銅綠假單胞菌生物被膜研究的進展

關鍵詞:銅綠假單胞菌生物被膜藻酸鹽感應密度系統

中圖分類號:Q933文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0004-01

生物被膜(Biofilm,BF)是細菌爲適應自然環境,在生長過程中附着於固體表面而形成的特殊存在形式,是由多細菌組成的膜狀結構,而並非單一細菌的膜成分。細菌生物被膜的生存方式不僅可以保護其中的細菌抵抗臨牀抗生素和工業設施中殺菌劑的作用,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,從而導致嚴重的臨牀問題。銅綠假單胞菌

(Pseudomonasaeruginosa,PA)是醫院內感染最常見的細菌之一,其生物被膜形成常給臨牀治療帶來許多困難。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浮游細菌粘附到表面形成單細胞層;②細菌通過羣落生長或聚集形成微菌落,進而形成蘑菇狀結構;③細菌分泌細胞外多聚物,形成基質,細菌深埋於基質內,成爲成熟的生物被膜。細菌生物被膜結構堅實穩定,不易受到破壞,是細菌爲了適應環境、維持自身發展所發生的形態變化。

2藻酸鹽對生物被膜形成的作用

據報道,銅綠假單胞菌會在活體內產生藻酸鹽,而且在銅綠假單胞菌感染住院的病人的體內也檢測到藻酸鹽抗體的存在。這些多糖藻酸鹽結構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藉助其表面分泌的藻酸鹽,而粘附於異物表面。SauerK等在流動的介質中建立的銅綠假單胞菌生物被膜模型,發現黏液型菌株的`生物被膜爲塔狀或蘑菇狀,非黏液型菌株的生物被膜爲薄膜狀[1]。細菌形成蘑菇狀結構後,大量分泌多聚物——菌細胞外基質包繞在蘑菇狀結構之外,形成穩固的生物被膜。

基質主要由蛋白、多糖和核酸組成,其中藻酸鹽是胞外基質多糖的主要成分之一。基質多糖在細菌定植形成微菌落時已開始分泌,在蘑菇狀結構形成後分泌才大量增加。藻酸鹽是粘液銅綠假單胞菌所分泌的重要致病因子之一,在細菌對生物醫學材料或機體腔道的粘附、生物被膜的形成以及抵抗機體免疫力等方面都起着重要作用。當銅綠單胞菌接觸到物體表面時,即觸發藻酸鹽的生物合成,促進其粘附,使菌聚集到一定數量,形成菌落,最終導致生物被膜形成。藻酸鹽能清除自由基,保護細菌免受吞噬細胞的清除作用,影響生物被膜的抵抗性。

2003年,柴棟等研究發現,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,中和藻酸鹽,在一定程度上抑制其粘附,從而使細菌聚集過程受阻,進一步干擾生物被膜形成[2]。

3密度感應系統對生物被膜形成的作用

銅綠假單胞菌通過基於酰基化同型絲氨酸內酯(acyl—homoserinelactone,AHL)的密度感應(quorum-sensing,QS)系統來調節毒力因子的表達及生物被膜的形成。密度感應就是細菌細胞間信號傳遞的一種方式,許多宿主相關細菌能夠對環境的化學信號產生反應,通過監測其羣體的細胞密度,來調控密度相關基因的表達。革蘭陰性細菌的QS系統大多利用N一乙酰高絲氨酸內酯(N—acylhoxinelaclone,AHLs)作爲信號分子。AHLs能透過細菌生物被膜,一旦環境限制其擴散或細菌大量生長時,AHLs濃度隨細菌密度增加而上升,當達到某閾值時,即與一種轉錄激活子結合,這一調控機制即被激活,AHLs通常在100nM級的濃度激活誘導(或抑制)相關靶基因的轉錄。由此可見,AHLs調控基因的轉錄提供了細菌羣在適當環境條件下感應細菌生長密度的方式[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及生物被膜的形成都是由QS系統控制的。

4臨牀藥物影響生物被膜形成的研究

2000年,柏宏堅等[4]研究發現克拉黴素(CAM)可破壞BF隧道系統,通過減少BF對滲入其內的相應抗生素的排泄,增加BF內相應抗生素的濃度,從而在清除BF細菌中產生協同作用。CAM還會使成熟的BF裂解,形成碎片,並從表面逐漸脫落,部分形成浮游細菌。

2005年,張文元等報道,低劑量十四元環大環內酯類藥物能顯著抑制銅綠假單胞菌生物被膜的形成,並增強環丙沙星對BF的滲透性,從而顯著增強環丙沙星對BF內銅綠假單胞菌的清除作用。同時,有研究表明,十五元環大環內脂類藥物阿奇黴素對銅綠假單胞桿菌生物被膜的形成有抑制作用。

2006年,孔晉亮等的實驗結果顯示,黃芩水煎液和紅黴素對左氧氟沙星清除BF內Pa有增效作用,並且黃芩水煎液和紅黴素的效能相當。

2007年,範燕等研究發現磷黴素與氨基糖苷類藥物聯用對抑制細菌生物被膜的形成呈增效作用。

2009年,方向羣等研究發現,羅紅黴素本身對銅綠假單胞菌並無抑菌活性而可以抑制多糖蛋白複合物的合成,顯示羅紅黴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。