銅綠假單胞菌生物被膜研究進(jìn)展

摘 要:銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa，PA)是最嚴(yán)重的醫(yī)院內(nèi)獲得性感染的病原菌之一，生物被膜(Biofilm，BF)多粘附在生物材料和植入的各種導(dǎo)管及人體組織表面，它的形成使得銅綠假單胞菌生物被膜相關(guān)感染不斷上升，致使慢性感染性疾病反復(fù)發(fā)作且難以控制，給治療增加更大的難度。臨床上已有許多被證實(shí)可用于治療PA生物被膜感染的藥物，藻酸鹽、密度感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)PA生物被膜形成的作用也為治療生物被膜病提供了新思路。

關(guān)鍵詞:銅綠假單胞菌生物被膜藻酸鹽感應(yīng)密度系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào):Q933文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)08(b)-0004-01

生物被膜(Biofilm，BF)是細(xì)菌為適應(yīng)自然環(huán)境，在生長(zhǎng)過(guò)程中附著于固體表面而形成的特殊存在形式，是由多細(xì)菌組成的膜狀結(jié)構(gòu)，而并非單一細(xì)菌的膜成分。細(xì)菌生物被膜的生存方式不僅可以保護(hù)其中的細(xì)菌抵抗臨床抗生素和工業(yè)設(shè)施中殺菌劑的作用，而且還可以對(duì)抗人體的免疫清除作用，對(duì)人類(lèi)的健康造成了很大的危害，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的臨床問(wèn)題。銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa，PA)是醫(yī)院內(nèi)感染最常見(jiàn)的細(xì)菌之一，其生物被膜形成常給臨床治療帶來(lái)許多困難。本文就銅綠假單胞菌生物被膜的研究情況進(jìn)行綜述。

1 生物被膜的形成

生物被膜的形成過(guò)程包括3個(gè)方面:①浮游細(xì)菌粘附到表面形成單細(xì)胞層;②細(xì)菌通過(guò)群落生長(zhǎng)或聚集形成微菌落，進(jìn)而形成蘑菇狀結(jié)構(gòu);③細(xì)菌分泌細(xì)胞外多聚物，形成基質(zhì)，細(xì)菌深埋于基質(zhì)內(nèi)，成為成熟的生物被膜。細(xì)菌生物被膜結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，不易受到破壞，是細(xì)菌為了適應(yīng)環(huán)境、維持自身發(fā)展所發(fā)生的形態(tài)變化。

2 藻酸鹽對(duì)生物被膜形成的作用

據(jù)報(bào)道，銅綠假單胞菌會(huì)在活體內(nèi)產(chǎn)生藻酸鹽，而且在銅綠假單胞菌感染住院的病人的體內(nèi)也檢測(cè)到藻酸鹽抗體的存在。這些多糖藻酸鹽結(jié)構(gòu)主要成分是甘露糖醛酸和古洛糖醛酸。研究表明銅綠假單胞菌可以分成粘液型及非黏液型兩種表型，粘液型銅綠假單胞菌可借助其表面分泌的藻酸鹽，而粘附于異物表面。Sauer K 等在流動(dòng)的介質(zhì)中建立的銅綠假單胞菌生物被膜模型，發(fā)現(xiàn)黏液型菌株的生物被膜為塔狀或蘑菇狀，非黏液型菌株的生物被膜為薄膜狀[1]。細(xì)菌形成蘑菇狀結(jié)構(gòu)后，大量分泌多聚物——菌細(xì)胞外基質(zhì)包繞在蘑菇狀結(jié)構(gòu)之外，形成穩(wěn)固的生物被膜。基質(zhì)主要由蛋白、多糖和核酸組成，其中藻酸鹽是胞外基質(zhì)多糖的主要成分之一。基質(zhì)多糖在細(xì)菌定植形成微菌落時(shí)已開(kāi)始分泌，在蘑菇狀結(jié)構(gòu)形成后分泌才大量增加。藻酸鹽是粘液銅綠假單胞菌所分泌的重要致病因子之一，在細(xì)菌對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料或機(jī)體腔道的粘附、生物被膜的形成以及抵抗機(jī)體免疫力等方面都起著重要作用。當(dāng)銅綠單胞菌接觸到物體表面時(shí)，即觸發(fā)藻酸鹽的生物合成，促進(jìn)其粘附，使菌聚集到一定數(shù)量，形成菌落，最終導(dǎo)致生物被膜形成。藻酸鹽能清除自由基，保護(hù)細(xì)菌免受吞噬細(xì)胞的清除作用，影響生物被膜的抵抗性。

2003年，柴棟等研究發(fā)現(xiàn)，抗藻酸鹽血清可在一定程度上抑制銅綠假單胞菌生物被膜的形成，其作用可能是抗藻酸鹽血清通過(guò)對(duì)藻酸鹽的抗原-抗體反應(yīng)，中和藻酸鹽，在一定程度上抑制其粘附，從而使細(xì)菌聚集過(guò)程受阻，進(jìn)一步干擾生物被膜形成[2]。

3 密度感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)生物被膜形成的作用

銅綠假單胞菌通過(guò)基于酰基化同型絲氨酸內(nèi)酯(acyl—homoserine lactone，AHL)的密度感應(yīng)(quorum-sensing，QS)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)毒力因子的表達(dá)及生物被膜的形成。密度感應(yīng)就是細(xì)菌細(xì)胞間信號(hào)傳遞的一種方式，許多宿主相關(guān)細(xì)菌能夠?qū)Νh(huán)境的化學(xué)信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)其群體的細(xì)胞密度，來(lái)調(diào)控密度相關(guān)基因的表達(dá)。革蘭陰性細(xì)菌的QS系統(tǒng)大多利用N一乙酰高絲氨酸內(nèi)酯 (N—acyl hoxine laclone，AHLs )作為信號(hào)分子。AHLs能透過(guò)細(xì)菌生物被膜，一旦環(huán)境限制其擴(kuò)散或細(xì)菌大量生長(zhǎng)時(shí)，AHLs濃度隨細(xì)菌密度增加而上升，當(dāng)達(dá)到某閾值時(shí)，即與一種轉(zhuǎn)錄激活子結(jié)合，這一調(diào)控機(jī)制即被激活，AHLs通常在100nM級(jí)的濃度激活誘導(dǎo)(或抑制)相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄。由此可見(jiàn)，AHLs調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄提供了細(xì)菌群在適當(dāng)環(huán)境條件下感應(yīng)細(xì)菌生長(zhǎng)密度的方式[3]。最近幾年的報(bào)道指出，銅綠假單胞菌的許多致病因子的表達(dá)及生物被膜的形成都是由QS系統(tǒng)控制的。

4 臨床藥物影響生物被膜形成的研究

2000年，柏宏堅(jiān)等[4]研究發(fā)現(xiàn)克拉霉素(CAM)可破壞 BF隧道系統(tǒng)，通過(guò)減少BF對(duì)滲入其內(nèi)的相應(yīng)抗生素的排泄，增加BF內(nèi)相應(yīng)抗生素的濃度，從而在清除BF細(xì)菌中產(chǎn)生協(xié)同作用。CAM還會(huì)使成熟的BF裂解，形成碎片，并從表面逐漸脫落，部分形成浮游細(xì)菌。

2005年，張文元等報(bào)道，低劑量十四元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物能顯著抑制銅綠假單胞菌生物被膜的形成，并增強(qiáng)環(huán)丙沙星對(duì)BF的滲透性，從而顯著增強(qiáng)環(huán)丙沙星對(duì)BF內(nèi)銅綠假單胞菌的清除作用。同時(shí)，有研究表明，十五元環(huán)大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)藥物阿奇霉素對(duì)銅綠假單胞桿菌生物被膜的形成有抑制作用。

2006年，孔晉亮等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，黃芩水煎液和紅霉素對(duì)左氧氟沙星清除BF內(nèi)Pa有增效作用，并且黃芩水煎液和紅霉素的效能相當(dāng)。

2007年，范燕等研究發(fā)現(xiàn)磷霉素與氨基糖苷類(lèi)藥物聯(lián)用對(duì)抑制細(xì)菌生物被膜的形成呈增效作用。

2009年，方向群等研究發(fā)現(xiàn)，羅紅霉素本身對(duì)銅綠假單胞菌并無(wú)抑菌活性而可以抑制多糖蛋白復(fù)合物的合成，顯示羅紅霉素能提高亞胺培南對(duì)生物被膜的滲透從而增強(qiáng)其對(duì)銅綠假單胞菌生物被膜的抑菌活性。

2010年，崔冬清等報(bào)道，高氧環(huán)境有利于銅綠假單胞菌生長(zhǎng)及其生物被膜和藻酸鹽產(chǎn)生。

5 展望

生物被膜的形成是引起慢性難治性感染的重要因素之一，它對(duì)抗菌藥不敏感并能逃避免疫系統(tǒng)的清除作用，故生物被膜相關(guān)感染具有難治性的特點(diǎn)。因此，細(xì)菌生物被膜相關(guān)感染的防治仍是臨床上一個(gè)有待解決的難題。雖然已有研究發(fā)現(xiàn)某些藥物對(duì)生物被膜有抑制作用，但尚未能完全殺滅被膜下細(xì)菌，如何增強(qiáng)抗菌藥物對(duì)生物被膜下細(xì)菌的殺菌作用，并徹底有效地消除細(xì)菌生物被膜還有待于進(jìn)一步深入探討。

參考文獻(xiàn)

[1]張連波，等．銅綠假單胞菌生物被膜研究進(jìn)展[J]．中國(guó)實(shí)驗(yàn)診斷學(xué)，2009，13(1):137-140.

[2]柴棟，王睿，裴斐，等.藻酸鹽抗體的制備及其對(duì)銅綠假單胞菌生物被膜的影響[J].藥物與臨床.2003，18(4):13-15.

[3]許揚(yáng).銅綠假單胞菌生物被膜密度感應(yīng)系統(tǒng)[J].華西醫(yī)學(xué).2005，20(2):406-407.

[4]柏宏堅(jiān)，等.克拉霉素對(duì)銅綠假單胞菌生物被膜作用的形態(tài)學(xué)研究[J].中華結(jié)核和呼吸雜志.2000，23(6)367.