控因子，不僅參與生物膜的形成和調(diào)控，而且還參與其他毒素的釋放和調(diào)控，與金葡菌強(qiáng)大的耐藥性和致病性密切相關(guān)。相比浮游狀態(tài)，生物膜中的金葡菌對(duì)大多數(shù)抗菌素的敏感性降低，而耐藥性可提高10～1 000倍[50]。

金葡菌的耐藥問題不僅表現(xiàn)在臨床治療中，并且對(duì)新藥的開發(fā)研究也造成極大的影響。盡管目前抗菌藥物的研發(fā)已經(jīng)取得很大的成效，但研發(fā)一個(gè)新藥仍需花費(fèi)巨大的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間。大多數(shù)抗生素只要應(yīng)用到臨床上，就會(huì)產(chǎn)生耐藥菌株，尤其是金葡菌，很容易產(chǎn)生耐藥菌株，甚至多重耐藥菌株，不僅增加了新藥研發(fā)的成本，而且增大了研發(fā)的難度。因此，想要有效對(duì)抗金葡菌等引發(fā)的各種感染，就必須通過多種途徑，降低病原菌的耐藥性，充分發(fā)揮抗菌藥物的抗菌療效，例如群體感應(yīng)抑制劑(QSI)的研究就是目前倍受關(guān)注的研發(fā)熱點(diǎn)。QSI是指對(duì)QS系統(tǒng)及其調(diào)控因子具有靶向干預(yù)作用的化合物，具有不易產(chǎn)生耐藥菌株的治療優(yōu)勢。因此，有必要及時(shí)了解金葡菌生物膜形成機(jī)制方面的研究進(jìn)展，更好地確立研究的目標(biāo)和方向。