鮑曼不動桿菌致病機制的研究進展

焦雪 綜述 張謙 審校

(1.石首市人民醫院,湖北 石首 434400;2.貴州省人民醫院,貴州 貴陽 550002)

鮑曼不動桿菌有菌毛,無芽孢和鞭毛,是一種專性需氧菌,不僅廣泛存在于自然界的水、土壤以及人體皮膚、呼吸道、消化道以及醫院環境中,且對高溫、紫外線、化學消毒劑均有較強抵抗力,是醫院感染的重要條件致病菌。近年來,由于廣譜抗生素的使用、頻繁的侵入性操作、年齡等因素均導致鮑曼不動桿菌的感染率及耐藥率呈逐漸上升趨勢[1],不僅延長了住院時間,更增加了病死率。因此對于鮑曼不動桿菌的防治已成為臨床重點研究話題。

1 鮑曼不動桿菌的粘附與侵入

粘附是各種微生物感染人體各組織、器官從而定值的基礎,這與靶細胞表面存在相關的特異性受體有關。研究表明鮑曼不動桿菌表面存在各種菌毛樣或非菌毛樣黏附素,而菌毛結構是鮑曼不動桿菌的重要黏附致病因子已被證實,它可以粘附在細胞或非生物體表面,通過“酰化高絲氨酸內酯”介導細菌高表達生物膜相關基因序列,從而激活細菌群體感應系統,導致某些致病基因的表達,引起真核細胞的凋亡[2-3]。當細菌已粘附在生物及非生物表面后,可快速吸引附近的同類細菌形成多個菌落并進行信息交流,最終被細胞外基質包裹后形成生物膜。它可以逃避宿主的免疫反應,保護細菌免受抗菌藥物的影響,使細菌在各種惡劣環境下可以存活,并通過“滲透限制、營養限制、表型推斷、群體感應以及各菌株之間相互協同作用”增加其耐藥性,引起機體的反復感染[4]。

2 鮑曼不動桿菌相關毒力因子

2.1外膜蛋白A(OmpA) 外膜蛋白OmpA是鮑曼不動桿菌表面蛋白中分布最廣的,也是最重要的組成部分。通過構建OmpA基因突變株,和野生株相比較發現突變株對細胞的粘附和侵入能力減少達95%,說明OmpA在鮑曼不動桿菌粘附與侵入宿主細胞的過程中起著重要作用。OmpA主要作用于宿主細胞的線粒體及細胞核內部,促進細胞釋放細胞色素C和凋亡誘導因子,促進真核細胞的凋亡。C.H.Choi等[3]通過研究人喉上皮細胞凋亡試驗,發現OmpA基因缺失株誘導細胞凋亡數量較野生型明顯減少。當給小鼠注射等量鮑曼不動桿菌野生株與同源OmpA基因缺失株時發現缺失株小鼠的血液細菌負荷明顯低于野生株,說明野生型更容易導致血液播散。因此OmpA在鮑曼不動桿菌的致病過程中至關重要。更有研究[5]表明,純化的OmpA可促進Th1-mediated免疫反應,刺激CD4+T細胞向Th1分化,并通過TLR-2介導的信號通路上調iNOS,影響TLR2的表達,這可能與鮑曼不動桿菌感染早期致病機制有關。

2.2磷脂酶D(PLD) 磷脂酶是磷脂分解代謝的主要酶系,包括磷脂酶A1、A2、C和D。研究[6]發現PLD可特異性的催化水解磷脂分子中的磷酸和有機堿羥基形成的酯生成磷脂酸和有機堿從而導致人體一系列與致病機制有關的生理病理反應。更有學者發現PLD具有可以增加血管通透性的鞘磷脂酶活性的外毒素,導致皮膚的壞死和溶血。目前在許多革蘭氏陰性菌中均發現有致病的PLD,它主要通過幫助病原菌入侵基底細胞膜,誘發宿主細胞對病原菌的包裹吞噬從而導致宿主的感染。A.C.Jacobs等[7]通過建立含有兩個PLD活性部位的由A1S-2989位點編碼的蛋白質發現質粒插入回復突變后其PLD活性較突變前有所增加。在入侵上皮細胞的試驗中,A1S-2989突變株的侵襲能力較野生株明顯的降低,而回復突變后,其入侵上皮細胞的能力也恢復到野生菌水平,說明PLD能影響鮑曼不動桿菌在宿主細胞的存活率及對上皮細胞的侵襲作用。在對假結核棒狀桿菌的致病機制的研究中發現PLD可影響宿主巨噬細胞的功能,從而影響宿主對于細菌的清除[8],這可能和鮑曼不動桿菌菌血癥的發生有關。在小鼠肺炎模型中,A1S-2989突變菌株在血液、肝臟及心臟的攜菌量相較于同期試驗感染野生菌株明顯下降更加證實了這一猜測。

2.3鐵的攝取代謝 鐵作為微生物生長的一種必須營養元素,它不僅參與機體內各種電子的轉移及核酸的合成,保護機體逃避自由基的損傷,還可參與菌體的各種新陳代謝過程,對信息的二次傳到起著重要作用[9]。鮑曼不動桿菌可以分泌出鐵載體、高鐵血紅素利用系統等與鐵攝取相關的分子,鐵載體的生物合成和轉運需要蛋白Bas D和Bau A,J.A.Gaddy等[10]通過構建Bas D蛋白表達缺陷型和蛋白Bau A缺陷型發現缺陷型致病菌在宿主細胞內的數目明顯少于親代,說明鐵載體生物合成和轉運功能的損害顯著降低了ATCC 19606T細胞持續并殺死該宿主的能力,當使用小鼠膿毒癥模型進行驗證時,其結果顯示鐵載體介導的鐵獲取系統的表達對于ATCC 19606T建立感染并殺死該脊椎動物宿主至關重要。而W.F.Penwell等[11]的研究更進一步證實了鐵載體和其前體導物2,3-二羥基苯甲酸在細菌中的致病作用。還有學者研究[12]發現,在鐵螯合劑乙二胺四乙酸存在下,鮑曼不動桿菌對上皮細胞的侵入粘附和形成生物膜的能力較正常菌株明顯下降。在菌血癥恢復期的患者血中發現有直接針對鐵結合蛋白的特殊免疫活性蛋白,這些均表明鐵的攝取和代謝與鮑曼不動桿菌的致病性有密切關系。

2.4脂多糖(LPS) 脂多糖是革蘭氏陰性菌中細胞壁的一種組成成分。它不僅是細菌的表面抗原物質,還是許多噬菌體吸附的受體,當細菌后被破壞后,LPS可釋放出內毒素,從而激活人體內各種信號傳導途徑引起機體的發熱、微循環障礙、內毒素休克或播散性血管內凝血等反應。當LPS進入血液循環或淋巴系統后,先與LPS結合蛋白(LBP)結合形成LPS-LBP復合物,被CD14 和髓樣分化蛋白2受體識別后傳遞給TOLL樣受體,再通過各種信號傳導通路引起大量炎癥因子表達或趨化因子的釋放[13]。而TOLL受體4作為參與非特異性免疫的一類重要蛋白質分子,其可迅速識別鮑曼不動桿菌釋放的LPS,從而引起肺內的瀑布級聯的炎癥性疾病已被證實[14]。J.H.Moffatt等[15]通過構建LPS缺乏的鮑曼不動桿菌刺激小鼠巨噬細胞的NF-0202B,發現腫瘤壞死因子α的分泌水平比正常菌株降低2至4倍,這更進一步說明了LPS在誘導機體炎癥反應中的重要作用。

2.5外膜囊泡(OMVs) OMVs是一種普遍存在于革蘭氏陰性菌表面具有生物學活性物質的、可被一系列模式識別受體PRR 識別的囊泡狀結構。OMVs多屬于病原相關分子模式,它通常與這些分子的保守區域相結合,經過各種免疫反應從而產生一系列的細胞因子參與機體各種細胞內的調控。它不僅有助于生物膜的形成,在細胞間通訊傳遞各種生物分子,還有利于內容物向宿主細胞的轉移并在宿主細胞中引發免疫應答反應[16]。S.H.Jun等[17]用不同濃度OMV的ATCC 19606誘導促炎細胞因子基因,發現白介素(IL)-1β、IL-6、趨化因子基因、IL-8、巨噬細胞炎癥蛋白-1α和單核細胞趨化因子蛋白-1在上皮細胞中的表達均呈劑量依賴性。而當用乙二胺四乙酸和蛋白酶K分別處理OMVs時,其誘導的促炎性細胞因子表達量與完整OMVs的應答相比均明顯下降,這表明了OMVs在免疫應答中的重要作用。

3 鮑曼不動桿菌與宿主免疫功能的關系

鮑曼不動桿菌是一種條件致病菌,正常情況下與宿主之間存在良好的生存平衡,當其聚集部位改變、機體抵抗力降低或菌群失調是則可成為致病菌。在醫院環境內,由于大量手術的實施、有創操作的開展以及多種廣譜抗菌藥物、大量免疫抑制劑的使用,均可導致機體免疫力嚴重下降、菌群失調從而導致鮑曼不動桿菌的感染。中性粒細胞內含髓過氧化物酶、溶菌酶、堿性磷脂酶和酸性水解酶等豐富的酶類,可以趨化、吞噬和殺滅細菌,一旦中性粒細胞功能缺失或者數量不足則可以導致急性嚴重感染甚至導致致死。有研究[18]表明,中性粒細胞的聚集與下降與細菌的感染與清除有明顯的相關性,在小鼠模型中,當分別耗竭NK 細胞、巨噬細胞和中性粒細胞后,感染鮑曼不動桿菌小鼠的10 d 存活率分別為 83%、50% 和 0%,說明中性粒細胞對于清除鮑曼不動桿菌的清除至關重要。

4 展 望

近年來,雖然對鮑曼不動桿菌的致病機制研究已有了一定進展,但對于鮑曼不動桿菌的治療對于臨床醫生來說仍是一個嚴重的挑戰。雖然通過疫苗來防治感染已成為一種新的研究方向,但目前對鮑曼不動桿菌各種毒力因子的具體作用機制仍不完全明確,需進一步探索和研究,從而為疫苗的研制及新型藥物的開發提供新思路。