白色念珠菌的生物膜及耐药机制的研究进展
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白色念珠菌的生物膜及耐药机制的研究进展
摘要：白念珠菌是最常见的与免疫和医学受损患者的生物膜形成有关的真菌，现在已经确定生物膜的形成是念珠菌病期间的一个主要毒力因子。白念珠菌生物膜的形成是一个高度调控和协调的过程。白色念珠菌引起的念珠菌病可表现为皮肤、粘膜或深层器官感染，对人体的危害极大。白色念珠菌的主要治疗药物为唑类，但同时其对唑类药物的耐药性最严重，研究其耐药机制对于白色念珠菌的治疗有很大意义。
关键字：白色念珠菌；致病方式；耐药机制
念珠菌属是共栖物种，因此是正常人类菌群的一部分，分布于皮肤、胃肠道和生殖道。然而，念珠菌也可在易感患者中引起各种感染，包括老年患者、住院患者或免疫抑制患者。侵袭性念珠菌感染是全球最常见的真菌感染之一。据报道，念珠菌是导致医疗相关感染的主要原因之一。在不同的念珠菌属中，白色念珠菌是最常见的临床菌种。念珠菌病有多种临床表现，从无生命威胁的浅表皮肤粘膜感染到与念珠菌病相关的毁灭性侵袭性疾病[1]。
1.白色念珠菌的生物膜
白念珠菌生物膜的发育过程可分为四个主要阶段：粘附、增殖、成熟和扩散。在早期粘附阶段，酵母细胞附着在材料表面，形成一层基底，将生物膜固定在表面。随后是增殖阶段，其特征是丝状化的开始，导致菌丝和假菌丝细胞的出现，这些细胞在整个生物膜发育过程中继续伸长，形成一个复杂的网络，有助于生物膜的整体稳定性。在随后的成熟阶段，菌丝支架被包裹在一层由自产的外聚合物质（EPS）组成的毯子中，这些物质基本上起到粘合剂的作用，将整个生物膜结构固定在一起[2]。 生物膜形成的整个过程在分子水平上受到高度调控。在过去的十年中，分子研究已经开始揭示白念珠菌生物膜生长模式下的信号传导过程。早期研究表明，在白色念珠菌生物膜的形成过程中，形态发生转变、粘附相互作用和群体感应起着关键作用。米切尔小组的开创性工作开始剖析单个基因/蛋白质对生物膜形成和维持的贡献，从而确定了参与生物膜形成的关键转录因子和粘附素。例如，白色念珠菌转录因子突变体Δefg1和Δtec1在生物膜形成方面存在缺陷，因为它们无法丝化。类似地，另一个转录因子Bcr1被确定为生物膜形成的主要调节因子，因为它控制包括Als3和Hwp1在内的几种菌丝粘附素，它们的互补功能同时为生物膜结构提供内聚性，不同的研究小组使用强大的转录组学技术来研究白念珠菌生物膜与浮游生物膜中基因表达的整体模式，这主要强调了代谢在生物膜生长中的作用。随后，Nobile及其同事的一份开创性报告显示，正常生物膜形成需要九种相互交织的转录调节因子（Bcr1、Brg1、Efg1、Ndt80、Rob1、Tec1、Flo8、Gal4和Rfx2）组成的核心网络[3]。这些新近进化的调节因子共同控制着约1000个基因的表达，约占整个白色念珠菌基因组的15%。值得注意的是，其中一些转录因子还控制着酵母到菌丝的形态发生转化，从而确定了丝状化和生物膜生长密切相关。
2. 耐药机制
2.1 对唑类药物的耐药机制
对于白色念珠菌来说，膜转运蛋白的表达增加与唑类耐药性相关。例如，CaCDR1、CaCDR2和CaMDR1的过度表达通常能在耐唑的口腔、全身和阴道白色念珠菌临床分离株中观察到。在体外，编码这些转运体的基因的破坏会导致对包括唑类在内的特定抗真菌药物的高度易感性。现已证明白色念珠菌膜转运蛋白与唑类耐药性相关。如下所述：①ABC转运蛋白[4]。三磷酸腺苷（ATP）结合盒转运蛋白（ABC-T）是需要ATP作为能量来源的活性转运蛋白。每个ABC-T由两个跨膜结构域（MSD）和两个核苷酸结合结构域（NBD）组成，每个跨膜结构域包含六个跨膜片段。每个NBD由一个结合ATP的ATP结合盒（ABC）组成。②MFS运输蛋白[4]。主要促进剂转运体（MFS-T）需要质膜的质子梯度作为能量来源来运输外源性物质。MFS-Ts没有ABC-Ts特有的NBD，它们有12到14个跨膜段。 除膜转运体外，通过麦角甾醇生物合成的改变也证明了唑耐药性。麦角甾醇途径基因突变和/或过度表达都影响白色念珠菌对唑类的耐药性。ERG11的过度表达与其唑耐药性有关。许多耐唑白色念珠菌临床分离株显示CaERG11表达增加。在抗唑光滑梭菌分离株中观察到CgERG11过度表达。ERG11的几个点突变已在耐药临床分离株中鉴定[5]。ERG11的点突变与耐药性相关，已在其他耐唑念珠菌中发现。除此之外，ERG3；ERG6的突变与过度表达也与白色念珠菌对唑类的耐药机制有关。
Upc2p是一种转录因子，调节大多数麦角甾醇生物合成基因。例如，它调节白念珠菌中CaERG2和CaERG11的表达。Upc2p是一种Zn2-Cys6锌簇转录因子，在白念珠菌中具有良好的特征。Upc2p的N端是DNA结合域，而C端是激活调节域。麦角甾醇与Upc2p的C-末端结合，并对UPC2的转录进行负调节。Upc2p这种突变只会导致唑耐药性增加两倍。
最近发现，甾醇输入是白色念珠菌对唑类耐药的一种潜在机制。唑类药物可以降低细胞中麦角甾醇的水平，这可以通过外源性激素来补偿。甾醇输入白色念珠菌和光滑念珠菌中得到了很好的表征。Aus1p和Pdr11p在厌氧或微需氧条件下导入固醇，并表现出更强的抗唑能力。UPC2的突变以及麦角甾醇和血红素生物合成的缺陷可导致甾醇进口增加。
杂合性缺失（LOH）和非整倍体在内的基因组变异可能与白色念珠菌的唑耐药性相关。如果一个基因的一个等位基因发生突变，LOH可以将突变复制到第二个等位基因。在临床分离的白色念珠菌中，在CaTAC1、CaERG11和CAMR1中观察到LOH，与耐药性增加相关。白色念珠菌的临床分离株也可能包括片段非整倍体，其中含有CaERG11和CaTAC1的5号染色体左臂的两个拷贝形成了一个与唑耐药性相关的等色染色体。此外，4号染色体三体也导致唑类耐药性增加[6]。
白色念珠菌对多烯抗性与ERG3和ERG6的变化有关。例如，在体外，ERG3和ERG6的破坏导致麦角甾醇水平降低，以及白念珠菌和光滑念珠菌对两性霉素B的耐药性。然而，临床分离株的多烯耐药性尚未得到很好的描述。 棘白菌素是最新的抗真菌药物类别，靶向β-1-3葡聚糖合酶，这是一种对细胞壁生物合成非常重要的酶，位于质膜。该酶由同源物CaFKS1和CaFKS2编码。在对棘白菌素耐药的临床分离株中观察到CaFKS1突变，突变集中在两个区域（氨基酸区域637-654和1345-1365）。CaFKS2突变可在体外导致白念珠菌对棘白菌素产生耐药性，但尚未在临床分离株中观察到。
另一种治疗白色念珠菌感染的5氟胞嘧啶药物是通过补救途径中代谢过程影响耐药性，与其他抗真菌药物联合用于治疗念珠菌病。在白念珠菌的念珠菌中观察到5FC耐药性。，5FC由胞嘧啶透皮酶CaFcy2p导入，然后由胞嘧啶脱氨酶CaFcy1p脱氨基为5FU。然后5FU通过磷酸核糖转移酶CaFur1p转化为5FUMP。这些酶的失活导致5FC抗性增加。
3.小结
近年来，人们越来越重视生物膜形成在白念珠菌生物学和致病性中的作用。在开发白念珠菌生物膜形成模型和描述其结构特征的开创性研究之后，进行了更深入的机理研究，以了解生物膜的发展及其在分子水平上的调节。同样的，研究白色念珠菌耐药机制，这方面的研究也取得了越来越大的进展，对于临床合理治疗白色念珠菌感染有很大的参考价值，可以有效降低白色念珠菌感染的死亡率。
参考文献
[1]GULATI M, NOBILE C J. Candida albicans biofilms: development, regulation, and
molecular mechanisms [J]. Microbes and infection, 2016, 18(5): 310-21.
[2]BASSETTI M, VENA A, BOUZA E, et al. Antifungal susceptibility
testing in Candida, Aspergillus and Cryptococcus infections: are the
MICs useful for clinicians? [J]. Clin Microbiol Infect, 2020, 26(8):
1024-33.
[3]DELAVY M, DOS SANTOS A R, HEIMAN C M, et al. Investigating
Antifungal Susceptibility in Candida Species With MALDI-TOF MS-Based
Assays [J]. Front Cell Infect Microbiol, 2019, 9(19. [4]ENOCH D A, YANG H, ALIYU S H, et al. The Changing Epidemiology
of Invasive Fungal Infections [J]. Methods Mol Biol, 2017, 1508(17-65.
[5]FIRACATIVE C. Invasive fungal disease in humans: are we aware
of the real impact? [J]. Mem Inst Oswaldo Cruz, 2020, 115(e200430.
[6]BIERNASIUK A, BERECKA-RYCERZ A, GUMIENICZEK A, et al. The newly
synthesized thiazole derivatives as potential antifungal compounds
against Candida albicans [J]. Appl Microbiol Biotechnol, 2021,
第一作者：李敏，女（汉族），硕士，内蒙古医科大学，内蒙古，呼和浩特，010000，E-mail：*********************
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