假丝酵母菌群体感应分子法尼醇的研究进展2023.docx

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1、假丝酵母菌群体感应分子法尼醇的研究进展2023摘要随着真菌感染发生率的上升，侵袭性真菌的分子基础研究越来越受到关注。群体感应是微生物进行细胞间交流的独特机制，探索参与群体感应效应信号分子的作用机制,是侵袭性真菌分子基础研究的热点。法尼酉贯farnesol）作为一种当前研究最多的假丝酵母菌群体感应分子，其可以通过不同信号通路调节假丝酵母菌的多种生物活性，不仅在真菌形态发生、生物膜形成以及抗菌、细胞毒力、免疫调节等方面发挥重要作用，具还具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、神经保护等作用。法尼醇众多的生物活性具有潜在的临床应用价值，本文对与外阴阴道假丝酵母菌病密切相关的群体感应分子法尼醇的研究进展做一综述。随

2、着广谱抗菌药物的应用及现代医疗技术的发展，真菌感染的发生率呈上升趋势，其临床诊断和治疗成为研究的热点之一，同时，侵袭性真菌的分子基础研究也备受关注1。假丝酵母菌是常见的院内获得性病原菌之一，其形态转化与所在局部环境中的真菌密度密切相关，即当接种浓度106cell/ml时真菌将以菌丝相生长，但相同条件下接种浓度106cell/ml时真菌将维持酵母相（芽生泡子）生长。真菌这种在种群水平上进行联合活动，并能够与同一物种或其他物种成员进行细胞间交流的机制，被称为群体感应（quorumsensing）;其中参与群体感应效应的分子即为群体感应分子或称自我诱导体（autoinducer法尼醇（farneso

3、l）是在真核生物中首次被描述的真菌群体感应分子，其作用机制也是目前研究最深入的。法尼醇可以通过不同信号通路参与多种生物活性，影响真菌形态发生、生物被膜形成，具有抗菌、免疫调节活性，甚至在抗炎、抗氧化、抗肿瘤、神经保护等方面也具有潜在作用2,3。本文将对与外阴阴道假丝酵母菌病密切相关的假丝酵母菌群体感应分子法尼醇的研究进展进行综述。一、真菌的群体感应调节系统群体感应是由FuquaWC于1994年首次提出的一种微生物细胞间信息传递机制4,可以根据特定信号分子的浓度检测到周围环境中自身或其他细菌的数量变化；当信号分子达到一定的浓度阈值时，能启动菌体中相关基因的表达来适应环境中的变化，如生物发光、生物

4、膜形成、致病因子的产生及抗菌活性等4。群体感应的调节机制主要为：经酶催化合成信号分子受环境的影响而波动,合成的信号分子经扩散或转运系统到达胞外，当累积到一定浓度后，能被位于膜上的感应系统识别，进而引起受体蛋白的构象或基因的变化，最终激活靶基因的表达，该表达产物能使微生物适应外界环境的变化，如调整新的生长模式、改变病原菌对宿主的攻击等3,4。从功能的角度看，群体感应是一种基于化学信号的语言策略。通过这一机制，微生物可以感知其在特定环境中的密度，从而调节特定基因群的表达，进而形成有组织的群体反应。参与群体感应效应的分子即为群体感应分子，其根据环境的变化，与种群密度成比例地分泌到环境中。这一调节系统

5、赋予了微生物对环境更加灵活的适应能力3,4。真菌群体感应调节系统普遍存在，真菌自身的多种重要病原学特征均受到群体感应调节系统的调控，如次级代谢物的产生、酶的分泌、形态转化、生物膜形成、细胞凋亡、耐药性以及病原体-宿主免疫等。白假丝酵母菌是外阴阴道假丝酵母菌病最常见的致病菌，研究发现，白假丝酵母菌可以合成多种信号分子，如法尼醇、酪醇、-(1,3)-糖甘、法尼酸、1-苯乙醇、色醇、信息素、挥发性化合物(如二氧化碳)等，其中法尼醇是在真核生物中首次被描述的群体感应分子，其作用机制也是目前研究最深入的。法尼醇可以通过不同信号通路参与多种生物活性，如干扰假丝酵母菌酵母相与菌丝相间的相互转化，影响多种微生

6、物生物膜形成过程，增强抗菌药物对微生物的抗菌活性，诱导细胞凋亡，产生细胞毒性，调节宿主免疫，影响耐药基因的表达等5,6。二、假丝酵母菌群体感应分子法尼醇的生物学作用法尼醇是真菌生物合成麦角固醇(ergosterol)的中间产物，由焦磷酸法尼酯转化而来。法尼醇存在4种同分异构体，(1)反式，反式法尼醇(CAS106-28-5);(2)2-反式，6-顺式法尼醇(CAS3879-60-5);(3)2-顺式，6-反式法尼醇(CAS3790-71-4);(4)顺式，顺式法尼醇(CAS16106-95-9其中，反式，反式法尼醇(EzE-farnesol)可以有效阻止假丝酵母菌菌丝形成，其C-12骨架结构对

7、其有效阻止真菌菌丝发生是必不可少的。当改变法尼醇碳链的长度后，法尼醇的抑制作用将会下降。同时，焦磷酸法尼酯可以依次在鲨烯合成酶、鲨炸环氧化酶的作用下合成环氧鲨烯，进而在C-14羊毛固醇脱甲基酶等酶的作用下最终合成麦角固醇。因此，对真菌麦角固醇合成途径中相应位点(erg1xerg7xerg9serg11的干扰将会影响真菌法尼醇的表达量5,6Hornby等7报道,当白假丝酵母菌用鲨烯合成酶抑制剂萨拉戈酸B(ZaragozicacidB)处理后,法尼醇的表达量较未经萨拉戈酸B处理菌株增加8倍。此外，亚致死浓度的嗖类药物处理白假丝酵母菌后，法尼醇的表达量明显增加8。所以，以嗖类药物为主的抗真菌制剂可能

8、通过法尼醇对白假丝酵母菌形态产生直接或间接的影响。另有研究发现，法尼醇在生物膜细胞中的表达量明显高于浮游细胞的表达量。白假丝酵母菌在厌氧条件下很少或不产生法尼醇，对法尼醇也无反应；同时，在厌氧环境中的白假丝酵母菌对两性霉素B、嗖类药物不敏感。通过分子水平研究发现，白假丝酵母菌法尼醇的生成受3个调节基因的调控：DPP3基因正调节，Tupl和Nrgl基因负调节，从而目前对其中的具体调节机制并不明确6,9。随着研究的深入，人们对法尼醇的了解不断加深，越来越多的作用活性得到了认识。当前对法尼醇的认识，主要聚焦于以下4个方面。1 .法尼醇抑制真菌菌丝形成、阻断真菌作用信号途径：假丝酵母菌是一种多形性真菌

9、，可以以酵母相、菌丝相、假菌丝相、不透明(OPaqUe厚垣胞子(ChIamydoSPore)等形态存在。形态转化可以使菌株迅速适应外界的不同环境，而增强其适应性和耐受力。法尼醇作为一种参与群体感应调节的信号分子，可以有效影响白假丝酵母菌酵母相与菌丝相的转化Wz11o研究显示，在增加了菌丝形成诱导剂(血清、N-乙酰胺葡萄糖)的条件下，法尼醇仍可抑制菌丝的形成。Nagy等12通过基因工程构建特殊菌株并使用数字图像高时相分辨率视频显微镜技术分析了白假丝酵母菌菌丝生长的动态变化，进一步证实了法尼醇可阻止酵母细胞的黏附作用及菌丝的生长，抑制真菌酵母相与菌丝相的转化。更重要的发现是，法尼醇对白假丝酵母菌生

10、长及细胞活性的干扰作用与其浓度相关，低浓度(50molL)法尼醇可抑制白假丝酵母菌的生长及活性，在高浓度(750molL)法尼醇条件下仍有部分菌株生长，但在极高浓度(10mmolL)法尼醇环境中白假丝酵母菌可以转变为厚垣抱子13o研究发现，法尼醇对真菌形态的调节作用，主要是通过5种信号通路进行：(1)去尼醇通过Rasl通路调节Hst7基因和Cphl基因的转录水平(2)法尼醇通过RaSl-蛋白激酶A1(PKA1)通路调节Efgl基因；(3)法尼醇通过检查点激酶1(checkpointkinase1,Chk1)调节PKA1活性;(4)通过Chk1-HogI-丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路；(5

11、)法尼醇以尚未明确的机制直接通过ChklP调节菌株形态转化6。与真菌形态转化相关的法尼醇的作用分子机制尚存在很多不明确的方面，进而吸引了越来越多研究者的兴趣。LU等14研究发现，法尼醇通过抑制转录因子Cup9的降解,增强了Cup9对蛋白激酶Sokl表达的抑制作用，导致菌丝转录阻遏因子Nrgl降解所需要的Sokl激酶缺乏，进而抑制菌丝生长的启动。因为菌丝生长的启动需要激活环磷酸腺苗(cAMP)-PKA通路，这一通路可以下调菌丝生长的主要抑制因子Nrgl的表达；而法尼醇抑制菌丝生长则主要通过阻止Nrgl的降解。细胞信号通路的复杂性众所周知,就Rasl信号通路而言,涉及到菌株的形态转化、生物膜形成、

12、生长的维持及激活等多个生理过程。除此之外，法尼醇在多种不同信号通路中的具体调节机制等疑问仍然需要更加深入的研究进行解答。2 .法尼醇抑制真菌生物膜形成:生物膜是微生物抵抗外界恶劣环境的一种重要的保护措施，同时给临床抗感染治疗带来巨大挑战。假丝酵母菌生物膜的形成涉及多个环节，包括泡子黏附、管生成、菌丝形成网格结构。研究已证实，法尼醇可以有效阻止假丝酵母菌生物膜的形成15。首先，法尼醇可以抑制白假丝酵母菌抱子的黏附作用，但一旦白假丝酵母菌黏附成功，法尼醇对黏附后的假丝酵母菌生物膜形成的抑制作用就很微弱To其次，高浓度法尼醇可以抑制成熟生物膜泡子的出芽生长。法尼醇虽抑制生物膜的形成，但对生物膜中已经

13、形成的菌丝的延长并无抑制作用15,16。所以，生物膜形成过程中不同阶段的胞体对法尼醇的作用反应不一，这提示生物膜中特异性作用位点的存在，可成为新药开发的作用靶点。以40molL法尼醇作用于白假丝酵母菌生物膜，通过基因表达差异分析研究，结果发现，共有104个基因被诱导表达、170个基因被抑制。这些基因的变化主要发生在与菌丝形成Tup1.Crk1、Pde21抗药由Fcrl、Pdrl61细胞壁维持（Cht2、Cht31铁运输（Ftr2）和热休克（HSP70、Hsp90xHSPIO4、CamSi3、Ssa2）相关的方面17。另一项研究发现,添加200molL法尼醇使白假丝酵母菌生物膜的存活率降低50%

14、并可抑制异形转变,还可抑制与麦角固醇相关的基因（erg9xerg11.erg20）的表达18。目前认为，生物膜形成的主要步骤均受到法尼醇的影响，其中成熟生物膜的结构、细胞对基质的黏附以及生物膜细胞的分散是最相关的。不仅如此，KUroda等19报道，法尼醇可抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成，另具有脂肪酶活性。此外，外源性法尼醇（501200molL）可抑制细胞膜的疏水性，也降低了白假丝酵母菌生物膜内的CAMP水平,进而降低了菌株对抗真菌药物的耐药性20。3 .法尼醇具有抗真菌作用：法尼醇除具有抑制菌丝生长和抑制生物膜形成的作用外，还具有一定的抗真菌作用活性。（1）法尼醇本身有抑菌活性：基因表达分析表

15、明，300molL法尼醇可抑制与麦角固醇生物合成相关的基因（erg1xerg3xerg6xerg11xerg25）和多药耐药泵mdr1基因的表达，进而抑制假丝酵母菌生物膜形成、影响抗真菌药物的敏感性21-23。（2）与抗真菌药物有协同作用：研究发现，法尼醇与抗真菌药物联合具有协同作用，其作用机制是活性氧积累、活性氧簇（ROS）诱发细胞死亡，此反应在增加抗氧化剂的条件下可逆转而得到进一步证实24;同时，还发现法尼醇是三磷酸腺苜结合盒（ATP-bindingcassette,ABC）多药外排泵（如CaCdrIP和CaCdr2p）的特异性调节分子。此外，Martins等25指出，法尼醇的产生和作用并

16、非专属于白假丝酵母菌，其他假丝酵母菌也会产生法尼醇并发挥一定的作用活性。同时，法尼醇预处理金黄色葡萄球菌后，可提高抗生素的抗菌活性、抑制生物膜形成等。研究还报道，法尼醇在体内外对表皮葡萄球菌具有抗菌活性，与蔡夫西林和万古霉素联合可产生协同效应26,27。可见，法尼醇并非白假丝酵母菌的特异性产物，其抗菌作用也并非局限于真菌范畴。Kanek。等28研究了法尼醇对革兰阳性菌（金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、瓦尔纳葡萄球菌、木糖葡萄球菌、粪肠球菌）和革兰阴性菌（大肠埃希菌和铜绿假单胞菌）的抑菌作用，结果发现，法尼醇可抑制革兰阳性菌的生长，对金黄色葡萄球菌的抑菌效果最好；对革兰阴性菌的生长有一定的抑制作用。进一步的研究显示，法尼醇除了抑制铜绿假单胞菌的生长外，还能减少铁血素（铜绿假单胞菌的一种毒力因子）的产生29。总之，目前的