外陰陰道念珠菌病發(fā)病機(jī)制及抗生物膜治療的研究進(jìn)展

張歡歡,莫 非,2,劉藝清,丁文靜 綜述,渠 巍,△ 審校

1.貴州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院,貴州貴陽 550000;2.貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院臨床檢驗(yàn)中心,貴州貴陽 550000;3.貴陽市婦幼保健院檢驗(yàn)科,貴州貴陽 550000

外陰陰道念珠菌病是一種常見的女性陰道黏膜感染性疾病,主要由白念珠菌引起[1]。常見的臨床表現(xiàn)包括陰道瘙癢、灼熱、疼痛、發(fā)紅及陰道白色豆腐渣樣分泌物。外陰陰道念珠菌病是最常見的人類念珠菌感染,有研究報道,75%的女性一生中至少感染一次,而在感染的女性中,5%～9%的外陰陰道念珠菌病會發(fā)展成復(fù)發(fā)性外陰陰道念珠菌病[1-3]。因此針對外陰陰道念珠菌病的發(fā)病機(jī)制展開研究,并尋求有效的治療手段意義重大。此外,真菌感染通常與生物膜的形成有關(guān),而念珠菌形成生物膜的能力是其致病性的關(guān)鍵,被認(rèn)為是外陰陰道念珠菌病和復(fù)發(fā)性外陰陰道念珠菌病的重要毒力因素[4]。目前對白念珠菌生物膜的研究不多且分散,因此本文通過對外陰陰道念珠菌病的發(fā)病機(jī)制及抗生物膜治療進(jìn)展的文獻(xiàn)復(fù)習(xí),為臨床認(rèn)識外陰陰道念珠菌病的病因?qū)で笾委熜滤悸诽峁├碚撘罁?jù)。

1 外陰陰道念珠菌病的發(fā)病機(jī)制

1.1念珠菌的毒力 外陰陰道念珠菌病主要感染菌株為白念珠菌,白念珠菌具有多態(tài)性,主要為卵球形酵母和細(xì)長菌絲兩種形態(tài),在某些特定環(huán)境下,不同的生長形式和形態(tài)之間可逆切換[5]。念珠菌主要通過兩種主要機(jī)制進(jìn)行破壞:菌絲的直接入侵或毒力效應(yīng)物的分泌,菌絲對于突破黏膜屏障和造成組織損傷至關(guān)重要[6]。

1.1.1凝集素樣序列(ALS) ALS基因代表了白念珠菌中的一個黏附素家族,許多與菌絲相關(guān)的黏附素有助于將白念珠菌錨定在黏膜上皮上。ALS3是一種菌絲特異性細(xì)胞壁蛋白,是白念珠菌ALS蛋白家族的一員。ALS3作為一種侵襲素,誘導(dǎo)白念珠菌的網(wǎng)格蛋白依賴性內(nèi)吞進(jìn)入上皮細(xì)胞,進(jìn)一步促進(jìn)其侵襲性,還可結(jié)合異源配體,包括鈣黏蛋白、鐵蛋白和戈登鏈球菌表面蛋白。這使得ALS3成為抗念珠菌治療的潛在目標(biāo)。白念珠菌在各種基質(zhì)(包括唾液膜、聚苯乙烯和硅酮彈性體)上形成生物膜的能力也受到ALS3表達(dá)的影響[7]。

1.1.2菌絲壁蛋白(HWP) HWP家族的成員是毒力和交配所必需的,HWP1是酵母樣真菌菌絲形態(tài)的關(guān)鍵毒力因子之一,具有獨(dú)特的作用機(jī)制,是真菌細(xì)胞黏附上皮細(xì)胞的一個關(guān)鍵因素[3]。HWP1具有一個糖基磷脂酰肌醇錨定結(jié)構(gòu)域,其n端序列是轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶與上皮細(xì)胞結(jié)合的底物。HWP1與宿主上皮細(xì)胞表面的各種蛋白質(zhì)結(jié)合,其中包括結(jié)合ALS1和ALS3,可調(diào)節(jié)芽孢-菌絲和菌絲-菌絲的自黏附,這是生物膜結(jié)構(gòu)中的一個關(guān)鍵相互作用[8]。在口腔念珠菌病小鼠模型中,HWP1基因兩個拷貝均被刪除的菌株的毒力顯著降低,這表明該黏附蛋白是念珠菌的關(guān)鍵毒力因子[9]。

1.1.3分泌型天冬氨酸蛋白酶(SAP) SAP家族由10個SAP(SAP1～SAP10)基因編碼,是白念珠菌在黏膜和播散性感染中的重要毒力因子,因?yàn)樗鼈兺ㄟ^促進(jìn)入侵和對抗宿主防御系統(tǒng)在致病性中發(fā)揮潛在作用[10]。這些基因根據(jù)菌株和環(huán)境條件(如pH值、溫度或營養(yǎng)來源類型) 的不同而差異表達(dá),如SAP1～SAP3主要在酵母細(xì)胞中表達(dá),而SAP4～SAP6幾乎只在接近中性pH值的菌絲形成過程中表達(dá),從而支持宿主穿透和逃避免疫反應(yīng)。生物膜形成過程中,SAP5和SAP6的表達(dá)增加,SAP9和SAP10與出芽時真菌黏附、細(xì)胞壁完整性和細(xì)胞分離有關(guān)[11]。

1.2宿主免疫 白念珠菌作為病原體與宿主的相互作用取決于真菌毒力、宿主免疫反應(yīng)和微生物環(huán)境。雖然真菌毒力對外陰陰道念珠菌病的初始發(fā)病很重要,但是宿主免疫反應(yīng)在真菌、宿主和微生物群之間的相互作用發(fā)揮的上皮屏障上,提供了對白念珠菌感染的關(guān)鍵保護(hù)[6]。真菌識別天然免疫系統(tǒng)是抵御白念珠菌感染的第一道防線,通過天然免疫細(xì)胞的模式識別受體(PRR)進(jìn)行白念珠菌的免疫反應(yīng)過程。PRR中如TOLL樣受體(TLR)和C型凝集素受體(CLR),與白念珠菌細(xì)胞壁上的病原體相關(guān)分子模式(PAMP)相互作用,如葡聚糖和甘露聚糖,導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子的分泌[12]。以下幾種類型的CLR對于白念珠菌的識別至關(guān)重要,包括DECTIN-1、DECTIN-2、MINCLE、DC-SIGN和MR。DECTIN-1識別真菌Β-葡聚糖,該葡聚糖觸發(fā)CARD9-SYK通路,導(dǎo)致核因子(NF)-κB激活,并隨后釋放細(xì)胞因子和趨化因子。DECTIN-1還可以誘導(dǎo)吞噬和炎癥小體激活。此外,DECTIN-2與DECTIN-3形成異二聚體,并在白念珠菌菌絲表面結(jié)合α甘露聚糖[6]。TLR介導(dǎo)的PAMP識別激活先天免疫細(xì)胞中MYD88依賴性和TRIF信號通路,以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[13]。在CD4+T細(xì)胞中,TH1和TH17細(xì)胞分別通過釋放炎癥細(xì)胞因子如γ干擾素和白細(xì)胞介素(IL)-17A/F促進(jìn)真菌細(xì)胞的吞噬清除,這些T細(xì)胞亞群對保護(hù)性抗真菌免疫至關(guān)重要。另一方面,TH2細(xì)胞反調(diào)節(jié)TH1和TH17反應(yīng),這有利于真菌的持久性并促進(jìn)過敏表現(xiàn)。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞維持這些反應(yīng)之間的穩(wěn)態(tài)平衡,并在感染清除時限制炎癥。TH17細(xì)胞是人類白念珠菌特異性輔助性T細(xì)胞群的主要亞群,TH1和TH2細(xì)胞是次要亞群[14]。先天性免疫和適應(yīng)性免疫的互補(bǔ)和協(xié)作,影響宿主與白念珠菌相互作用的結(jié)局,是抗白念珠菌感染的關(guān)鍵。

1.3陰道微生物群 陰道微生物群主要由乳桿菌屬組成,宿主和陰道微生物群之間的相互作用是高度動態(tài)的,育齡婦女的陰道微生物群主要由至少5種不同的類型組成[4]。其中4種群落類型以產(chǎn)乳酸的乳酸桿菌屬為主,而第5種通常由厭氧菌和嚴(yán)格厭氧菌組成。大多數(shù)體外和動物研究表明,乳酸桿菌對白念珠菌的生長、形態(tài)轉(zhuǎn)變、毒力和生物膜形成具有抑制作用[15]。乳酸桿菌的代謝產(chǎn)物,包括乳酸、過氧化氫、細(xì)菌素和生物表面活性劑,都有助于抗真菌作用[16]。乳酸對病原體和宿主防御有著直接和間接影響,它的產(chǎn)生與陰道的整體健康有關(guān)[17]。育齡期時高水平的雌激素誘導(dǎo)陰道黏膜上皮細(xì)胞肥大,并通過陰道上皮細(xì)胞分泌糖原。糖原被陰道菌群的主要成分乳酸桿菌發(fā)酵成乳酸,導(dǎo)致pH值顯著降低,從而阻止了其他微生物的發(fā)展,其中酸性pH抑制白念珠菌菌絲生長,可能在限制真菌相關(guān)毒力因子的表達(dá)和入侵方面發(fā)揮重要作用[8,18]。在白念珠菌存在的情況下,卷曲乳桿菌降低了上皮TLR2/4表達(dá)和IL-8水平,但通過增加β-防御素的產(chǎn)生來維持抗真菌活性。此外,鼠李糖乳桿菌通過減少IL-1α和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng),限制白念珠菌誘導(dǎo)的陰道細(xì)胞促炎反應(yīng)(IL-1α和IL-1β除外)[4]。還可以通過營養(yǎng)消耗和黏附位點(diǎn)阻塞來預(yù)防白念珠菌誘導(dǎo)的損傷和入侵[19]。同時減少白念珠菌增殖并誘導(dǎo)脫落上皮屏障,從而防止真菌侵入組織[20]。微生物群與宿主免疫系統(tǒng)之間的相互作用有助于減少白念珠菌增殖并防止其傳播。真菌利用陰道微生物群的信號如乳酸、缺氧、環(huán)境pH值來調(diào)節(jié)β-1,3-葡聚糖水平,而降低β-1,3-葡聚糖水平會導(dǎo)致抗念珠菌免疫反應(yīng)減弱并促進(jìn)疾病進(jìn)展。真菌可能利用這些信號來預(yù)測即將到來的免疫攻擊,并通過激活免疫逃避機(jī)制來保護(hù)自己[6]。

2 抗生物膜治療

微生物生物膜是指包裹在細(xì)胞外基質(zhì)中并附著于表面的復(fù)雜、結(jié)構(gòu)化、空間定向的微生物群落。生物膜是真菌毒力的重要構(gòu)成因素,在形成生物膜后,真菌對臨床常用抗真菌藥物的靈敏度極大下降,并且其耐藥性隨著生物膜的成熟而增強(qiáng)?？股锬ぶ委熤饕碾y題在于生物膜細(xì)胞對抗真菌藥物和宿主防御表現(xiàn)出頑強(qiáng)的抵抗力。而隨著真菌生物膜感染發(fā)病率的增加,開發(fā)替代或輔助治療念珠菌生物膜感染的方法迫在眉睫[21]。根據(jù)生物膜形成和調(diào)控的機(jī)制,以下概述了外陰陰道念珠菌病抗生物膜治療的主要研究方向。

2.1影響群體感應(yīng)系統(tǒng) 群體感應(yīng)在介導(dǎo)白念珠菌生物膜的形成中起著重要作用,群體感應(yīng)是一種密度依賴的細(xì)胞間通信機(jī)制在這種機(jī)制中。隨著密度的增加,會釋放自誘導(dǎo)物(信號分子),從而增強(qiáng)或抑制某些基因或因子的激活。重要的是,它也對生物膜的形成作出了貢獻(xiàn)[22]。在白念珠菌中,法尼醇是最具特征的群體感應(yīng)信號分子,是白念珠菌中甾醇生物合成的前體,由法尼基二磷酸(FPP)產(chǎn)生的,而FPP是生物合成麥角甾醇和扁豆醇的前體。它在生長過程中以較高的細(xì)胞密度持續(xù)釋放到環(huán)境中,通常阻斷酵母菌向絲狀菌的過渡,但不能抑制已有菌絲的伸長[23]。在生物膜后期高密度的絲狀細(xì)胞交織時,法尼醇產(chǎn)生增多,抑制菌絲形成,促進(jìn)酵母相白念珠菌增多,新生的子代酵母相細(xì)胞移出并脫離成熟生物被膜,在新環(huán)境定植,因此阻礙白念珠菌的生物膜發(fā)育和形態(tài)轉(zhuǎn)變[23-24]。法尼醇的作用方式,使它有很大的潛力作為輔助物質(zhì)與其他藥物(唑類抗真菌藥物)聯(lián)合使用[25]。ALEM等[26]發(fā)現(xiàn)法尼醇、氟康唑、兩性霉素B或米卡芬凈對白念珠菌生物被膜形成均有抑制作用,將其聯(lián)合使用時發(fā)現(xiàn)抑制生物被膜效果增強(qiáng),其中法尼醇和米卡芬凈達(dá)到最大的協(xié)同作用。

2.2抑制胞外聚合物(EPS)形成 EPS胞外聚合物基質(zhì)由多糖、DNA、蛋白質(zhì)等組成,有助于生物膜的結(jié)構(gòu),保護(hù)生物膜細(xì)胞免受宿主防御和藥物攻擊。是生物膜發(fā)育階段中必不可少的成分,它可以促進(jìn)表面黏附、細(xì)胞-細(xì)胞黏附和聚集[27]。其中β-1,3-葡聚糖是白念珠菌生物膜EPS的主要成分之一,對念珠菌生物膜的形成具有重要作用。研究表明β-1,3-葡聚糖酶作為抗生物膜劑,可通過降解生物膜細(xì)胞外基質(zhì)來治療念珠菌生物膜相關(guān)感染。該酶可單獨(dú)使用或與其他藥物聯(lián)合使用,以增強(qiáng)藥物對念珠菌生物膜的作用。表明β-1,3-葡聚糖酶是一種潛在的治療念珠菌生物膜相關(guān)感染的藥物[28]。細(xì)胞外DNA在許多生物膜的EPS中起結(jié)構(gòu)支架的作用,研究表明脫氧核糖核酸酶可以分解微生物的生物膜,此外胞外多糖作為EPS的主要成分,在生物膜結(jié)構(gòu)建立和維持中起重要作用,生物膜基質(zhì)中存在兩種關(guān)鍵胞外多糖Pel和Psl(一種由N-乙酰-d-氨基葡萄糖和N-乙?；?d-半乳糖胺組成的陽離子胞外多糖),研究證明靶向生物膜胞外多糖的糖苷水解酶能夠通過在體外降解這兩種胞外多糖來破壞生物膜的完整性[27]。因此利用酶降解EPS已成為提高藥物療效和去除生物膜的新策略[28]。

3 小結(jié)與展望

宿主通過免疫系統(tǒng),保持陰道微生物群的動態(tài)平衡,從而控制陰道炎癥。生物膜的出現(xiàn)成為臨床治療白念珠菌感染的困難問題。本文對真菌、宿主和微生物群之間的相互作用機(jī)制及近期治療生物膜的研究方法進(jìn)行了文獻(xiàn)復(fù)習(xí)。期望這些消除或抑制生物膜的方法,能解決現(xiàn)有臨床治療的困境,延緩或減輕真菌耐藥。綜上所述,抗生物膜的治療方法雖然很有前景,但目前多停留在基礎(chǔ)研究階段,由于缺乏能夠真實(shí)模擬臨床環(huán)境的良好實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?它們在生物膜根除方面的效用仍需進(jìn)一步的動物或臨床實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。