光滑念珠菌的毒力表达特征研究进展

赵珺涛 刘锦燕 陈柯志 项明洁

(1.上海交通大学医学院附属瑞金医院检验科，上海 200025；2.上海交通大学医学院附属瑞金医院卢湾分院放免检验科，上海 200020)

引 言

由于免疫功能低下的患者的数量增加和抗生素的广泛使用，真菌感染已成为医院中的重要问题，目前真菌引起的感染已影响到全世界数百万人口，根据统计调查，每年约有140万人死于真菌感染[1]；最新的全球监视和多中心研究表明，超过90%的侵入性真菌感染(invasive fungal infections，IFI)的病因是由念珠菌属(Candidaspp.)感染引起的[2-3]。其中，光滑念珠菌(Candidaglabrata)占所有病例的近15%，且其占比有稳步上升的趋势，是仅次于白念珠菌(Candidaalbicans)的第二大常见的念珠菌病的病原体[4-6]。

实际上，在多年以前，光滑念珠菌曾经一度被认为是正常菌群中的一种不易造成严重感染的相对弱致病性腐生菌，因为其缺乏许多以白念珠菌为代表的致病性相关的毒力因子，例如菌丝生长或分泌数种蛋白酶的能力[7-9]。尽管如此，光滑念珠菌也在临床引起了广泛的关注，这不仅是因为它在真菌性浅部感染和深部侵袭性感染中都有着流行病学上的高占有率，且与其他非白念珠菌引起的感染相比其死亡率最高，而这些都与其独特的毒力表达特征密切相关[10]。此篇综述中，我们旨在对光滑念珠菌的毒力表达特征和相关生物学进行概述。

1 黏附性

对于光滑念珠菌感染，黏附于各种生物及非生物材料的表面是初始定植和引起疾病的先决条件；黏附性也有助于菌体在宿主体内的生存，并且被认为是疾病发生发展中必不可少的[11]。

1.1 黏附性与黏附素

参与特异性黏附的念珠菌细胞表面蛋白被称为黏附素。在光滑念珠菌中，主要的黏附素由EPA(epithelial adhesin)基因家族编码，其编码的Epa蛋白的整体结构类似于白念珠菌的Als(agglutinin-like sequence)蛋白，属于糖基化磷酯酰肌醇依赖的葡聚糖交联细胞壁蛋白(GPI-CWP)大家族[12]。Epa1蛋白是一种钙依赖性凝集素，可与含N-乙酰基乳糖胺的乙二醇结合物结合，对光滑念珠菌黏附性起关键作用，是光滑念珠菌的主要毒力因子[13]。Epa6蛋白尽管一般在体外呈现低表达状态，但有研究表明在尿路感染过程中它的表达会大量增加，这表明光滑念珠菌能够根据不同的环境条件对黏附素的表达进行改变[14]。转录组学和蛋白质组学研究表明，除EPA基因家族外，光滑念珠菌还具有其他黏附素家族，例如Pwp(由PWP1-7编码)、Aed(由AED1和AED2编码)和Awp(由AWP1-6和AWP8-13编码)，这些家族对光滑念珠菌黏附性的价值与具体作用尚有待研究[15-17]。

1.2 黏附性与疏水性

菌体细胞的表面是光滑念珠菌与宿主组织或医疗器材发生物理-化学相互作用并导致其黏附的部位，对念珠菌细胞壁的研究表明，细胞表面疏水性(cell surface hydrophobicity，CSH)与黏附性之间存在明确关联，即细胞表面疏水性更高的念珠菌菌株有着更强黏附性，且此相关性在光滑念珠菌上表现得比白念珠菌更为紧密[18-19]。有趣的是，尽管白念珠菌的疏水性对特定的生长条件极为敏感，但许多分离的光滑念珠菌对相同的生长条件却不敏感，这为光滑念珠菌的黏附性与疏水性的关联性较之于其他念珠菌更为紧密的现象提供了一个合理的假说[20]。

2 生物膜

已经黏附于表面的菌体会开始黏附上其他菌体，开始形成离散菌落，之后菌体产生和分泌细胞外聚合物(extracellular polymeric substances，EPS)，它会构成生物膜的细胞外基质，保护菌体细胞并确保此结构更加牢固，此后菌体细胞会释放更多的EPS使得生物膜生长扩大，这个过程被称为生物膜的形成[21]。

尽管此过程适用于所有念珠菌物种，但白念珠菌和光滑念珠菌生物膜之间存在差异，白念珠菌成熟的生物膜由假菌丝、菌丝和酵母细胞的致密网络组成，而光滑念珠菌生物膜仅由致密的酵母细胞组成，所以光滑念珠菌的生物膜较薄，但显示出较高的细胞密度，紧密堆积在一起[22]。

生物膜形成是念珠菌属的重要毒力因子，它能通过限制抗真菌药物等物质穿过基质的渗透而使得念珠菌耐药性上升并同时保护菌体细胞免受宿主免疫反应，从而增加其致病性；有调查显示，生物膜的形成能造成包含光滑念珠菌在内的多种念珠菌感染相关的死亡率的上升[23]。

在光滑念珠菌中，生物膜形成也与黏附性有一定联系。Santos等[24]的研究表示，光滑念珠菌中EPA1和EPA6/7在发育成熟的生物膜中会表达上调，从而增加其黏附性。而另一方面，Kucharikova等[25]的实验表明，EPA6/7缺失株的生物膜会明显减少；推测这些基因突变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，其表达受到亚端粒沉默的调控，EPA6和EPA7的异常表达可能是通过亚端粒沉默来影响生物膜形成的。

3 免疫逃逸

在整个感染过程中，当念珠菌侵入更深的组织而破坏第一道防线后，它们必须要应对宿主固有免疫系统的细胞。与宿主免疫系统的相互作用以及抵抗宿主免疫系统的能力，是光滑念珠菌病原体的主要毒力特征之一。

在感染的早期阶段，念珠菌病原体和上皮细胞相互作用后，前者将被宿主上皮细胞表面的模式识别受体(pattern recognition receptors， PRR)识别为侵入性微生物。PRR与菌体上的病原相关分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMP)，例如与β-1,3-葡聚糖相互作用，从而诱导宿主反应[26]。上皮细胞是先天免疫的一部分，它不仅分泌抗微生物肽，而且还释放促炎性介质以触发吞噬细胞(如嗜中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞)的募集；这些免疫细胞的表面也具有PRR，从而可以识别入侵的病原体，从而诱导吞噬作用；吞噬作用发生后，树突状细胞负责向T辅助细胞呈递念珠菌的特异性抗原，从而引发特异性抗真菌免疫[27]。

在念珠菌与宿主免疫细胞相互作用期间，细胞壁表面的PAMP是念珠菌避免被识别或是逃避、抵抗宿主免疫攻击的常见策略[28]。 通常，念珠菌通过把富含甘露糖基化蛋白和磷脂酰甘露聚糖的细胞壁外层作为掩盖富含如β-1,3-葡聚糖等免疫刺激成分的内层屏蔽层，这种方法在逃避免疫识别方面起着关键作用[29]。 与白念珠菌一样，光滑念珠菌依靠细胞壁重塑来避免宿主的免疫系统。研究表示，缺乏细胞表面相关蛋白酶(yapsins)的缺失突变体、蛋白质糖基化缺陷的突变体、细胞壁完整性被破坏的突变体都能引起更强的炎症反应[30-31]。

与白念珠菌不同的是，诱导巨噬细胞在体内感染部位的募集是光滑念珠菌免疫系统逃避策略的一部分[32]。 实际上，光滑念珠菌感染基本上没有激活任何MAPK途径，包括Erk1 / 2(细胞外信号调节激酶)，SAPK / JNK(应激活化蛋白激酶/ c-Jun氨基末端激酶)和NF-κB信号传导；巨噬细胞募集后，唯一被显著诱导的细胞因子是GM-CSF(粒细胞/单核细胞集落刺激因子)，而对其他促炎细胞因子(TNF-α，IL-1，IL-6，IL-8和IFN-γ)的诱导却很低[32-34]。GM-CSF是巨噬细胞的有效激活剂，可诱导其前体细胞分化以及将巨噬细胞募集到感染部位，这可以解释体内观察到的单核细胞而不是嗜中性粒细胞的组织浸润增强。考虑到光滑念珠菌在巨噬细胞中高度的存活和复制的能力，因此诱导巨噬细胞内吞并在其内部生存繁衍被认为是该病原体免疫逃逸的策略[34]。

4 其 他

4.1 酶类

与其他念珠菌相反，光滑念珠菌不产生细胞外蛋白酶，但发现其致病性或许与磷脂酶(phospholipases，Plp)有关[35-36]。磷脂酶将磷脂水解成脂肪酸，有助于促进宿主细胞损伤或促进黏附受体的暴露；光滑念珠菌可通过产生磷脂酶，促进与宿主黏膜间更强的接触并破坏，以支持菌体对宿主组织的入侵[36]。

有报道称，光滑念珠菌能够使用溶血素来降解血红蛋白以获得铁，以纳入代谢过程来帮助生长[37]。尽管光滑念珠菌能够在体外产生溶血素，推测是光滑念珠菌致病性的毒力因子，但目前人们对光滑念珠菌中溶血活性的基因表达了解甚少[38]。

4.2 体外生存能力

与其他念珠菌相比，光滑念珠菌似乎是体外生存更强大的物种之一，能够在无生命的表面上存活超过5个月，而白念珠菌的生存力限制在4个月左右，而近平滑念珠菌则在2周后就会迎来死亡，这点或许可以补充解释光滑念珠菌在真菌医院感染中不可忽视的地位[39-40]。

5 结 语

具有更强耐药性的非白念珠菌的发病率与死亡率正缓慢提升，光滑念珠菌就是其主要代表。它在临床上分离率的增多，直接增加了真菌性感染的难治性及对临床医生的考验[41-42]。

光滑念珠菌在系统发育、基因、特别是毒力特征上都和其他念珠菌有着巨大的异质性。大多数以白念珠菌为代表的毒力机制，在光滑念珠菌中并不存在，其中，缺乏酵母相到菌丝相的二态性就是光滑念珠菌最显著的差异特征之一。菌丝相与多种关键的念珠菌性状(组织入侵、生物膜形成、免疫逃避)有关，而缺乏这种状态的光滑念珠菌则必须获得其他机制才能达到相同的目标[7]。通过以EPA家族为代表的黏附力、独特的酵母相型生物膜、以及对巨噬细胞的免疫逃逸等机制，光滑念珠菌得以获得附着或侵入宿主并持久性生长的能力，最终导致浅部真菌病或侵入性真菌感染。

光滑念珠菌相关疾病的高发病率和危害性，使得我们有必要进一步增强对其毒力表现与其生物学机制的认识，该领域的研究将有助于确定针对这些病原体的新靶标，为光滑念珠菌新型治疗方法或预防思路的出现提供基础与依据。