豬鏈球菌生物被膜研究進(jìn)展

葉思齊，朱佳文，蘇志鵬，鄭云龍，賈德凱，曹雨辰

（1.西南大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，重慶 400700；2.成都市農(nóng)林科學(xué)院畜牧研究所，成都 四川 611130；3.四川德康農(nóng)牧食品集團(tuán)股份有限公司，成都 四川 610200）

0 引言

豬鏈球菌（SS）是重要的病原菌，引起動(dòng)物的關(guān)節(jié)炎、腦膜炎、支氣管肺炎、敗血病和心內(nèi)膜炎等多種疾病。在自然界中，任何細(xì)菌在成熟條件下均可形成生物被膜。生物被膜是細(xì)菌粘附于惰性或活體介質(zhì)表面，分泌多糖基質(zhì)、纖維蛋白、脂質(zhì)蛋白等并將其自身包繞其中而形成的大量細(xì)菌聚集膜樣物，具有極強(qiáng)的免疫逃避性和耐藥性。細(xì)菌通過(guò)形成生物被膜造成臨床慢性感染和持續(xù)性感染，抵抗宿主先天性和特異性免疫系統(tǒng)的清除，幫助自身抵抗抗生素，同時(shí)交換細(xì)菌間的遺傳物質(zhì)，從而促進(jìn)自身的生長(zhǎng)和繁殖[1]。

1 調(diào)控系統(tǒng)

1.1 QS調(diào)控系統(tǒng)

目前，LuxS/AI-2型群體感應(yīng)（QS）系統(tǒng)是公認(rèn)的調(diào)控SS生物被膜形成和功能的研究熱點(diǎn)之一。QS是細(xì)菌通過(guò)分泌可溶性信號(hào)分子監(jiān)測(cè)細(xì)菌群體密度并協(xié)調(diào)菌群生物功能的信息交流機(jī)制，對(duì)細(xì)菌生物被膜的形成和成熟具有重要調(diào)控作用。研究表明，luxS的缺失或過(guò)表達(dá)均會(huì)影響生物被膜的形成，可能是由于luxS的表達(dá)會(huì)影響AI-2的產(chǎn)生，間接影響生物被膜的形成。此外，基因pfs也會(huì)參與AI-2的產(chǎn)生和生物被膜的形成[2-3]。

1.2 CiaRH間接調(diào)控系統(tǒng)

CiaRH是SS2中一對(duì)重要的雙組份調(diào)控系統(tǒng)，有學(xué)者通過(guò)CiaRH的表達(dá)譜芯片篩選出與可能生物被膜相關(guān)基因SSU05_2036和SSU05_2039，并通過(guò)EMSA和熒光定量驗(yàn)證CiaR蛋白能調(diào)控這2個(gè)基因。同時(shí)，缺失SSU05_2036和SSU05_2039后發(fā)現(xiàn)SS生物被膜的形成量增多。說(shuō)明CiaRH能間接調(diào)控生物被膜的形成。

2 形成因素

2.1 抗生素

亞-MIC的大環(huán)內(nèi)酯類藥物（紅霉素、阿奇霉素、泰樂(lè)菌素）對(duì)體外獲取的SS生物被膜抑制作用明顯，并通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)iTRAQ技術(shù)和Real time RT-PCR發(fā)現(xiàn)QS系統(tǒng)相關(guān)基因comAB表達(dá)下降，說(shuō)明大環(huán)內(nèi)酯類藥物可通過(guò)調(diào)控SS的QS系統(tǒng)組成成分的表達(dá)影響生物被膜的形成。

有文章報(bào)道，缺失luxS的SS菌株比野生株對(duì)FQs的敏感度高。當(dāng)細(xì)菌生長(zhǎng)有亞濃度抗生素存在的情況下，ΔluxS的生長(zhǎng)速率和生物被膜形成能力降低，說(shuō)明SS通過(guò)LuxS/AI-2感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)通路參與FQ的耐受性。高效液相色譜（HPLC）分析顯示恩諾沙星在ΔluxS細(xì)胞體內(nèi)積累明顯增加，但是在外源AI-2存在的情況下這種增加現(xiàn)象并不明顯。另外，ΔluxS缺失株中satA和satB的表達(dá)下降，而外源AI-2的加入可逆轉(zhuǎn)基因表達(dá)的下調(diào)。說(shuō)明SS可通過(guò)調(diào)控外排泵SatAB參與FQ的敏感性。

2.2 蛋白質(zhì)類

目前，噬菌體及其相關(guān)酶如裂解酶、多糖解聚酶等被認(rèn)為是控制生物被膜的有效方法。裂解酶LySMP是有SS裂解性噬菌體釋放的破壞SS細(xì)胞壁的裂解酶，可在12 h內(nèi)幾乎殺滅所有的SS2-4和SS2-H被膜菌，并清除80%以上的生物被膜。但由于LySMP活性單位尚未標(biāo)準(zhǔn)化且活性不穩(wěn)定，所以量效關(guān)系還需進(jìn)一步研究。鳥(niǎo)氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶（OCT）是一種與SS生物被膜有關(guān)的具有較強(qiáng)免疫原性蛋白，是構(gòu)成精氨酸脫氫酶脫氫酶系統(tǒng)中不可缺少的一種酶，可介導(dǎo)細(xì)菌的免疫逃避。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)OCT蛋白可提高SS形成生物被膜的能力并且具有降低粘附PK-15細(xì)胞的作用。改造過(guò)的抗菌肽Temprine-La（FS）可顯著降低SS生物被膜的代謝活性，抑制被膜菌的粘附作用，阻斷胞外多糖的合成與分泌抑制SS生物被膜的形成，并且使luxS表達(dá)降低。

2.3 中草藥類

穿心蓮內(nèi)酯（AG）是一種二萜內(nèi)酯類化合物，是穿心蓮中的活性物質(zhì)之一，具有類似抗生素的作用。有學(xué)者將其作用于SS生物被膜發(fā)現(xiàn)AG具有抑制SS生物被膜的能力，且劑量越高，抑制能力越強(qiáng)。同時(shí)，AG能使luxS基因表達(dá)下調(diào)并對(duì)AI-2活性有抑制作用，說(shuō)明AG可能通過(guò)調(diào)控SS的QS系統(tǒng)組成成分的表達(dá)影響生物被膜的形成。黃連含有多種生物堿，含量高低依次為小檗堿（黃連素）、黃連堿、藥根堿、甲基黃連堿等。劉冰等人發(fā)現(xiàn)黃連水提物及單體鹽酸小檗堿、鹽酸巴馬汀和鹽酸藥根堿對(duì)SS的生物被膜形成有干預(yù)作用，而且LuxS/AI-2蛋白的mRNA表達(dá)量均出現(xiàn)下調(diào)，說(shuō)明黃連可通過(guò)調(diào)控SS的QS系統(tǒng)組成成分的表達(dá)影響生物被膜的形成。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)大黃、黃連、丁香葉、金銀花、黃芩、黃柏、穿心蓮、魚(yú)腥草的水提物均對(duì)SS生物被膜的形成有干預(yù)作用，而且大黃素影響LuxS/AI-2信號(hào)分子mRNA的表達(dá)，干預(yù)效果和大黃素濃度呈正比。另外，丁香葉水提物中的蘆丁是一種黃酮類化合物，在1/2MIC和1/4MIC時(shí)可有效抑制SS生物被膜的形成。有學(xué)者也發(fā)現(xiàn)丁香葉、大黃和黃連水提物對(duì)生物被膜中的SS具有很好的殺滅作用。蒲公英是一種常見(jiàn)的清熱解毒的重要，其水提物可對(duì)SS的生物被膜形成進(jìn)行干擾并降低生物被膜中細(xì)菌的數(shù)量。

3 防控技術(shù)

3.1 選擇能抑制生物被膜形成的介質(zhì)

一些有機(jī)物或重金屬離子包被到生物材料可抑制生物被膜的形成，如表面鍍銀的人工心臟瓣膜和導(dǎo)尿管可抑制大腸桿菌、金黃色葡萄、銅綠假單胞菌等致病菌生物被膜的形成。

3.2 使用能降解生物被膜成分的蛋白酶

尿激酶或蚓激酶可使細(xì)菌的生物被膜多糖蛋白復(fù)合物降解。噬菌體及其編碼的裂解酶對(duì)細(xì)菌的生物被膜也有降解作用。

3.3 使用抑制生物被膜的藥物

氨基糖苷類、β-內(nèi)酰胺類、氟喹諾酮類、大環(huán)內(nèi)酯類等抗生素均對(duì)細(xì)菌的生物被膜有抑制作用，但長(zhǎng)期使用抗生素會(huì)讓細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。而使用中草藥類藥物可能會(huì)更有前景，穿心蓮內(nèi)酯、大黃提取物、魚(yú)腥草等中藥具有干擾細(xì)菌生物被膜形成的能力。

3.4 干擾細(xì)菌生物被膜的QS調(diào)控系統(tǒng)

研究表明缺乏QS系統(tǒng)的銅綠假單胞菌形成生物被膜厚度減少，對(duì)卡那霉素的敏感性也明顯增加。海洋紅藻能產(chǎn)生鹵代呋喃酮，可共價(jià)修飾和滅活QS系統(tǒng)里的luxS活性，誘導(dǎo)AI-2的產(chǎn)生，抵抗細(xì)菌在其表面上定植。

4 結(jié)束語(yǔ)

生物被膜為細(xì)菌提供了保護(hù)屏障，使細(xì)菌抵抗外界的清除，提高對(duì)藥物的耐受，并且促進(jìn)自身的定植與繁育。而關(guān)于豬鏈球菌生物被膜的形成能力可能與細(xì)菌毒力是否有關(guān)存在爭(zhēng)議。對(duì)豬鏈球菌生物被膜形成機(jī)制的研究尚處于起步階段，但已有眾多關(guān)于生物被膜形成機(jī)制、耐藥機(jī)制的文章發(fā)布，為豬鏈球菌的預(yù)防與治療提供了支持。細(xì)菌生物被膜是導(dǎo)致細(xì)菌多藥耐藥性增強(qiáng)、毒力增加和慢性感染的主要原因之一。深入了解和掌握豬鏈球菌生物被膜的調(diào)控系統(tǒng)、影響因子和目前防控細(xì)菌控生物被膜形成的技術(shù)對(duì)于預(yù)防和治療豬鏈球菌病有著重要意義。干預(yù)SS生物被膜的形成有可能成為未來(lái)研發(fā)抗致病菌藥物的重要策略。LuxS在革蘭氏陽(yáng)性菌中非常保守，可能會(huì)成為未來(lái)抗菌藥物重要的新靶標(biāo)之一。