光滑念珠菌的毒力表達(dá)特征研究進(jìn)展

趙珺濤 劉錦燕 陳柯志 項明潔

(1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院檢驗科，上海 200025；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院盧灣分院放免檢驗科，上海 200020)

引 言

由于免疫功能低下的患者的數(shù)量增加和抗生素的廣泛使用，真菌感染已成為醫(yī)院中的重要問題，目前真菌引起的感染已影響到全世界數(shù)百萬人口，根據(jù)統(tǒng)計調(diào)查，每年約有140萬人死于真菌感染[1]；最新的全球監(jiān)視和多中心研究表明，超過90%的侵入性真菌感染(invasive fungal infections，IFI)的病因是由念珠菌屬(Candidaspp.)感染引起的[2-3]。其中，光滑念珠菌(Candidaglabrata)占所有病例的近15%，且其占比有穩(wěn)步上升的趨勢，是僅次于白念珠菌(Candidaalbicans)的第二大常見的念珠菌病的病原體[4-6]。

實際上，在多年以前，光滑念珠菌曾經(jīng)一度被認(rèn)為是正常菌群中的一種不易造成嚴(yán)重感染的相對弱致病性腐生菌，因為其缺乏許多以白念珠菌為代表的致病性相關(guān)的毒力因子，例如菌絲生長或分泌數(shù)種蛋白酶的能力[7-9]。盡管如此，光滑念珠菌也在臨床引起了廣泛的關(guān)注，這不僅是因為它在真菌性淺部感染和深部侵襲性感染中都有著流行病學(xué)上的高占有率，且與其他非白念珠菌引起的感染相比其死亡率最高，而這些都與其獨特的毒力表達(dá)特征密切相關(guān)[10]。此篇綜述中，我們旨在對光滑念珠菌的毒力表達(dá)特征和相關(guān)生物學(xué)進(jìn)行概述。

1 黏附性

對于光滑念珠菌感染，黏附于各種生物及非生物材料的表面是初始定植和引起疾病的先決條件；黏附性也有助于菌體在宿主體內(nèi)的生存，并且被認(rèn)為是疾病發(fā)生發(fā)展中必不可少的[11]。

1.1 黏附性與黏附素

參與特異性黏附的念珠菌細(xì)胞表面蛋白被稱為黏附素。在光滑念珠菌中，主要的黏附素由EPA(epithelial adhesin)基因家族編碼，其編碼的Epa蛋白的整體結(jié)構(gòu)類似于白念珠菌的Als(agglutinin-like sequence)蛋白，屬于糖基化磷酯酰肌醇依賴的葡聚糖交聯(lián)細(xì)胞壁蛋白(GPI-CWP)大家族[12]。Epa1蛋白是一種鈣依賴性凝集素，可與含N-乙?；樘前返囊叶冀Y(jié)合物結(jié)合，對光滑念珠菌黏附性起關(guān)鍵作用，是光滑念珠菌的主要毒力因子[13]。Epa6蛋白盡管一般在體外呈現(xiàn)低表達(dá)狀態(tài)，但有研究表明在尿路感染過程中它的表達(dá)會大量增加，這表明光滑念珠菌能夠根據(jù)不同的環(huán)境條件對黏附素的表達(dá)進(jìn)行改變[14]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明，除EPA基因家族外，光滑念珠菌還具有其他黏附素家族，例如Pwp(由PWP1-7編碼)、Aed(由AED1和AED2編碼)和Awp(由AWP1-6和AWP8-13編碼)，這些家族對光滑念珠菌黏附性的價值與具體作用尚有待研究[15-17]。

1.2 黏附性與疏水性

菌體細(xì)胞的表面是光滑念珠菌與宿主組織或醫(yī)療器材發(fā)生物理-化學(xué)相互作用并導(dǎo)致其黏附的部位，對念珠菌細(xì)胞壁的研究表明，細(xì)胞表面疏水性(cell surface hydrophobicity，CSH)與黏附性之間存在明確關(guān)聯(lián)，即細(xì)胞表面疏水性更高的念珠菌菌株有著更強黏附性，且此相關(guān)性在光滑念珠菌上表現(xiàn)得比白念珠菌更為緊密[18-19]。有趣的是，盡管白念珠菌的疏水性對特定的生長條件極為敏感，但許多分離的光滑念珠菌對相同的生長條件卻不敏感，這為光滑念珠菌的黏附性與疏水性的關(guān)聯(lián)性較之于其他念珠菌更為緊密的現(xiàn)象提供了一個合理的假說[20]。

2 生物膜

已經(jīng)黏附于表面的菌體會開始黏附上其他菌體，開始形成離散菌落，之后菌體產(chǎn)生和分泌細(xì)胞外聚合物(extracellular polymeric substances，EPS)，它會構(gòu)成生物膜的細(xì)胞外基質(zhì)，保護(hù)菌體細(xì)胞并確保此結(jié)構(gòu)更加牢固，此后菌體細(xì)胞會釋放更多的EPS使得生物膜生長擴大，這個過程被稱為生物膜的形成[21]。

盡管此過程適用于所有念珠菌物種，但白念珠菌和光滑念珠菌生物膜之間存在差異，白念珠菌成熟的生物膜由假菌絲、菌絲和酵母細(xì)胞的致密網(wǎng)絡(luò)組成，而光滑念珠菌生物膜僅由致密的酵母細(xì)胞組成，所以光滑念珠菌的生物膜較薄，但顯示出較高的細(xì)胞密度，緊密堆積在一起[22]。

生物膜形成是念珠菌屬的重要毒力因子，它能通過限制抗真菌藥物等物質(zhì)穿過基質(zhì)的滲透而使得念珠菌耐藥性上升并同時保護(hù)菌體細(xì)胞免受宿主免疫反應(yīng)，從而增加其致病性；有調(diào)查顯示，生物膜的形成能造成包含光滑念珠菌在內(nèi)的多種念珠菌感染相關(guān)的死亡率的上升[23]。

在光滑念珠菌中，生物膜形成也與黏附性有一定聯(lián)系。Santos等[24]的研究表示，光滑念珠菌中EPA1和EPA6/7在發(fā)育成熟的生物膜中會表達(dá)上調(diào)，從而增加其黏附性。而另一方面，Kucharikova等[25]的實驗表明，EPA6/7缺失株的生物膜會明顯減少；推測這些基因突變的菌株中生物膜形成缺陷的可能原因是，EPA6和EPA7具有高度同源的序列，都位于端粒附近，其表達(dá)受到亞端粒沉默的調(diào)控，EPA6和EPA7的異常表達(dá)可能是通過亞端粒沉默來影響生物膜形成的。

3 免疫逃逸

在整個感染過程中，當(dāng)念珠菌侵入更深的組織而破壞第一道防線后，它們必須要應(yīng)對宿主固有免疫系統(tǒng)的細(xì)胞。與宿主免疫系統(tǒng)的相互作用以及抵抗宿主免疫系統(tǒng)的能力，是光滑念珠菌病原體的主要毒力特征之一。

在感染的早期階段，念珠菌病原體和上皮細(xì)胞相互作用后，前者將被宿主上皮細(xì)胞表面的模式識別受體(pattern recognition receptors， PRR)識別為侵入性微生物。PRR與菌體上的病原相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMP)，例如與β-1,3-葡聚糖相互作用，從而誘導(dǎo)宿主反應(yīng)[26]。上皮細(xì)胞是先天免疫的一部分，它不僅分泌抗微生物肽，而且還釋放促炎性介質(zhì)以觸發(fā)吞噬細(xì)胞(如嗜中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞)的募集；這些免疫細(xì)胞的表面也具有PRR，從而可以識別入侵的病原體，從而誘導(dǎo)吞噬作用；吞噬作用發(fā)生后，樹突狀細(xì)胞負(fù)責(zé)向T輔助細(xì)胞呈遞念珠菌的特異性抗原，從而引發(fā)特異性抗真菌免疫[27]。

在念珠菌與宿主免疫細(xì)胞相互作用期間，細(xì)胞壁表面的PAMP是念珠菌避免被識別或是逃避、抵抗宿主免疫攻擊的常見策略[28]。 通常，念珠菌通過把富含甘露糖基化蛋白和磷脂酰甘露聚糖的細(xì)胞壁外層作為掩蓋富含如β-1,3-葡聚糖等免疫刺激成分的內(nèi)層屏蔽層，這種方法在逃避免疫識別方面起著關(guān)鍵作用[29]。 與白念珠菌一樣，光滑念珠菌依靠細(xì)胞壁重塑來避免宿主的免疫系統(tǒng)。研究表示，缺乏細(xì)胞表面相關(guān)蛋白酶(yapsins)的缺失突變體、蛋白質(zhì)糖基化缺陷的突變體、細(xì)胞壁完整性被破壞的突變體都能引起更強的炎癥反應(yīng)[30-31]。

與白念珠菌不同的是，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞在體內(nèi)感染部位的募集是光滑念珠菌免疫系統(tǒng)逃避策略的一部分[32]。 實際上，光滑念珠菌感染基本上沒有激活任何MAPK途徑，包括Erk1 / 2(細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶)，SAPK / JNK(應(yīng)激活化蛋白激酶/ c-Jun氨基末端激酶)和NF-κB信號傳導(dǎo)；巨噬細(xì)胞募集后，唯一被顯著誘導(dǎo)的細(xì)胞因子是GM-CSF(粒細(xì)胞/單核細(xì)胞集落刺激因子)，而對其他促炎細(xì)胞因子(TNF-α，IL-1，IL-6，IL-8和IFN-γ)的誘導(dǎo)卻很低[32-34]。GM-CSF是巨噬細(xì)胞的有效激活劑，可誘導(dǎo)其前體細(xì)胞分化以及將巨噬細(xì)胞募集到感染部位，這可以解釋體內(nèi)觀察到的單核細(xì)胞而不是嗜中性粒細(xì)胞的組織浸潤增強。考慮到光滑念珠菌在巨噬細(xì)胞中高度的存活和復(fù)制的能力，因此誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞內(nèi)吞并在其內(nèi)部生存繁衍被認(rèn)為是該病原體免疫逃逸的策略[34]。

4 其 他

4.1 酶類

與其他念珠菌相反，光滑念珠菌不產(chǎn)生細(xì)胞外蛋白酶，但發(fā)現(xiàn)其致病性或許與磷脂酶(phospholipases，Plp)有關(guān)[35-36]。磷脂酶將磷脂水解成脂肪酸，有助于促進(jìn)宿主細(xì)胞損傷或促進(jìn)黏附受體的暴露；光滑念珠菌可通過產(chǎn)生磷脂酶，促進(jìn)與宿主黏膜間更強的接觸并破壞，以支持菌體對宿主組織的入侵[36]。

有報道稱，光滑念珠菌能夠使用溶血素來降解血紅蛋白以獲得鐵，以納入代謝過程來幫助生長[37]。盡管光滑念珠菌能夠在體外產(chǎn)生溶血素，推測是光滑念珠菌致病性的毒力因子，但目前人們對光滑念珠菌中溶血活性的基因表達(dá)了解甚少[38]。

4.2 體外生存能力

與其他念珠菌相比，光滑念珠菌似乎是體外生存更強大的物種之一，能夠在無生命的表面上存活超過5個月，而白念珠菌的生存力限制在4個月左右，而近平滑念珠菌則在2周后就會迎來死亡，這點或許可以補充解釋光滑念珠菌在真菌醫(yī)院感染中不可忽視的地位[39-40]。

5 結(jié) 語

具有更強耐藥性的非白念珠菌的發(fā)病率與死亡率正緩慢提升，光滑念珠菌就是其主要代表。它在臨床上分離率的增多，直接增加了真菌性感染的難治性及對臨床醫(yī)生的考驗[41-42]。

光滑念珠菌在系統(tǒng)發(fā)育、基因、特別是毒力特征上都和其他念珠菌有著巨大的異質(zhì)性。大多數(shù)以白念珠菌為代表的毒力機制，在光滑念珠菌中并不存在，其中，缺乏酵母相到菌絲相的二態(tài)性就是光滑念珠菌最顯著的差異特征之一。菌絲相與多種關(guān)鍵的念珠菌性狀(組織入侵、生物膜形成、免疫逃避)有關(guān)，而缺乏這種狀態(tài)的光滑念珠菌則必須獲得其他機制才能達(dá)到相同的目標(biāo)[7]。通過以EPA家族為代表的黏附力、獨特的酵母相型生物膜、以及對巨噬細(xì)胞的免疫逃逸等機制，光滑念珠菌得以獲得附著或侵入宿主并持久性生長的能力，最終導(dǎo)致淺部真菌病或侵入性真菌感染。

光滑念珠菌相關(guān)疾病的高發(fā)病率和危害性，使得我們有必要進(jìn)一步增強對其毒力表現(xiàn)與其生物學(xué)機制的認(rèn)識，該領(lǐng)域的研究將有助于確定針對這些病原體的新靶標(biāo)，為光滑念珠菌新型治療方法或預(yù)防思路的出現(xiàn)提供基礎(chǔ)與依據(jù)。