最新：群体感应调控细菌耐药的机制(全文)

最新：群体感应调控细菌耐药的机制（全文）

细菌的抗菌素耐药已成为威胁人类健康的重大问题，亟需新策略阻控细菌耐药。群体感应是微生物细胞间交流的一种机制，当环境中群体密度达到阈值后群体感应即被激活，调控下游基因转录。群体感应已被证实可调控生物膜、外排泵、细菌分泌系统等抗菌素耐药机制，有望成为耐药调控靶点。目前已有多种群体感应抑制剂通过降解信号分子、干扰信号分子与受体蛋白的识别和结合、阻断群体感应信号的合成等方式干扰群体感应。群体感应抑制剂有望成为阻控微生物耐药的新方法。

近年来，随着抗菌素的广泛使用，细菌的抗菌素耐药已成为威胁人类健康的重大问题。研究者们试图通过研究微生物耐药靶点、研发新型药物等方法攻克抗菌素耐药这一世纪难题，但细菌耐药率仍逐年攀升。因此，迫切需要从新的角度研究抗菌素耐药问题。最近，一些研究揭示了群体感应（quorumsensing）系统在细菌耐药中的作用，并深入探索了群体感应调控细菌耐药的机制，这些研究成果有望为阻控抗菌素耐药提供新的方法和靶点。本文围绕群体感应对细菌抗菌素耐药的调控机制及干预手段进行综述。

一.细菌耐药机制

目前，抗菌素的作用机制主要包括以下4个方面：（1）阻碍细胞膜合成；（2）增强细胞膜通透性；（3）影响蛋白质合成；（4）干扰

DNA的复制和转录〔】】。相应地，细菌发展出以下5种主要抗菌素耐药

机制：（1）降低细胞膜对抗菌素的通透性；（2）利用外排泵排出抗菌素；（3）基因突变或修饰抗菌素靶向基因；（4）对抗菌素的直接修饰或降解；（5）形成生物膜1W。为克服细菌耐药，新药研发、药物联用已成为常见手段，但罕有从细菌群体角度出发制定的策略。基于此，深入研究细菌群体感应系统，从中寻找新的耐药阻控手段已刻不容缓。

二、群体感应简介

20世纪70年代，Nea1son和Eberhard等【2,3］发现费氏弧菌（Vibiofischeri）和哈维弧菌（Vibioharveyi）的发光现象可由菌群密度所调控,这是最早关于群体感应现象的文献报道。1994年，Greenberg教授在总结费氏弧菌、根癌农杆菌、胡萝卜软腐欧文菌、铜绿假单胞菌等细菌的群体行为基础上，率先提出〃群体感应〃这一概念［4］。群体感应是指微生物通过监测种群密度调控群体行为的生物现象。微生物分泌可扩散的信号分子并在环境中累积。在低细胞密度时，外部环境中的信号分子浓度较低，不发生群体感应调控；在高细胞密度时，外部环境中的信号分子累积至一定浓度，与受体蛋白结合，启动下游基因转录，调控种群性状［4］。不同细菌有不同的群体感应系统。大部分革兰阴性菌的群体感应系统为1u×I∕R型系统。1UX1/R型系统的原型为费氏弧菌群体感应系统，其中编码酰基高丝氨酸内酯

（acy1homoserine1actone,AH1）N-（3-氧代己酰基）-1［/V-

(3-oxo-hexanoy1)-1-homoserine1actone,OHH1］的合成,IuxR编码

AH1依赖性转录因子S］。其他革兰阴性菌群体感应系统与其相似，/〃/

同源基因编码AH1信号分子合成，信号分子自由扩散并与1uxR同源性受体蛋白结合，调控下游基因转录。如铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa,PA)中的IaS1与AyM■具有同源性JasI编码合成N-3一氧十二烷酰-高丝氨酸内酯［N-(3-oxododecanoy1)-homoserine1actone,30C12-HS1］信号分子，而与∕ox∕?同源的IaSR是PA毒力基因的全局调节剂［5］。PA中的另一套重要群体感应系统

RhII/R也包含了同源的M〃及同源的rh/R'51。大肠杆菌与沙门菌含

1uxR同源蛋白SdiA,但无1uxI同源蛋白，故SdiA起到感应环境中信号分子浓度变化的作用［6］。与革兰阴性菌不同，革兰阳性菌群体感应系统的信号分子主要为自诱导肽(autoinducerpeptide,AIP),需要通过ABC转运系统(ATP-bindingcassette)或膜通道蛋白实现胞内外转运。自诱导肽长度为5~17个氨基酸U］,通过磷酸化级联反应进行信号转导。当环境中的自诱导肽浓度达到一定阈值后，与细胞膜上的双组分信号转导系统自诱导肽受体结合，组氨酸蛋白激酶被激活，激酶中的组氨酸残基磷酸化，磷酸基团进一步通过天冬氨酸残基被传递给受体蛋白，磷酸化后的受体蛋白与DNA结合调控下游基因表达181。止匕外，革兰阳性菌还存在一种AI-2信号系统，其信号分子是一类吠喃酰硼酸二酯，该信号分子合成基因

∕oxS在革兰阴性、革兰阳性菌中均较保守，故该系统被认为是物种间交流的调控途径。研究较多的革兰阳性菌群体感应系统为金黄色葡萄球菌(Staphy1ococcusaureus,SA)的Agr系统。在SA中，agr∕?编码自诱导肽前体肽AgrD,AgrB对AgrD进行处理，将自诱导肽分泌至胞外。即/＜编码组氨酸蛋白激酶AgrC,与agrA编码的AgrA组成双组分信号转导系统。AgrA

能结合启动子P2、P3进行转录调控群体感应可调控细菌的多种生命活动，如生物发光、细菌运动、致病基因表达、毒力因子合成等。研究发现，群体感应通过调控生物膜形成、外排泵表达、细菌分泌系统等机制调控细菌的抗菌素耐药。下文将以革兰阴性菌PA、革兰阳性菌SA为例，详细阐述群体感应调控细菌抗菌素耐药的机制研究进展。

三.群体感应调控微生物耐药的机制研究进展

1.群体感应调控PA耐药的机制研究进展：多种结构性肺病患者呼吸道内均可见PA定植，如慢性阻塞性肺疾病［1。］、支气管扩张症【I】】、囊性肺纤维化等112］,且PA定植与急性加重有关［10，13,14］o感染是结构性肺病患者急性加重的主要诱因反复使用抗菌素引起的PA耐药已成为临床治疗的重要难题。同时，PA作为经典革兰阴性菌，其群体感应系统已被深入研究，群体感应与抗菌素耐药的关系及机制被部分揭示。

PA主要有以下几个群体感应系统：1as1/R系统、RhI1/R系统、B诺酮信号(Pseudomonasquino1onesigna1z PQS)系统、集成群体感应信号(integratedquorumsensing,IQS)系统⑸(图1)。如前文所述，1as1/R、RhII/R系统属1ux1/R型系统，其信号分子分别为3OC12-HS1和C4-HS1o1as1/R系统激活后促进下游大量基因的转录，如taskrh∣k「MR、pqsR、pgs∕8C。〃等，调控碱性蛋白酶、弹性蛋白酶、外毒素A等毒力因子表达［15］。RhI1/R系统调控弹性蛋白酶合成、鼠李糖脂合成、吩嗪代谢等生化进程151。PQS系统信号分子为2-庚基-3-羟基-4・Dt诺酮(2-hepty1-3-hydroxy-4-quino1one),其前体为2庚基-4-瞳诺酮(2-hepty1-4-quino1ones,HHQ)。HHQ和PQS与PqsR结合,PqSR与pgs∕8COE操