铜绿假单胞菌中群体感应系统的研究进展Word文档格式.docx

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由于铜绿假单胞菌具有高度耐药性，涉及的耐药机制包括外膜低渗透、抗生素修饰酶的生成如β-内酰胺酶、外膜孔蛋白缺失、青霉素结合蛋白改变和主动外排泵系统等，所以导致铜绿假单胞菌感染非常难以消除[4]。

1铜绿假单胞菌的QS系统

群体感应（quorumsensing，QS）是一种细菌细胞与细胞间的通讯系统，即细菌通过可扩散的小分子信号分子感知细胞群体的密度，从而引起一些特定基因在细菌群体中的协调表达。

群体感应系统的提出最初是由于共生费氏弧菌的发光现象引起了科学家的兴趣。

1970年，Nealson等才首次报道了海洋费氏弧菌的菌体密度与其生物发光成正相关并证实该发光现象受细菌本身的群体感应系统所控制。

目前研究表明，QS系统可以调控细菌许多重要的生理功能包括生物发光、生物膜的形成、对寄主的致病性等。

铜绿假单胞菌的QS系统是细菌胞间交流系统的典型代表。

Passador等发现铜绿假单胞菌细胞间的信号传递且QS信号因子LasR能激活重要的毒力因子弹性蛋白酶[5]。

这一重要的发现使得关于QS系统的研究成为热点。

Whiteley等利用随机插入突变的方法证实了QS系统调控的39个基因，并推定QS系统调节的基因与细菌的毒力因子和次生代谢相关[6]。

此后，被陆续发现的QS系统调控的基因的数量一直都稳步上升。

Schuster等和Wagner等两个研究小组分别独立地利用高密度DNA微阵列的技术证实了QS相关基因超过300个，超过已经获知的铜绿假单胞菌的总基因组数量的6%[7-8]。

另外两个研究者利用双向凝胶电泳和质谱法进行了研究，Nouwens证明部分蛋白是胞外蛋白碎片中的组成成分。

且研究者们证明了受QS控制的多个基因编码的转录因子对转录后调控、蛋白质的折叠以及蛋白水解等均具有调控作用[9-10]。

Manos等研究了感染CF患者的铜绿假单胞菌株的转录谱和生物膜形成特性[11]。

近期研究者进一步研究了粘液型铜绿假单胞菌和非粘液型铜绿假单胞菌形成生物膜的能力和基因表达的特点[12]。

2QS信号系统

2.1两种QS信号系统

在铜绿假单胞菌中含有两个主要的QS信号系统LasI/LasR和RhlI/RhlR。

它们均依赖于AHL（N-acylhomoserinelactone）作为信号分子[13]。

在las系统中lasI基因编码产生3OC12-HSL（N-3-oxododecanoylhomoserinelactone）合成酶。

当铜绿假单胞菌的群体浓度达到一定值时3OC12-HSL绑定到转录激活子LasR，LasR二聚并且绑定到靶位点启动并控制基因的表达[13]。

该激活已经被证实需要3OC12-HSL依赖的LasR多聚物[14]。

在rhl系统中，rhl基因编码的酶参与C4-HSL（N-butyryl-homoserinelactone）的产生。

由3OC12-HSL,C4-HSL绑定到它的同源转录调控因子RhlR，即可转录靶启动位点[13]。

在转录水平和后转录水平las控制控制rhl系统。

虽然RhlR需要C4-HSL作为转录激活，但它不依赖C4-HSL作二聚作用[15]。

除LasR和RhlR以外，在铜绿假单胞菌中，还存在着另一个转录激活因子QscR，它能激活3OC12-HSL并参与一系列复杂的调控过程[16-19]。

2.2喹诺酮信号系统

铜绿假单胞菌的第三个信号系统是喹诺酮信号系统（PQS系统）[20]。

喹诺酮信号分子2-庚基-3-羟基-4-喹诺酮（2-heptyl-3-hydroxyl-4-quinolone）已经被证实属于2-alkyl-4-quinolone（AQ）家族，且它是综合pqsABCD基因pqsABCDE操纵子[21-23]。

pqsABCDE操纵子负责合成2-庚基-3-羟基-4-喹诺酮thePseudomonasquinolonesignal（PQS）的直接前体2-庚基-4-喹诺酮2-heptyl-4-quinolone（HHQ），这两个分子都承担细胞与细胞间交流的角色[21]。

PqsH是被las系统调控的，在转换HHQ到PQS的过程中承担重要角色[24]。

PqsE是一个操纵子与pqsA–D结合但不参与PQS合成。

虽然pqsE的破坏导致多个信号传导的丢失，然而不是所有的进程都需要PQS的调控系统[25]。

目前，关于这个蛋白的精确的激活机制仍然不清楚。

然而已证实Pqse在没有PQSR和PQSD情况下可以激活PQD控制的基因的转录[26]。

近期，研究者们已证实PqsE是QS系统中重要的调控因子且能有效促进铜绿假单胞菌对环境的适应性[27]。

PqsR是一个lysr转录因子它可以被HHQ和PQS激活，导致许多毒力因子的激活，其中包括大量的基因他们同时可以被las和rhl控制。

另外PQSR也被pqs自身操纵子控制，产生一个积极的反馈环[28]。

PQSR可以被las系统正调控，且RlhR也可作用于pqs系统的表达[29-31]。

近年来，喹诺酮信号已越来越多地受到研究者们的关注，成为该研究领域的研究热点。

3QS系统与细菌毒力之间的关系

QS系统调节多种胞外的毒力因子的合成[21,32-33]且能激活生物膜的形成并调节抗生素流出泵的表达，这意味着QS系统是铜绿假单胞菌的致病性的关键。

las和rhl系统调控多个毒力因子包括弹性蛋白酶、碱性蛋白酶、外毒素A、鼠李糖脂、绿脓素和外源凝集素类等[8,34]。

Sauer等证实了Las系统在生物膜发育的成熟阶段具有重要作用，而生物膜的产生使细菌生长在微菌落中，以保护细菌免遭抗生素的作用和宿主免疫功能的清除。

Andersen等研究发现P.aeruginosa△lasRrhlR（△RR）与野生型相比，毒力明显减弱，证实QS调控多个毒力因子[35]。

转录组分析表明，超过90多个基因被PQS系统调控[36-37]。

PQS被证实作用于细胞膜的形成和调控多个毒力因子包括弹性蛋白酶，绿脓素和LecA植物凝集素，且它被认为是该病毒在多个宿主中全毒素的必要因子[28]。

另外PQS和HHQ已经被证实能通过NF-κB下调宿主的免疫应答控制毒力因子而突变体则不能分泌信号分子诱导TNF-a和IL-6的表达。

这表明在CF患者体内铜绿假单胞菌的复制中，群体感应系统非常活跃[38-39]。

4利用QS系统开发新的抗菌药物

近期研究证实PQS及HHQ能够引起宿主细胞内与免疫相关的基因表达的下调如NK-κB信号途径且能抑制巨噬细胞的活化，但PQS及HHQ不能引起凋亡，提示其对免疫系统的影响并不来自于细胞本身功能的改变[40-41]。

由于QS系统在铜绿假单胞菌中调控上百个毒力因子的显著作用，所以在生物体中阻断QS系统已经显示出显著作用。

Rasmussen等研究者通过QSI筛选获得大蒜油和4-nitro-pyridine-N-oxide（4-NPO），并证实其二者能够有效抑制QS系统调控的毒力因子的分泌且能够降低生物膜对托普霉素的耐受程度[42]。

在最新的研究中，研究者证实用新鲜的大蒜提取物喂养小鼠可以使得铜绿假单胞菌的QS信号减弱且毒力因子分泌减少。

在体外实验结果中也证实了大蒜提取物对降低铜绿假单胞菌的毒力是非常有效的[43]。

2010年Kohler等通过胞内和胞外实验证实，大环内酯类的抑菌药物的抗菌作用主要是通过阻断QS调控路径从而降低QS依赖的毒力因子的产量来实现的[44-45]。

2010年Lu等证实氨溴索能有效抑制铜绿假单胞菌的QS系统，从而降低生物膜的形成，以及减少QS依赖的毒力因子的产生，可适用于临床上对囊性纤维化患者的治疗[46]。

最新研究证实从植物中提取的儿茶素和二氢黄酮能有效抑制铜绿假单胞菌中QS系统控制的多个毒力因子[47-48]。

Vandeputte证实抑制QS系统是一个非常有潜力的的治疗靶标，目前部分的分子抑制物已经被陆续开发并成功应用[39,49-50]。

5前景与展望

近年关于铜绿假单胞菌中QS系统的研究已成为研究者们的研究热点。

随着对其研究的逐步深入，受铜绿假单胞菌QS系统调控的基因以及铜绿假单胞菌QS系统与宿主之间的关系已经逐步被揭示。

如何更好地利用QS系统作为药物靶点开发新的抗菌药物将成为微生物学家们下一步研究的重点。

目前科学家们正着眼于开发一系列的以抑制QS系统为靶标的分子抑制物，相信在不久的将来将会投放于临床的应用并造福于广大的患者。

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