氢化酶在细菌致病性和耐药性中的作用

需要 消耗 质子 ， 因此 氢化 酶 产 氢 涉及 到 细 菌 的酸 碱 平衡 。有 研究 表 明低 ｐ 值 可诱 导 氢 化 酶 的表 达 ， Ｈ ｈｐ ｙ Ｆ突变 的大肠 埃希 菌对 酸耐受 程 度 降低 。最 近有 学者 发现 ， 大肠 埃希 菌在厌 氧 和低 ｐ 环境 下 ， Ｈ
基 因的 表达 ， 抑制 有氧 产能 基 因 ， 一方 面能 使 ｈ ｐ 另 ｙ
许 多病 原菌 都含有 吸氢 酶 ， 然没有 实验 证据 ， 虽
但 我们 有理 由相信 这些病 原 菌 同样 可能利 用氢 气作
为 能源增 强致 病 力 ； 另一 方面 ， 在临 床工作 中我们 发
现很 多 病例具 有 混合 感 染 的 特征 ， 而有 些 细 菌具 有
菌 感染 过程 中＿ 。， 化 酶 突 变 的肝 螺杆 菌 对 小 鼠 ｑ］氢 肝 脏损 伤能力 降 低 ， 化酶 突变 的沙 门菌毒力 降低 ， 氢 经 质粒 补偿表 达 吸 氢 酶后 毒 力 恢 复 。因 此 ， 吸氢 酶 通 过分 解氢 气为 病原 菌提供 能量有 助 于细菌 在病灶
在 胃部 致病 。同样 的现象也 发生在 肝螺 杆菌 和沙 门
介 导 。在厌 氧状 态 下 ， ｃ ＡｒＢ发 生 自身磷 酸化 并磷 酸 化 转 录调节 因子 ＡｒＡ， ｃ 的磷 酸 化 可抑 制 有 氧 ｃ ＡｒＡ 代谢 基 因并 活 化 厌 氧 代 谢 基 因 ， 中包 括 氢 化 酶 。 其
达 ， 如兼 性厌 氧 菌肺 炎 克 雷 伯 菌 在 微 氧 环 境 下也 例
有氢 化酶 的产 生 。 ］
２ ．Ｈｙ ： 大肠 埃希 菌 内 ， ｃ属 于放 氢酶 ， ｃ在 Ｈｙ 由
ｈ ｃ 纵 子 编 码 表 达 。ＨｙＢ、 ｃ Ｈｙ Ｄ、 ｃ ｙ 操 ｃ Ｈｙ Ｃ、 ｃ Ｈｙ Ｅ、 Ｈｙ Ｆ、 ｃ 和 甲酸 脱 氢 酶 Ｈ （ ＤＨ— 共 同组 成 ｃ Ｈｙ Ｇ Ｆ Ｈ）
关 键 词 ： 氢 化 酶 ； 细 菌 ； 致病 ； 耐 药
中图分类号 ：３８ Ｒ ７ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ９７ ０ （ ０ ２ （ —０ ２０ １ ０ — ７ ８ ２ １ ） １０ ７ —４ ）
Ｈｙ ｒ ｇ ｎ ｓ ｎ ｔ ｏ ｅ ｉ ｔ ｏ ｅ ｉ ｉｙ ａ ｒ ｇ ｒ ｓｓ ａ ｅ ｏ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ｏ ｅ ａ ｅ ａ ｄ ｉｓ ｒ ｌ ｎ ｐａ ｈ ｇ ｎ ｃ ｔ ｎｄ ｄ ｕ ｅ ｉｔ ｎｃ ｆｂ ｃ ｅ ｉ
作者简介 ： 聂蔚 （９ ３ ） 男 ， 士 研 究 生 在读 ， １８ 一 ， 硕 主要 从 事 细 菌 致 病
和 耐 药 的研 究 。
者 定 位于细 菌周质 ， 分解 氢气 分子 为质 子和 电子 ， 质 子用 于产生 质子 驱动 力 （ ＭＦ ， Ｐ ） 电子 可传 递 给 醌作
为还 原 当量 。
战斗取 得 了辉煌 的成绩 。然 而 ， 随着 抗 生 素 大量 使 用 和新 型抗 生素开 发 减 少 ， 菌 耐 药 的 问题 日益 突 细
出 ， 德里金 属 ８内酰 胺 酶 （ Ｍ一 ） 的 出现 几乎 新 ＮＤ １ ］
杆菌 等含有 Ｖ ｅ ｅ 氢 化 酶 。无 金 属 氢 化 酶 仅 分 布 ＦＦ ￣
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Ｈｙ 和 Ｈｙ ａ ｂ表 达受 细 菌 体 内氧 化 还 原 状 态 的
调 节 ， 过 程 主 要 由双 组 分 调 节 系 统 ＡｒＢ ＡｒＡ 该 ｃ／ ｃ
相 比 ， 化 酶突变 株在小 鼠 胃部定 植能力 明显 降低 ， 氢 因此作 者认 为氢 气作 为产 能底物有 助 于幽 门螺杆菌
的表达 及调 控 。迄 今 为 止 ， 究 人员 发 现 大 肠埃 希 研
致病 过程 中的作用 作 一 综述 ， 就 其 在 细 菌耐 药 中 并
的机 制进 行探 讨 。
一
一 分类
根 据 所 含 金属 原 子 不 同， 化 酶 可 氢
分 为 ［ Ｆ ］ 化 酶 、 Ｆ Ｆ ］ 化 酶 和 无 金 属 氢 化 Ｎｉ ｅ 氢 ［ ｅｅ氢
呼吸道致 病 相关 的 病 原 菌 多含 有 ￣ ｉ ｅ 氢 化 ＮＦ ］
酶， 因此 ， 文重 点探讨 这种 酶 。 本
（ ） Ｎｉ ｅ 氢 化 酶 的 结 构 Ｖｏｂ ｄ 一 ［ Ｆ］ ｌｅ ａ于 １ ９ ９５ 年 发表 了 Ｄ． ｉａ Ｎｉｅ 氢 化 酶 的 晶体结 构 。该 ｇ ｇ ｓｇ Ｖ ］
酶 ＿ ， 两者包 含 了氢化 酶家 族 的 大部 分 成 员 。根 ２前 ］ 据 功能 的不 同 ， 可分 为放氢 酶和 吸氢酶 等 。 亦
菌共 表 达 ４种 ［ Ｆ ］ 化 酶 ， 别 为 Ｈｙ 、 ｂ Ｎｉｅ 氢 分 ａ Ｈｙ 、
Ｈｙ ｃ和 Ｈｙ 。 ｆ
（ 分 布 氢化 酶 广 泛 分布 于 微 生 物 中 ， 括 二） 包
产氢 能力 ， 以这些 病原 菌可 能通 过氢气互 相 营养 ， 所 共 同致 病 。如 果该 途 径 确 实存 在 ， 制 氢 化 酶作 用 抑
的药 物有 可能 是一 个理想 的抗感 染选 择 。
（ ） 二 调节 细菌 酸碱 平衡
氢化 酶在 产生氢 气时
的表 达增 加ｌ ， 而间接 增加 氢化 酶 的表达 。当然 ， ＿ 从 ６ ］ 并 不 是所 有 的细菌 在有 氧状 态下 均抑 制氢 化 酶的表
Ｍ ｅ ｃ ｌ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ３，Ｃ ｉ ａ ｄｉａ ｉ ｅ ｓｔ ｈ ｎ ｈ ｉ ００ ２ ｈｎ ）
自从 青霉 素发 现 以来 ， 人类 在 抵 抗 细 菌感 染 的
病 原体 中 ， 大肠 埃希 菌 、 炎克 雷伯 菌 、 肺 嗜肺 军 团菌 、 志贺 菌 、 枝 杆 菌 属 、 门 螺 杆菌 等 含 有 ［ Ｆ ］ 分 幽 Ｎｉｅ 氢 化 酶 ； 难梭 菌 、 艰 阴沟肠杆 菌 、 贾第 鞭毛虫 、 肠 破伤 风
ＮＩ ｉ Ｅ Ｗｅ ，ＸＩ Ｑｉｇｙ Ｕ ｎ ｕ．
（ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｓ ｉａｏ ｙ Ｄｉｅ ｓｓ ｈ ｎ ｚ ｅ ｇ Ｈｏｐ ｔ ｌ ｅｏ ｄ Ｍｉｉ ｒ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆ Ｒｅｐ ｒ ｔｒ ｓａ ｅ ，Ｃ ａ ｇ ｈ ｎ ｓ ｉ ，Ｓ ｃｎ ｌ ａ ｙ ａ ｔ
酶是 由大 小 ２个 亚 基 构成 的异 二 聚体 ， 性 中心埋 活
藏 在大亚 基 内部 ， １ Ｆ 原 子 和 １个 Ｎｉ 子 构 由 个 ｅ 原
成 ， ｅ原 子 与 １个 Ｃ ２个 Ｃ 或 者 与 Ｓ Ｃ Ｆ Ｏ、 Ｎ Ｏ、 Ｏ、
Ｃ 相 连接 ， Ｎ 另有 ４个 硫 代 半 胱 氨 酸 残 基 通 过 硫 键 连 接在 酶分 子 上 。［ ｅｓ 簇 位 于 小 亚基 内 ， 以将 Ｆ —］ 可 电子传 递至 活性 中心与质 子结 合 。 （ Ｅ ｉ ｅ 氢 化 酶 的 表 达 因为 ［ Ｆ ］ 化 二） Ｎ Ｆ ］ Ｎｉｅ 氢 酶在 大肠埃 希菌 中表 达 和 调节 研 究 较 为详 细 ， 与 并 临床 联系较 为 紧密 ， 以大肠 埃 希 菌 为例 介 绍该 酶 故
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中国感染与化疗杂志 ２ １ ０ ２年 １月 ２ ０日第 １ ２卷第 １期 Ｃ ｉ ｎｅｔＣ ｅ ｔｅ， ａ ２ １ ， ｌ ２ ｏ ｈｎＪＩｆｃ ｈｍｏｈｒ Ｊｎ ０ ２ Ｖｏ・１ ，Ｎ １
・
综 述
・
氢化 酶 在细 菌 致病 性和 耐 药性 中的作 用
聂 蔚 ， 修 清 玉
ｈ ｃ突变株 的存 活率 降低 ； ｐ 值从 ６ ５降 至 ５ ５ ｙ 当 Ｈ ． ．
时， ｃ Ｈｙ 依赖 的产 氢 能力 提 高 ７ Ｏ倍 。 由此 可 以 看 出氢化 酶对 于大 肠埃希 菌在 厌氧 和低 ｐ 环境 下 Ｈ 维持 自身酸碱平 衡有 重要 作用 。 胃肠 道病 原菌 在经过 胃部 时需要 抵御 胃酸 的侵 袭， 这种 机制 可能对 细菌 存活具 有关 键作用 。另 外 ， 在细 菌被 专职吞 噬 细胞 （ 巨噬 细胞等 ） 摄入 进吞 噬体 后， Ａ Ｖ— ＴＰ酶 使 吞 噬 体 内 ｐ 值 由 ７ ４逐 渐 下 降 Ｈ ． 至 ４ ５１ 酸 化 的吞 噬体 一 方 面 抑制 细 菌 的生 长 和 ．ｌ ＿ ， 繁殖 ， 一 方 面 辅 助 ＮＡＤ Ｈ 氧 化 酶 产 生 活 性 氧 另 Ｐ （ Ｓ 。此时 细菌 氢化酶 介导 的产 氢可 以发挥 调节 ＲＯ ） 酸碱平 衡 的作用 ， 而使 细菌得 以存 活 ， 强细菌 的 从 增 致病 力 。
于某些 产 甲烷 菌 。 二、 氢化 酶 的结构 和表达
将 我们 推 向了无 药 可用 的窘 迫境 地 。因此 ， 一 步 进 发 现 和理解 细菌致 病 和 耐 药 的机 制 ， 寻找 新 的 抗 生 素靶点 ， 增强 耐药 菌对 现有抗 生素 的敏感 性 ， 于 临 对 床工作 而言 无疑 具有 深刻意 义 。 氢化酶 （ ｙ ｒ ｇ ｎ ｓ ） 微 生 物体 内普 遍 存 在 ｈ ｄｏ ｅ ａ ｅ 是 的一 类金 属酶 ， 的活 性 中心 含 有 ２个金 属 原 子 和 它 Ｖ ｅＳ 簇 ， 化 酶 的主 要 作 用 是 可 逆 性 催 化 Ｈ： Ｆ —］ 氢 一 ２ ＋ ２ｅ反 应 ， Ｈ 与微 生 物 的 能量 代 谢 密 切 相 关 。 近年 来 ， 证据 表 明氢 化 酶 在 细菌 的致 病过 程 中起 有 重要 作用 ， 文就氢 化 酶 的 生 物学 特 点 及其 在 细 菌 本
的定植 和致病 。
醌作 为 氧化 还原 信 号作 用 于 Ａｒ 系 统 ， 有 氧 呼 吸 ｃ 在
时， 氧化 态 醌作 为 负 性 调 节 因子 抑 制 ＡｒＢ 的 自身 ｃ 磷 酸化 ， 而抑制 氢化 酶 的表 达 ］ 从 。 事实上 ， 氧气 同样 能 够抑 制 大 肠 埃 希菌 氢 化 酶 的表 达 。Ｆ ｒ ｆｍａａｅｎｔａｅｒｄ ｃｉｎ 是 大 肠埃 ｎ （ｕ ｒｔ ｉ ｔ ｅ ｕ ｔ ） ｒ ｏ 希菌 细 胞质 氧 敏 调 节 因子 ， 有 感 受 域 和 Ｄ 具 ＮＡ 锚 定 调节 域 。Ｆ ｒ ｎ 的活性 依 赖感 受 域 Ｃ Ｆ 一Ｓ 的存 ４ｅ ］ ４ 在， 当大 肠埃 希菌 暴露 于有 氧环 境时 ，４ ｅ Ｓ 可 ［Ｆ 一 ］ ４ 迅速 转 变为 Ｅ Ｆ 一ｓ ” ， 其 失 去 ＤＮ 锚 定 功 能 。 ２ ｅ２ ７ 使 Ａ 因此 ， 在厌 氧状 态 下 ， ｎ 一 方 面激 活 厌 氧呼 吸 途径 Ｆｒ
基 金项 目 ： 课 题 受科 技 部 十二 五“ 大 新药 创 制 ” 技 重 大 专 项 基 本 重 科
金 和 国 家 自然科 学 基 金 面上 项 目（ ． ０７ １４ 资 助 。 ＮＯ ３８ １ ３）
作 者 单 位 ： 二 军 医大 学 长 征 医 院 呼 吸 内 科 ， 第 上海
２００ 。 ０ ０ ３
通信 作 者 ： 清 玉 ， ｉ ｘｕ ｑ ｇ ｕ＠ １６ ｃｒ。 修 Ｅｍａ ： ｉ ｉ ｙ ｌ —ｎ ２ ．ｏ ｎ
中 国 感 染 与 化疗 杂 志 ２ １ ０ ２年 １ ２ 月 ０日第 １ ２卷 第 １期 ＣｈｎＪＩｆｃ ｈ ｍｏｈ ｒ Ｊｎ ０ ２ ｏ．１ ，Ｎ ．１ ｉ ｎｅｔ ｅ ｔｅ ， ａ．２ １ ，Ｖ １ ２ ｏ Ｃ
细菌 、 古生 菌 以及 部 分 真菌 ］ 。与人 类 致 病 相 关 的
１ Ｈｙ 、 ｂ Ｈｙ 、 ｂ为 吸 氢 酶 ， ａ 由 ． ａ Ｈｙ ： ａ Ｈｙ Ｈｙ Ｈｙ Ａ、 ａ Ｈｙ Ｃ ３部 分 组 成 ， ｂ由 Ｈｙ Ａ、 ａ Ｈｙ Ｂ、 ａ Ｈｙ ｂ
Ｈｙ Ｂ、 ｂ 、 ｂ ｂ Ｈｙ Ｃ Ｈｙ Ｏ ４部 分组 成 ， 分别 由 ｈ ａ Ｃ ｙ ＡＢ — ＤＥ Ｅ操纵 子和 ｈ ｂ ＡＢ ＤＥ Ｇ 操 纵 子表 达ｌ 。两 ｙＯ Ｃ Ｆ ＿ ４ Ｉ