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)

中圖分類號:Q933文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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，在生長過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，而且還可以對抗人體的免疫清除作用，對人類的健康造成了很大的危害，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的臨床問題。銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa，PA)是醫(yī)院內(nèi)感染最常見的細(xì)菌之一，其生物被膜形成常給臨床治療帶來許多困難。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

生物被膜的形成過程包括3個方面:①浮游細(xì)菌粘附到表面形成單細(xì)胞層;②細(xì)菌通過群落生長或聚集形成微菌落，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)堅實穩(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 藻酸鹽對生物被膜形成的作用

據(jù)報道，銅綠假單胞菌會在活體內(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已開始分泌，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，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對藻酸鹽的抗原-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)對生物被膜形成的作用

銅綠假單胞菌通過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)信號產(chǎn)生反應(yīng)，通過監(jiān)測其群體的細(xì)胞密度，來調(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 )作為信號分子。AHLs能透過細(xì)菌生物被膜，一旦環(huán)境限制其擴(kuò)散或細(xì)菌大量生長時，AHLs濃度隨細(xì)菌密度增加而上升，當(dāng)達(dá)到某閾值時，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，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)菌生長密度的方式[3]。最近幾年的報道指出，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，柏宏堅等[4]研究發(fā)現(xiàn)克拉霉素(CAM)可破壞 BF隧道系統(tǒng)，通過減少BF對滲入其內(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，張文元等報道，低劑量十四元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類藥物能顯著抑制銅綠假單胞菌生物被膜的形成，并增強環(huán)丙沙星對BF的滲透性，從而顯著增強環(huán)丙沙星對BF內(nèi)銅綠假單胞菌的清除作用。同時，有研究表明，十五元環(huán)大環(huán)內(nèi)脂類藥物阿奇霉素對銅綠假單胞桿菌生物被膜的形成有抑制作用。

2006年，孔晉亮等的實驗結(jié)果顯示，黃芩水煎液和紅霉素對左氧氟沙星清除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藥物聯(lián)用對抑制細(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)，羅紅霉素本身對銅綠假單胞菌并無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生物被膜的滲透從而增強其對銅綠假單胞菌生物被膜的抑菌活性。

2010年，崔冬清等報道，高氧環(huán)境有利于銅綠假單胞菌生長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。因此，細(xì)菌生物被膜相關(guān)感染的防治仍是臨床上一個有待解決的難題。雖然已有研究發(fā)現(xiàn)某些藥物對生物被膜有抑制作用，但尚未能完全殺滅被膜下細(xì)菌，如何增強抗菌藥物對生物被膜下細(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]．中國實驗診斷學(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.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，等.克拉霉素對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.