醫(yī)院內(nèi)感染中銅綠假單胞菌與秀麗隱桿線蟲互作模型的運(yùn)用研究＊

文/鄒偉，張新樂(lè)，鄧文航，白自桐，陳玉婷

病原細(xì)菌對(duì)現(xiàn)有抗生素的耐藥性不斷增強(qiáng)是公共衛(wèi)生管理的一大障礙，其中醫(yī)院感染的病原菌中，銅綠假單胞菌占57%。大醫(yī)院疾病患者中，囊性纖維化患者以及燒傷引起免疫低下患者更易感染銅綠假單胞[1]，對(duì)人體健康危害極大，治療困難、代價(jià)高。多數(shù)抗生素作用于細(xì)胞生長(zhǎng)的過(guò)程發(fā)揮殺菌功能，然而在治療的過(guò)程中，病原菌發(fā)生基因突變表現(xiàn)出適應(yīng)對(duì)抗生素的耐受性，逐漸適應(yīng)抗生素，導(dǎo)致抗生素耐藥菌株的產(chǎn)生，從而加劇治療難度[2]。因此，尋找替代傳統(tǒng)抗生素治療的方法應(yīng)對(duì)細(xì)菌耐藥性迫在眉睫。在許多耐藥細(xì)菌物種中，各種毒力因子的產(chǎn)生和群體感應(yīng)（QS）細(xì)胞間通信機(jī)制調(diào)控密切相關(guān)。QS調(diào)節(jié)系統(tǒng)使細(xì)菌群體能發(fā)起對(duì)宿主免疫的防御反應(yīng)，保護(hù)自身免受抗感染藥物等殺滅[3]。靶向作用于QS系統(tǒng)克服了耐藥性問(wèn)題，因此篩選作用于QS系統(tǒng)的藥物是抗銅綠假單胞菌藥物篩選的新方向。此外，在學(xué)習(xí)記憶機(jī)制研究中也取得較好進(jìn)展，通過(guò)該模型研究秀麗隱桿線蟲的記憶、遺忘等行為參與的神經(jīng)元及調(diào)控機(jī)制也逐漸受到關(guān)注。

1 靶點(diǎn)作用于群體感應(yīng)系統(tǒng)藥物篩選

細(xì)菌群體感應(yīng)（QS）是指細(xì)菌利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)群體生長(zhǎng)繁殖使群體數(shù)量和密度快速增加，從而表現(xiàn)出與個(gè)體生理反應(yīng)不一致的群體行為。其調(diào)控的具體機(jī)制為群體數(shù)量和密度增加后，伴隨著信號(hào)分子的濃度也增加，進(jìn)而將信號(hào)傳遞給受體蛋白進(jìn)一步傳遞胞內(nèi)，正調(diào)控（激活）或者負(fù)調(diào)控（抑制）特定基因的表達(dá)，達(dá)到調(diào)控微生物群體生理變化的目的。機(jī)會(huì)性致病病原體的QS調(diào)控系統(tǒng)包含3種不同類型，分別是las、rhl和pqs系統(tǒng)，調(diào)控病原體致病因子的產(chǎn)生[3]，因此是開(kāi)發(fā)新型抗菌藥物的重要靶點(diǎn)。根據(jù)群體感應(yīng)原理存在一些干擾其運(yùn)行的機(jī)制，主要有三類方法。第一類干擾方法是分解群體感應(yīng)系統(tǒng)中的信號(hào)分子，內(nèi)酯酶可水解ahl的內(nèi)酯鍵，生成酰基高絲氨酸生物活性大大降低從而不能與受體蛋白結(jié)合，破壞細(xì)菌的Qs體系；第二類干擾方法是抑制Al的生成，切斷Qs信號(hào)通路；第三類干擾方法是通過(guò)合成AI的結(jié)構(gòu)類似物，與相應(yīng)的受體蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，破壞信號(hào)通路的傳遞。植物源五環(huán)三萜、樺木脂素和樺木脂酸具有廣泛的生物活性，是治療銅綠假單胞菌感染的有效物質(zhì)，該化合物主要存在于樺木科植物、昆欄樹(shù)樹(shù)皮和酸棗種子中。樺木脂具有廣泛的藥理特性，包括抗菌、抗病毒、抗癌、抗炎和肝臟保護(hù)活性[4]。此外，該化合物通過(guò)降低胞外多糖的產(chǎn)生等特性抑制生物膜形成，作為QS系統(tǒng)受體、lasR和rhlr的強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，成為潛在的抗感染藥物，用于控制銅綠假單胞菌的慢性感染[5]。

2 在銅綠假單胞菌毒力和耐藥性研究中的運(yùn)用

該模型用于篩選敏感藥物的及抗菌機(jī)制，為聯(lián)合用藥提供了證據(jù)，有助于抗侵染化合物如四環(huán)素、利福平和多粘菌素B的篩選[6]。此外在銅綠假單胞菌侵染時(shí)，某些化合物能夠增強(qiáng)線蟲的先天免疫，如：陸生植物、內(nèi)生真菌、海洋細(xì)菌和海藻的天然產(chǎn)物[7]。越來(lái)越多的植物提取化合物在抗病原菌感染中有效，主要作用機(jī)制是提高宿主免疫或者降低病原毒力。如對(duì)丁香花蕾抗銅綠假單胞菌活性的研究中發(fā)現(xiàn)，該活性物質(zhì)可顯著增強(qiáng)線蟲免疫而抵抗病原菌侵染，可作為治療耐藥病原菌感染的潛在治療活性物[8]。五環(huán)三萜類化合物通過(guò)降低胞外多糖的產(chǎn)生顯著干擾生物膜發(fā)育的初始階段，增加秀麗隱桿線蟲的存活率[5]。此外，二甲雙胍可以增強(qiáng)被侵染線蟲先天免疫，從宿主的層面增強(qiáng)自身抵抗力產(chǎn)生對(duì)病原菌的高抵抗力。因此，二甲雙胍可用于病原體侵染治療[9]。雖然使用互作模型發(fā)現(xiàn)了一些治療疾病的新化合物，探索了部分有效化合物的活性機(jī)制，但銅綠假單胞菌對(duì)秀麗隱桿線蟲產(chǎn)生的耐藥機(jī)制研究仍不足，是今后研究的重要方向。

3 在病原菌學(xué)習(xí)機(jī)制研究中的運(yùn)用

以秀麗隱桿線蟲作為模式生物，研究其對(duì)病原菌的記憶和遺忘機(jī)制得到廣泛運(yùn)用，線蟲被病原細(xì)菌侵染后會(huì)產(chǎn)生記憶[10]。在NGM平板的兩端分別加入線蟲OP50食物和銅綠假單胞菌PA14，將線蟲加至兩種菌體的中間，更多的線蟲爬至PA14菌斑中，表現(xiàn)出對(duì)PA14的喜愛(ài)[11]。干擾AWB和AWC神經(jīng)元相應(yīng)神經(jīng)肽和受體基因表達(dá)，線蟲對(duì)PA14偏好異常，表明AWB和AWC神經(jīng)參與線蟲對(duì)PA14氣味偏好行為調(diào)控[12]。此外，線蟲的PA14的偏好行為在外界的干擾下會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，將同步化后生長(zhǎng)至young adult的線蟲放入涂滿PA14菌斑中（確保線蟲無(wú)法逃離菌斑）4 h后，進(jìn)行偏好實(shí)驗(yàn)，當(dāng)其再次嗅到PA14氣味，表現(xiàn)出厭惡行為（更偏好于OP50）[10]。研究發(fā)現(xiàn)該行為的改變屬于線蟲對(duì)病原細(xì)菌的學(xué)習(xí)行為，PA14進(jìn)入線蟲體內(nèi)并寄生繁殖破壞腸道，線蟲感受傷害從而產(chǎn)生記憶，再次感知PA14氣味后表現(xiàn)出逃避反應(yīng)。該學(xué)習(xí)行為是由ADF神經(jīng)元中的五羥色胺調(diào)控的。當(dāng)線蟲暴被PA14侵染后，神經(jīng)系統(tǒng)做出反應(yīng)，五羥色胺在ADF神經(jīng)元中合成增加，釋放后特異性的與AIZ和AIY中間神經(jīng)元受體MOD-1結(jié)合，通過(guò)激活其他信號(hào)通路產(chǎn)生對(duì)病原菌的學(xué)習(xí)[11]（見(jiàn)圖1）。

圖1 秀麗隱桿線蟲對(duì)病原菌記憶學(xué)習(xí)調(diào)控模式圖

4 展望

在篩選銅綠假單胞菌敏感藥物過(guò)程中，秀麗隱桿線蟲侵染模型運(yùn)用廣泛，此外該模型還可用于協(xié)同藥物篩選驗(yàn)證及作用機(jī)制研究，為聯(lián)合用藥提供證據(jù)。近年來(lái)分離到多種在侵染期間提高免疫免受侵染的化合物，發(fā)現(xiàn)治療銅綠假單胞菌引起的慢性炎癥疾病新靶點(diǎn)。雖然該模型得到了廣泛運(yùn)用，但許多銅綠假單胞菌侵染線蟲模型背后的毒力機(jī)制仍然不是十分清晰，有待繼續(xù)探索。此外線蟲具有完整的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，神經(jīng)元間可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，很多保守調(diào)控通路與哺乳動(dòng)物同源，是研究學(xué)習(xí)、記憶和遺忘的較好模式生物。近年來(lái)，在學(xué)習(xí)和記憶方面的研究取得較多進(jìn)展，但在病原遺忘行為的研究中鮮有報(bào)道。因此，病原遺忘的研究也是今后較好的選題。