Persister cells產(chǎn)生機(jī)制的研究進(jìn)展

孫小迷

【摘 要】Persister cells是指細(xì)菌群體中能耐受致死濃度抗生素的小亞群，在感染的復(fù)發(fā)及慢性感染中扮演重要角色。由于形成機(jī)制復(fù)雜，并對(duì)抗生素表現(xiàn)為不可遺傳的表型耐受，由基因突變形成的耐藥菌存在本質(zhì)差異。而這種不發(fā)生任何抗藥基因突變、僅以非增殖小亞群形式耐受抗生素的現(xiàn)象則稱為persistence。本文主要介紹Persister cells的形成機(jī)制，為今后的臨床研究進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】persister cells;persistence;形成機(jī)制

1944 年，Joseph Bigger用致死劑量青霉素處理金黃色葡萄球菌，液涂在固體培養(yǎng)基上，發(fā)現(xiàn)仍然有極少量菌落生長(zhǎng)。在抗生素治療中存活，去除抗生素后恢復(fù)生長(zhǎng)。為了區(qū)分與耐藥菌的不同，將這部分細(xì)菌稱為“persister cells”[1]。persister cells的數(shù)量少于細(xì)菌總體的0.1%，persister cells的形成機(jī)制復(fù)雜，persister cells對(duì)抗生素表現(xiàn)為不可遺傳的表型耐受，由基因突變形成的耐藥菌存在本質(zhì)差異。目前報(bào)道發(fā)現(xiàn)存在persistence現(xiàn)象的有結(jié)核分枝桿菌、沙門氏菌、衣原體、布魯氏菌、包柔氏螺旋體、假單胞菌屬、大腸埃希菌、葡萄球菌、鏈球菌以及白色念珠菌等，廣泛涵蓋了細(xì)菌及真菌種群[2-4]。

一、persister cells產(chǎn)生機(jī)制

persister cells的形成機(jī)制較為復(fù)雜，受到多種機(jī)制的調(diào)控，可以自發(fā)隨機(jī)產(chǎn)生，也可以在外界環(huán)境等壓力作用下產(chǎn)生。目前對(duì)于形成機(jī)制的研究尚無定論，但普遍認(rèn)為與環(huán)境壓力、氧化應(yīng)激反應(yīng)、營(yíng)養(yǎng)缺乏、SOS反應(yīng)、毒素-抗毒素系統(tǒng)（toxin-antitoxin module， TA）以及群體感應(yīng)系統(tǒng)等均可以引發(fā)persister cells的形成[5]。

1.毒素-抗毒素系統(tǒng)

TA 系統(tǒng)是目前研究報(bào)道最多且較成熟的persister cells形成機(jī)制。TA 系統(tǒng)廣泛存在于細(xì)菌的染色體基因組中，也可以存在于外源DNA 島如噬菌體轉(zhuǎn)座子超級(jí)內(nèi)含子和質(zhì)粒中。TA 系統(tǒng)是由2 個(gè)基因組成的一對(duì)操縱子，其中一個(gè)基因編碼穩(wěn)定的毒素蛋白，另一個(gè)編碼一個(gè)不穩(wěn)定的抗毒素蛋白，毒素一般與抗毒素形成無害的配合體。毒素蛋白可抑制一些重要的細(xì)胞功能，如RNA 翻譯、DNA 復(fù)制、細(xì)胞壁及ATP 合成等，導(dǎo)致細(xì)菌的生長(zhǎng)停滯;抗毒素蛋白可自動(dòng)調(diào)節(jié)毒素蛋白的表達(dá)并中和毒素蛋白[6]。

當(dāng)細(xì)菌遭遇不利條件時(shí)抗毒素被分解或者毒素表達(dá)量增多，毒素水平升高，胞內(nèi)主要的生命活動(dòng)瞬間被打亂如蛋白質(zhì)合成、DNA 復(fù)制、細(xì)胞壁的合成，甚至可以使細(xì)菌停止分裂。Persister cells之所以可以在高濃度抗生素作用下存活，是因?yàn)閜ersister cells中抗生素作用的活性靶點(diǎn)均失活。研究發(fā)現(xiàn)編碼毒素的基因過表達(dá)后，細(xì)菌的休眠比率大大升高。

在毒素-抗毒素系統(tǒng)中，毒素低水平表達(dá)會(huì)對(duì)細(xì)胞生產(chǎn)產(chǎn)生確切的抑制功效。但抗生素藥物所殺滅細(xì)胞以活力細(xì)胞為主，因此persister cells在休眠狀態(tài)下能夠有效逃避抗菌藥物的沖擊作用。

2.SOS 反應(yīng)

SOS反應(yīng)是微生物群體細(xì)胞DNA 受損后誘導(dǎo)出的一種重要的應(yīng)急反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)persister cells的形成與SOS 反應(yīng)有關(guān)。例如：若大腸桿菌的SOS 反應(yīng)沒有被激活，則菌株將很容易被喹諾酮類抗生素所殺滅而減少持久性。還發(fā)現(xiàn)抗生素濃度的動(dòng)態(tài)似乎對(duì)SOS 反應(yīng)誘導(dǎo)的持久性至關(guān)重要，因?yàn)樵诟邼舛鹊目股孛媲埃挥?% 的菌株誘導(dǎo)了SOS 反應(yīng)。從而說明persister cells的出現(xiàn)是一種隨機(jī)事件。

3.群體感應(yīng)系統(tǒng)

QS（細(xì)菌群體感應(yīng)）機(jī)制是指細(xì)胞細(xì)胞產(chǎn)生、識(shí)別、響應(yīng)被稱為自誘導(dǎo)物的細(xì)胞外信號(hào)分子，并通過信號(hào)分子實(shí)現(xiàn)細(xì)胞-細(xì)胞間群體協(xié)同反應(yīng)以應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的特殊過程。Persister cells的形成受到了群體感應(yīng)系統(tǒng)或類似機(jī)制的調(diào)控。對(duì)銅綠假單胞菌的研究表明，在培養(yǎng)基中加入兩種群體信號(hào)分子pyocyanin 和acyl-homo-serine lactone 3-OC12-HSL，都能通過激活PYO 群體感應(yīng)系統(tǒng)顯著提高培養(yǎng)物的persister cells水平[7]。不過，群體感應(yīng)系統(tǒng)通過何種途徑調(diào)控persister cells形成的機(jī)制尚不明確有待進(jìn)一步研究。

二、結(jié)語(yǔ)

Persister cells對(duì)臨床的威脅巨大且難以清除成為研究的熱點(diǎn)問題，由于它的形成機(jī)制較為復(fù)雜，因此，今后的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)是繼續(xù)闡明persister cells形成的深層機(jī)制。如果從其形成機(jī)制出發(fā)，是否可以清除persister cells，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。

【參考文獻(xiàn)】

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