白色念珠菌的生物被膜耐药机制

【中图分类号】R917【文献标识码】A【文章编号】1672-3873（2011）03-0331-01

【摘 要】文章分析了白色念珠菌生物被膜形成的相关因素,提出了其生物被膜耐药机制.

【关 键 词】白色念珠菌被膜

一、白色念珠菌生物被膜的形成过程及结构形态

1.白色念珠菌生物被膜的形成

目前,习惯上把白色念珠菌生物被膜的形成过程分为早期（0～11h）、中期（12～30h）和成熟期（31～72h）.在用96孔微量培养板制成的体外念珠菌生物被膜模型中,用倒置显微镜可以观察到培养2h在培养孔的底面形成由酵母细胞组成的微菌落；2～4h可见酵母细胞出芽并开始形成菌丝；8h微菌落互相融合,形成酵母细胞及菌丝密集排列的网状结构；24～48h酵母细胞沿着菌丝团块样聚集,形成多层的膜状结构.

2、白色念珠菌生物被膜的结构形态

成熟的白念珠菌生物被膜是一个在细胞外基质包裹下的由孢子、菌丝体或检测菌丝组成的致密网状系统,呈一个具有不均质性和水道分支的有机三维立体小菌落结构.

二、白色念珠菌生物被膜形成的相关因素

一方面,接触物表面的物理性质如粗糙与否会影响真菌附着难易及生物被膜的均一性,另一方面,接触物的化学性质也会影响生物被膜的形成.有实验证明,比起橡胶材质,硅酮材质要大大减低白色念珠菌生物被膜形成数量.而且,在不同材质上,白色念珠菌生物被膜结构也会有不同,这可能与接触诱导基因表达有关.

2、白色念珠菌的形态种型

毋庸置疑,白色念珠菌的酵母态和菌丝态间相互转换能力对其生物性及致病性的多重表现是非常重要的.白色念珠菌的二态性对其生物被膜的构建及其潜在致病性起着决定作用.

3、白色念珠菌生物被膜的密度感应（quorumsensing,QS）系统

QS系统是生物被膜形成的基础,QS系统所控制的细胞间的信息交流已被证实在各种菌群的生长过程中扮演重要角色,通过QS反馈抑制菌群的复制,使定植群落达到最适大小,形成成熟的生物被膜.实验证明,麝香草醇是目前研究最多的QS信号分子,可抑制白色念珠菌的菌丝化,高浓度的麝香草醇几乎完全抑制生物被膜的形成,而且从成熟生物被膜提取的上清液可以抑制游离白色念珠菌的菌丝化,也有研究表明一些与菌丝形成相关的基因及耐药基因和编码一些蛋白的基因的表达与麝香草醇条件相关联.

4、其他

对于白色念珠菌生物被膜的形成还存在许多其他的影响因素,如温度营养等环境因素,在此就不一一赘述.

三、白色念珠菌生物被膜耐药机制

研究表明,没有哪种明确单一因素能引起生物被膜如此高的耐药性,而研究已知的几种因素确实对白色念珠菌生物被膜耐药性都有影响,目前认为白色念珠菌生物被膜高耐药性是由多因素共同作用导致.

1、细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）阻碍药物渗入

ECM是念珠菌分泌的多糖、蛋白质及其他成分在白色念珠菌生物被膜的外表面形成的水凝胶样结构.Thurnheer等利用荧光探针发现这种细胞外基质在生物被膜外形成的是高度迂曲孔道样的结构,可能是阻止或延迟某些分子直径较大的物质渗入的原因.有实验证实,从生物被膜中衍生出的游离菌体同样会具有耐药性,其程度却低于其在生物被膜内的耐药性.由于在流动介质中培养的生物被膜产生的ECM要明显高于静止介质,但白色念珠菌生物被膜在以上两种培养条件下,对抗真菌药物敏感性没有显著差异,提示ECM产生的多少与白色念珠菌生物被膜耐药相关性不大.因此,生物被膜中的ECM有阻碍或延缓药物渗入生物被膜的作用,但是这也并不是白色念珠菌耐药的关键,其中还必有其他机制参与作用.

2、生物被膜内细胞生长减慢

由于药物效力通常和细胞生长力密切相关,生长旺盛的细胞对药物的吸收更多更快,而生物被膜内的细胞由于营养受限,生长减缓,导致了真菌代谢降低,故对抗真菌药物敏感性降低.Chandra等发现不同生长速率的白色念珠菌生物被膜耐药性伴随着生物被膜的发育成熟过程呈进行性增加,最终高度耐药.而原本就是游离状态的白色念珠菌只有在低生长速率下才能达到生物被膜的高度耐药,但从生物被膜中衍生出的游离菌株耐药性要高于原本游离状态的菌株.这也说明生长速率只是造成耐药性的因素之一.

3、生物被膜内细胞质膜的脂质成分影响

在这方面目前研究较多的是麦角甾醇.Kohli等发现,游离状态的白色念珠菌随着耐药性增加,细胞膜的麦角甾醇含量有所降低,质膜的流动性也随之递减.Mukherjee等也在实验中观察到,生物被膜的麦角甾醇水平成熟期减少了50%,改变远大于游离状态菌株,而成熟期恰是白色念珠菌生物被膜耐药性大大提升的时期,故麦角甾醇改变很可能会影响耐药程度.

4、生物被膜耐药基因的表达

除了通过降低细胞膜的通透性减少药物进入细胞内,增加细胞内的药物外排也可减少菌体对药物的吸收,而药物外排增强目前更被认为是主要原因.白色念珠菌生物被膜的外排泵除吸收营养物质、排泄代谢产物、传导细胞间及细胞与外界信号外,在排出胞内药物上也起了极大作用,此机制由多药耐药（multidrugresistance,MDR）蛋白介导.MDR蛋白包括ATP结合转运蛋白及易化扩散载体超家族两种类型.ATP结合转运蛋白家族中的念珠菌耐药基因1（Candidadrugresistance1,CDR1）、CDR2及MDR1已被证实与游离状态的白色念珠菌耐药性密切相关.CDR1、CDR2和MDR1的过度表达是游离态白色念珠菌对唑类药物耐药的重要原因之一,CDR1及CDR2增加药物的外排,MDR1抑制药物摄人,从而降低细胞内药物浓度.但Mukherjee等利用基因敲除对比了生物被膜在3个时期中这3个基因的mRNA的表达水平及表达产物的功能活性,结果证实在中期和成熟期它们均有表达和产生外排药物的活性,且均强于早期.这与耐药性的变化不一致,提示这3个基因很可能只在早期的生物被膜的耐药中起作用,而成熟生物被膜的耐药机制目前仍不是很清楚.同时,用RNA印迹技术分析游离白色念珠菌细胞和生物被膜细胞显示在生物被膜上有不同于游离菌株的基因表达.这些提示其耐药性可能与某些基因表达有关.Lafleur等在实验中发现对霉素B及洗必泰分别及联合耐药的白色念珠菌耐药株仅存在于生物被膜状态,并且,这些耐药株再接种后可再次对药物敏感,提示其耐药性并非突变而与表型变异有关.

5、其他

白色念珠菌生物被膜的耐药机制还和原始耐药株存在、对抗机体免疫机制、微环境变化等多种因素相关.各种因素在耐药机制中都发挥作用,但这些都不是惟一的,而可能是多因素协同作用所致.目前这方面的研究仍然存在很多问题,有待进一步深入研究.

作者单位：哈尔滨珍宝制药有限公司