白念珠菌中转录因子Cap1的研究进展

刘映禄 冯文莉

(1.山西医科大学第二临床医学院皮肤性病科，太原 030001；2.山西医科大学第二医院皮肤性病科，太原 030001)

白念珠菌是人类的一种机会性致病真菌，在健康个体中以良性共生的形式存在。在原发或继发于器官移植后接受化疗及免疫抑制剂治疗等免疫缺陷患者中，白念珠菌可突破宿主的保护性防御机制，导致浅部及系统性感染[1]。尽管抗真菌治疗取得一定进展，但日益增多的耐药性却给临床治疗带来困难。加帽蛋白(capping protein 1,Cap1)作为一种转录因子，其在白念珠菌耐药过程中发挥重要作用，如对抗氧化应激、促进药物外排泵基因的表达以及诱导菌丝形成等。本文将对Cap1在白念珠菌中的研究进展进行阐述，旨在为进一步阐明白念珠菌的耐药机制提供理论依据。

1 Cap1概述

转录因子Cap1首次发现于一项鉴定能增加酿酒酵母对抗真菌药物氟康唑抗药性的基因筛查中[2]。因发现其由基因CAP1编码且与酿酒酵母转录因子Yap1在结构和功能上具有高度同源性，故命名为Cap1，意为白念珠菌AP-1。和Yap1类似，Cap1也含有亮氨酸拉链的碱性区域(basic leucine zipper，BZip)，故又称BZip转录因子[3]。研究报道Cap1靶点的过度表达参与了包括氧化应激、药物反应、磷脂转运以及氮利用调节等生物过程[4]。此外，Cap1也被称作腺苷酸环化酶相关蛋白，因为Cap1可刺激cAMP的合成，在相关信号通路中发挥重要的调控作用[5]。

由于Cap1和Yap1高度同源，故Yap1的研究为Cap1提供了重要的启示和参考。在酿酒酵母中，Yap1作为一种转录因子，在几种药物的抗药性中起着明确的作用，而且也与多药耐药有关[6]。基于此，Cap1的相关研究也被开展。需要注意的是，虽然二者高度同源，但仍然存在一定程度的差异，如Cap1不能完全补充Yap1菌株对H2O2的敏感性。

2 Cap1在白念珠菌氧化应激中的作用

机体免疫细胞如巨噬细胞和中性粒细胞可通过产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)，如H2O2、羟自由基和超氧阴离子等有毒化学物质，使白念珠菌暴露于不利环境中从而将其杀灭[7]。与此同时，白念珠菌进化出的抗氧化适应性反应可削弱甚至逃避这些杀菌机制[8]。

2.1 Cap1可激活抗氧化应激相关基因表达

Bhattacharya等[8]研究表明，与对照组相比，过表达Cap1组在暴露于化合物等诱导条件下更有助于存活；而白念珠菌Cap1基因的失活导致其对氧化应激的耐受性降低。有研究报道，白念珠菌的Cap1缺失菌株对ROS非常敏感，而重新引入Cap1则可恢复对H2O2诱导的氧化应激的正常耐受水平[9]。在Lv等[10]的一项研究中，用抗真菌化合物(4-苯基-1，3-噻唑-2-基肼)诱导白念珠菌氧化损伤，发现Cap1显著上调。可见转录因子Cap1在氧化应激反应基因调控中发挥着关键作用，提示Cap1可中和吞噬细胞产生的ROS[11-12]。已知激活抗氧化基因表达的一个关键机制主要由Cap1介导[13]，Patterson[14]团队之前亦证实了H2O2诱导了CAP1基因的表达。在没有诱导剂的情况下，Cap1以其非活性状态存在于细胞质中[15-17]。暴露于H2O2后，Cap1的活性半胱氨酸残基被氧化，使Cap1被激活并在细胞核中积累。在细胞核内，Cap1被磷酸化,通过戊糖磷酸途径诱导过氧化氢酶基因(CAT1)、谷胱甘肽还原酶基因(GLR1)、硫氧还原蛋白基因(TRX1)等抗氧化基因表达[17]，从而保护白念珠菌不受ROS的影响[13]。Dai等[18]研究结果显示，与野生型菌株相比，在Cap1缺失突变体中谷胱甘肽(GSH)含量和GLR1表达降低，且与其活性氧积累和凋亡增加一致。可见Cap1通过调节其靶基因GLR1的表达增加GSH含量从而拮抗氧化应激损伤导致的白念珠菌凋亡。

2.2 Cap1在介导氧化应激适应的同时可影响耐药

白念珠菌的抗氧化系统成分与其致病机制和耐药性有关。如Liu 等[15]研究表明，当被氧化应激或功能增益突变激活时，Cap1可独立于Mcm1诱导外排泵基因MDR1表达。Rossignol 等[9]研究发现，两性霉素B治疗诱导的大多数氧化应激反应基因不是Cap1的靶基因，Cap1基因表达水平或蛋白水平的变化与两性霉素B治疗无关。Suchodolski 等[19]研究结果显示，在葡萄糖处理的白念珠菌细胞中，Cap1的转录水平升高，且其对唑类抗真菌药物的耐药性和对氧化应激的抵抗力增强；但Cap1的失活并不影响葡萄糖增加过氧化氢抗性的能力。表明，虽然Cap1可能参与了这一效应，但不是必需的。

2.3 阳离子和氧化应激组合及SAC6对Cap1核转运的影响

中性粒细胞存在利用组合的阳离子和氧化应激来有效地杀灭白念珠菌细胞的机制[7]。Kos等[20]研究发现，白念珠菌在同时暴露于H2O2和NaCl后，依赖于Cap1的基因表达明显延迟；阐明了白念珠菌暴露于组合氧化和阳离子胁迫后，由于Cap1与核输出因子Crm1之间的相互作用增强，导致其不能在细胞核中积累，以至Cap1依赖的抗氧化基因也不能被诱导。另外，纤毛蛋白SAC6的缺失促进了Cap1从胞浆到细胞核的转运，而其过表达则抑制了这一转运过程[21]。

3 Cap1与白念珠菌耐药性的关系

将内源性代谢物和外源性物质运输出细胞的外排泵的过度表达是从细菌到人类生物体中对药物和其他有毒化合物产生耐药性的常见机制[22]。

3.1 Cap1可调控多药耐药基因(multi-drug resistance 1)MDR1的表达

最近，转录因子Cap1被证明在体内与MDR1启动子结合[23]。胡等[11]研究证实，白念珠菌的Cap1缺失菌株对药物非常敏感，Cap1的功能获得性突变会促进其下游基因包括耐药基因MDR1过表达，从而导致耐药性出现。Sasse等[24]研究结果显示，与敏感株相比，耐药株Cap1的mRNA水平显著升高，且Cap1与多药耐药基因MDR1的表达呈正相关，提示，耐药可能与Cap1过表达介导的多药外排泵MDR1过表达有关。此外，对氟康唑、伊曲康唑、伏立康唑产生交叉耐药的菌株，虽然其CAP1和MDR1mRNA水平均显著升高，但二者之间无相关性，提示这种情况下MDR1过表达可能不受CAP1过表达的调控，而可能受CAP1突变的调控[25]。Schubert等[23]的研究也报道了类似的结果，即在对化学物质(如过氧化氢、苯菌灵)的反应中，Cap1是H2O2诱导的MDR1表达所必需的，但表达高活性Cap1的菌株对氟康唑耐药性的增加在MDR1缺失后并没有完全消除，这表明Cap1可以MDR1非依赖性的方式介导白念珠菌对氟康唑的耐药性。

Cap1与其他转录因子协同诱导MDR1表达根据诱导条件的不同，白念珠菌可能与不同的转录因子组合，使用不同的机制上调MDR1外排泵的表达。例如，过度活跃的CAP1等位基因不仅可以独立地增加耐药性，也可以和其他转录因子如MRR1协同诱导MDR1的表达。又如，当被氧化应激或功能增益突变激活时，Cap1可以独立于Mcm1诱导MDR1表达，而MRR1需要活性Cap1来引起MDR1外排泵的过表达[15]。另外，CAP1与MRR1的激活突变对MDR1的表达和耐药性具有累加效应，但CAP1的功能增益突变可以独立于Mrr1介导外排泵过表达和耐药[23]。

Cap1对MDR1转录的激活机制 有研究表明，Cap1招募了Ada2(SAGA-ADA共激活子复合物的一个亚单位)到MDR1启动子来诱导其转录[15]。C端截短、高活性的Cap1在野生型菌株中导致MDR1过表达，但在缺乏ADA2的突变体中仅微弱表达，也没有观察到对氟康唑的耐药性增加[16]。表明，Cap1强烈需要Ada2来诱导MDR1的表达，Ada2还与许多受Cap1调控的基因结合，而在没有Cap1的情况下结合减少。

3.2 Cap1可调节麦角甾醇生物合成相关基因的表达

白念珠菌对唑类药物产生耐药性的另一机制是药物靶酶的改变，Salvatori等[5]研究结果显示，在Cap1缺失突变体中，与麦角甾醇生物合成相关的ERG1和ERG11基因的表达量非常低。而在对唑类耐药的白念珠菌临床分离株中，ERG11的表达增加。表明，Cap1亦参与了麦角甾醇生物合成相关的耐药过程。

4 Cap1对白念珠菌侵袭性及毒力的影响

4.1 在菌丝诱导中的作用

多种形式的生长似乎是一种毒性属性，白念珠菌存在于酵母、假菌丝和菌丝三个生物相中。菌丝是疾病过程中的一个重要阶段，可通过侵入黏膜上皮细胞引起组织损伤，进而导致血液感染[26]。它是由cAMP合成和降解的紧密耦合控制的，而cAMP的合成是由Cap1正向控制的，而磷酸二酯酶PDE2可以通过降解cAMP负性调节CAP1介导的菌丝形成过程。Cap1缺失突变体不会产生一过性的cAMP增加，并且在丝状生长方面表现出严重的缺陷[27]。这一结果与之前的报告一致，即Cap1对于Cyr1的激活和菌丝生长是必不可少的[28]。Jenull等[29]研究表明，Cap1参与了白念珠菌的形态转变过程。CAP1缺失突变体在含有琼脂的培养基上，菌丝壁蛋白(HWP1)的表达量减少，缺乏丝状生长。CAP1编码白念珠菌的腺苷酸环化酶相关蛋白Cap1可促进cAMP合成，而cAMP通路在菌丝形成过程中的作用是已经被报道的[30]。白念珠菌腺苷酸环化酶(Cyr1)调节因子Cap1可作为一个支架，通过其N端和C端分别持有Cyr1和G-actin形成复合物，相当于一个传感器/效应装置，通过增强cAMP合成作出反应，感知和处理菌丝诱导信号，其中Cyr1-Cap1的结合对于Cyr1的激活是必不可少的。另外，Cap1与G-actin的相互作用对白念珠菌菌丝形态发生亦具有调节作用[31]。另有研究发现，MH(米诺环素)可下调CAP1的表达，对白念珠菌产生抑制作用，而Cap1介导的转录调控与菌丝的形成密切相关[32]。

4.2 Cap1对毒力的影响

缺失CAP1或其调控因子GPX3和YBP1基因，会使白念珠菌的毒力有所减弱[11]。在动物感染模型中，CAP1基因缺陷的突变株对吞噬细胞杀伤敏感，毒力降低[13]。Jain 等[12]研究结果显示，感染野生型白念珠菌的秀丽隐杆线虫的平均寿命明显短于感染CAP1缺失突变体，表明了感染持续存在并最终杀死宿主需要Cap1。在系统性念珠菌病的小鼠模型中，CAP1缺失突变体是无毒的[30]。这些发现表明，干扰Cap1介导的信号转导的抗真菌策略对于预防或抑制念珠菌病将是重要的。

5 总 结

目前，关于Cap1在白念珠菌中的研究主要集中在其应对氧化应激、调控外排泵基因介导的耐药性以及菌丝形成和毒力方面。另外，在白念珠菌感染的过程中，生物膜作为一种重要的屏障，具有错综复杂的三维网络结构，主要体现为致病性和对传统抗真菌治疗的耐受性[33]。但目前有关Cap1与白念珠菌生物膜相关的研究报道较少，今后在该方面进行探索可能对于从Cap1的角度研究生物膜相关的耐药性，以及寻求新的可能与Cap1有关的治疗靶点产生有价值的发现。总之，转录因子Cap1在白念珠菌毒力致病及其耐药过程中发挥了不可忽视的作用，但其具体机制仍需要进一步阐明。另外，未来的工作可以尝试去发现针对Cap1的因素，这或许可以改善目前抗真菌药物治疗的不足，为更好地治疗临床白念珠菌感染提供重要的指导。