邱良婷 葉聯(lián)華 黃云超

650118昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院胸心外科

·綜述·

生物材料植入感染與表皮葡萄球菌生物膜形成的相關(guān)基因調(diào)控

邱良婷 葉聯(lián)華 黃云超

650118昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院胸心外科

表皮葡萄球菌是寄居于人體皮膚和黏膜表面的共生菌群，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)其是引發(fā)臨床生物材料相關(guān)感染的主要條件致病菌，在生物材料植入感染中占有重要地位。醫(yī)用生物材料表面細(xì)菌生物膜的形成是其主要致病因素，細(xì)菌生物膜可有效抵御機(jī)體的防御反應(yīng)和抗生素治療，導(dǎo)致生物材料植入感染難以徹底治愈，使感染呈慢性、持續(xù)性和反復(fù)性特點(diǎn)，從而在臨床上造成了極高的死亡率。就表皮葡萄球菌生物膜的形成、胞間黏附素基因（ica）操縱子和附屬基因調(diào)節(jié)子（agr）基因?qū)Ρ砥て咸亚蚓锬さ恼{(diào)控及其在臨床生物材料植入感染中的作用等方面作一綜述。

表皮葡萄球菌；生物膜；ica操縱子；agr基因；生物材料

Fund program：NationalNaturalScienceFoundationofChina(81260228,81460278);NaturalScienceFoundation ofYunnanProvince(2013FZ267,2014FA048);YunnanProvincialHigh-levelPersonnelTrainingFund(No.2012HB032, D-201222)

0 引言

近年來(lái)，隨著人工醫(yī)療器械的大量使用，以表皮葡萄球菌為主的院內(nèi)感染越來(lái)越常見。表皮葡萄球菌是一種凝固酶陰性的革蘭氏陽(yáng)性球菌，現(xiàn)已證實(shí)其是一種對(duì)人類無(wú)害的寄居于人體皮膚和黏膜表面的共生菌群，同時(shí)也是一種重要的條件致病菌[1-2]，具有產(chǎn)生毒素少和致病力弱的特點(diǎn)。該菌群很難引起健康人群致病，但會(huì)使免疫力低下的人群發(fā)生感染。表皮葡萄球菌引起感染的最主要方式是能在醫(yī)用生物材料如留置靜脈導(dǎo)管、人工關(guān)節(jié)、人工心臟瓣膜等表面形成生物膜[3-4]。生物膜的形成為細(xì)菌提供了一個(gè)保護(hù)屏障，增強(qiáng)了細(xì)菌抵御抗生素和宿主免疫應(yīng)答反應(yīng)的能力[5]。此外，生物膜上的細(xì)菌可從原發(fā)感染灶上脫落引起感染蔓延，并將毒素釋放至血液中，致使表皮葡萄球菌感染呈慢性、持續(xù)性和反復(fù)性特點(diǎn)，很難徹底治愈，給臨床治療帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。表皮葡萄球菌生物膜的形成是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，需多種基因及其調(diào)控因子參與，如胞間黏附素基因（intercellular adhesion gene，ica）參與調(diào)控合成的多糖胞間黏附素（polysaccharide intercellular adhesion，PIA），是生物膜形成所必須的成分，附屬基因調(diào)節(jié)子（accessory gene regulator，agr）在表皮葡萄球菌生物膜形成過(guò)程中起中心調(diào)節(jié)作用?，F(xiàn)就表皮葡萄球菌生物膜形成的相關(guān)基因調(diào)控及其在臨床生物材料植入感染中的作用作一綜述。

1 表皮葡萄球菌生物膜的形成

表皮葡萄球菌是生物材料植入引發(fā)細(xì)菌生物膜感染的常見機(jī)會(huì)致病菌之一。生物材料表面細(xì)菌生物膜的形成是此類細(xì)菌引起的感染難治愈的主要原因，在臨床上造成了極高的患病率和死亡率，究其原因這與細(xì)菌生物膜的形成過(guò)程及結(jié)構(gòu)密不可分。

1.1 表皮葡萄球菌生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)特征

細(xì)菌生物膜是細(xì)菌附著在有生命或無(wú)生命的物體表面，被自身所分泌的胞外黏質(zhì)物（主要是多聚糖）包裹的具有高度組織化的多細(xì)胞菌落結(jié)構(gòu)[6]。其主要成分為多糖及一些相關(guān)蛋白質(zhì)。成熟的生物膜具有被稱為塔或蘑菇的特殊三維結(jié)構(gòu)，中間被充滿液體的通道分隔，這些通道可向生物膜中的細(xì)菌輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并排除細(xì)菌產(chǎn)生的廢物[7]。研究發(fā)現(xiàn)，表皮葡萄球菌生物膜由活、死細(xì)菌構(gòu)成，分內(nèi)、中、外3層；成熟生物膜中各層活、死細(xì)菌分布不均，死細(xì)菌主要集中在中心區(qū)域，活細(xì)菌則由內(nèi)向外逐漸增加[8]。表皮葡萄球菌生物膜的形成對(duì)細(xì)菌具有良好的保護(hù)作用，體外研究發(fā)現(xiàn)，生物膜中的細(xì)菌抵御抗生素的能力比浮游狀態(tài)下高500～1 000倍[5]，加之細(xì)菌生物膜具有可播散的特點(diǎn)，因此在臨床上細(xì)菌生物膜感染難以根除，往往只有通過(guò)手術(shù)移除相關(guān)醫(yī)療器械和去除周圍受感染的組織才可消除[9-10]。

1.2 表皮葡萄球菌生物膜的形成過(guò)程

表皮葡萄球菌生物膜的形成是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，需多種因子參與，其形成過(guò)程包括兩個(gè)階段，即初始黏附階段和聚集階段[11]。表皮葡萄球菌首先非特異性黏附在醫(yī)用生物材料表面，隨后相互聚集形成具有多層結(jié)構(gòu)的牢固生物膜。表皮葡萄球菌初始黏附階段需要多種因子參與，如莢膜多糖黏附素（capsular polysaccharide adhesion，PSA）、葡萄球菌自溶素E（autolysin E，AtlE）、纖維蛋白原結(jié)合蛋白（fibrinogen-binding protein，F(xiàn)be）等。聚集階段主要由PIA介導(dǎo)，此外還可通過(guò)聚集相關(guān)蛋白（accumulationassociated protein，App）等因子介導(dǎo)[12]。

表皮葡萄球菌生物膜的形成過(guò)程受多種基因調(diào)節(jié)，其中由ica操縱子編碼的PIA被認(rèn)為是最重要的黏附因子，與其他物質(zhì)如磷壁酸、蛋白質(zhì)等一起構(gòu)成胞外基質(zhì)的主要成分[13]。研究發(fā)現(xiàn)，表皮葡萄球菌生物膜的形成可分為PIA依賴途徑（多糖生物膜）和PIA非依賴途徑（蛋白質(zhì)生物膜）[11，14]，但絕大多數(shù)表皮葡萄球菌生物膜的形成是由PIA介導(dǎo)的[15]。因此，可認(rèn)為PIA是表皮葡萄球菌生物膜形成所必須的成分。

2 多糖胞間黏附素的合成和ica操縱子

在多糖生物膜的形成過(guò)程中，表皮葡萄球菌主要產(chǎn)生兩種多糖即PSA和PIA，其在生物膜的形成過(guò)程中起著重要作用，分別參與生物膜形成的初始黏附階段和聚集階段。研究表明，這兩種多糖均由ica操縱子編碼產(chǎn)生[16-17]，其中PIA在生物膜的形成過(guò)程中顯得尤為重要。

2.1 PIA的組成成分及調(diào)節(jié)因素

PIA的產(chǎn)生被認(rèn)為是表皮葡萄球菌相關(guān)醫(yī)療器械感染的一個(gè)重要毒力因子，其化學(xué)成分為β1，6-N-乙酰氨基葡萄糖，也稱為聚-N-乙酰氨基葡萄糖（poly N-acetylglucosamine，PNAG），它是一種特殊的多糖抗原，最初是從表皮葡萄球菌菌株1457和RP62A中分離而來(lái)[18]。PIA/PNAG的合成主要取決于ica操縱子編碼的PIA合成酶[19]。此外，還受體外多種環(huán)境因素的影響，如高溫、微氧條件、高滲透壓、葡萄糖、乙醇、某些亞抑菌濃度的抗生素均可誘導(dǎo)其合成[20]，從而影響細(xì)菌生物膜的形成。

2.2 ica操縱子的結(jié)構(gòu)和功能

ica操縱子由icaA、icaD、icaB和icaC構(gòu)成，它們分別編碼的IcaA、IcaD、IcaB和IcaC 4種蛋白共同參與PIA的合成。IcaA和IcaD均是跨膜蛋白，兩者共同構(gòu)成一種N-乙酰葡萄糖氨基轉(zhuǎn)移酶參與PNAG寡聚物的合成；IcaC作為一種膜蛋白,可將IcaA合成的寡聚物輸送至細(xì)胞膜表面，通過(guò)表面酶IcaB部分脫乙酰基作用形成帶正電荷的聚合物，即PIA/PNAG。ica操縱子具有調(diào)控PIA/PNAG生物合成的作用是在發(fā)生轉(zhuǎn)座子插入突變的表皮葡萄球菌O-47中首次發(fā)現(xiàn)的。目前的研究表明，ica操縱子的表達(dá)已成為評(píng)價(jià)表皮葡萄球菌感染致病性的毒力標(biāo)志，可據(jù)其將醫(yī)源性表皮葡萄球菌分為ica操縱子陰性和ica操縱子陽(yáng)性兩類細(xì)菌[4，21]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，不同來(lái)源的表皮葡萄球菌，其細(xì)菌生物膜形成的相關(guān)基因（icaADBC）陽(yáng)性率亦不同，臨床導(dǎo)管或植入物相關(guān)感染患者中分離出的表皮葡萄球菌明顯高于正常人[7，22]。

2.3 ica操縱子表達(dá)的調(diào)節(jié)

表皮葡萄球菌icaADBC的表達(dá)受多種調(diào)節(jié)因子的影響，如IcaR、替考拉寧相關(guān)基因調(diào)節(jié)子（the teicoplanin-associated locus regulator，TcaR）、σβ、全局調(diào)控蛋白SarA、生物膜形成相關(guān)的蛋白調(diào)節(jié)子（protein regulator of biofilm formation，Rbf）、插入序列IS256等，此外一些環(huán)境因素如高滲、葡萄糖、乙醇、某些亞抑菌濃度的抗生素等也可影響其表達(dá)。表皮葡萄球菌來(lái)源不同以及來(lái)源相同但培養(yǎng)方式不同的菌株，其調(diào)節(jié)ica基因表達(dá)的機(jī)制也存在一定差異。

2.3.1 IcaR

IcaR是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子TetR蛋白家族成員之一[9]，其分子質(zhì)量約為22 ku。IcaR的調(diào)控基因icaR位于icaADBC操縱子的上游，兩者的轉(zhuǎn)錄方向截然不同。氨基酸序列對(duì)比研究首次證明了icaR的基因產(chǎn)物是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子[23]。IcaR是一種能抑制icaADBC表達(dá)的轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白[24]，其與ica操縱子之間的關(guān)系最初是在表皮葡萄球菌CSF41498臨床分離株中發(fā)現(xiàn)的。IcaR抑制icaADBC表達(dá)的作用主要體現(xiàn)在其5'端可與icaA基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)結(jié)合從而抑制ica操縱子的轉(zhuǎn)錄，影響生物膜的形成。有文獻(xiàn)報(bào)道，應(yīng)激反應(yīng)全局調(diào)控蛋白（global regulator of stress response，Spx）可促進(jìn)icaR基因的表達(dá)，而Rbf可抑制icaR基因的表達(dá)[1]。此外，icaR基因還受環(huán)境因素的影響，如乙醇、葡萄糖可以通過(guò)抑制icaR基因的轉(zhuǎn)錄促使ica操縱子的表達(dá)增加。

2.3.2 TcaR

體外研究發(fā)現(xiàn)，TcaR與ica啟動(dòng)子之間存在密切關(guān)系[25]。TcaR是多重耐藥調(diào)控蛋白（multiple antibiotic resistance regulator，MarR）家族成員之一，可參與葡萄球菌對(duì)替考拉寧和甲氧西林耐藥機(jī)制的調(diào)節(jié)[26]。MarR家族蛋白均是同源二聚體，每個(gè)單體均含有一個(gè)翼狀螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（wHTH）DNA結(jié)合區(qū)域，其作用為調(diào)控蛋白質(zhì)的表達(dá)，并可抵御多重抗生素、消毒劑、有機(jī)溶劑毒力因子和氧化應(yīng)激藥物的攻擊?，F(xiàn)已證實(shí)，MarR類蛋白具有正、負(fù)調(diào)節(jié)或雙重調(diào)節(jié)功能，此外TcaR還可作為多功能調(diào)控因子[27-28]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，TcaR與IcaR一樣能負(fù)性調(diào)節(jié)表皮葡萄球菌icaADBC的表達(dá)，但TcaR對(duì)icaADBC的負(fù)性調(diào)節(jié)能力較弱，而IcaR的調(diào)節(jié)能力很強(qiáng)[25]；兩者可相互協(xié)同調(diào)節(jié)icaA的轉(zhuǎn)錄、PNAG的產(chǎn)生和生物膜的形成[27]。同時(shí)，TcaR還可與雙鏈DNA（dsDNA）及單鏈DNA（ssDNA）結(jié)合，病毒ssDNA M13轉(zhuǎn)化至表皮葡萄球菌中可促進(jìn)TcaR的表達(dá)[29]。

2.3.3 σβ

σβ是從葡萄球菌和其他革蘭氏陽(yáng)性菌中發(fā)現(xiàn)的一種選擇性σ因子，其在應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力方面起重要作用。葡萄球菌σβ操縱子由rsbU、rsbV、rsbW和sigB 4種基因構(gòu)成，其中rsbU基因是一個(gè)能直接感受外界環(huán)境變化并能將變化信號(hào)通過(guò)一系列的磷酸化傳遞給σβ因子的重要基因。RsbU和RsbV是σβ活性的正性調(diào)控因子，而RsbW則為負(fù)性調(diào)控因子。磷酸酶RsbU可通過(guò)RsbV的去磷酸化作用來(lái)啟動(dòng)壓力反應(yīng)，抗抗σ因子RsbV與RsbW-σβ復(fù)合物結(jié)合后可促進(jìn)σβ蛋白與RNA聚合物分離并相互作用?，F(xiàn)已從表皮葡萄球菌1457中發(fā)現(xiàn)σβ因子可調(diào)節(jié)表皮葡萄球菌生物膜的形成[30]。σβ因子可通過(guò)下調(diào)icaR的表達(dá)間接影響表皮葡萄球菌icaADBC的轉(zhuǎn)錄，從而影響生物膜的形成[31]。此外，RsbU的活化是表皮葡萄球菌生物膜形成和PIA合成所必須的，某些環(huán)境因素如高鹽可通過(guò)rsbU基因啟動(dòng)σβ操縱子，增強(qiáng)icaADBC的轉(zhuǎn)錄水平，促進(jìn)PIA的產(chǎn)生及生物膜的形成。

2.3.4 Spx

Spx是存在于革蘭氏陽(yáng)性菌中的一種全局轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，受ClpP蛋白酶的調(diào)節(jié)。ClpP突變的表皮葡萄球菌菌株Spx的表達(dá)水平較高。此外，Spx可能是一種表皮葡萄球菌ClpP蛋白酶底物。研究表明，Spx可抑制表皮葡萄球菌icaADBC的轉(zhuǎn)錄，從而降低PIA的產(chǎn)生，影響生物膜的形成，其抑制icaADBC轉(zhuǎn)錄的途徑并非像金黃色葡萄球菌一樣通過(guò)正性調(diào)節(jié)icaR的轉(zhuǎn)錄來(lái)間接實(shí)現(xiàn)，其可能是通過(guò)直接方式或下調(diào)ica操縱子的正性調(diào)控因子如SarA或SarZ從而間接抑制icaADBC的轉(zhuǎn)錄[32]。

2.3.5 Sar蛋白家族

對(duì)金黃色葡萄球菌的研究發(fā)現(xiàn)，Sar蛋白家族至少由12種不同的蛋白構(gòu)成，包括SarA、SarR、SarS、SarU、SarX、SarV、Rot、MgrA等，它們相互作用形成一個(gè)復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。Sar蛋白家族分為以下3類：?jiǎn)斡虻鞍?、雙域蛋白和MarR同源物。其中的某些蛋白也同樣存在于表皮葡萄球菌中。

SarA是由sarA基因編碼的含有124個(gè)氨基酸殘基的二聚DNA結(jié)合蛋白，它是表皮葡萄球菌Sar蛋白家族中研究最為深入的蛋白，由啟動(dòng)子P1、P3和P2驅(qū)動(dòng)的3種不同重疊轉(zhuǎn)錄子構(gòu)成，含有4個(gè)α螺旋中心結(jié)構(gòu)和1個(gè)β折疊結(jié)構(gòu)。SarA蛋白可以直接或間接的方式影響靶基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，SarA不僅可通過(guò)提高表皮葡萄球菌ica操縱子的轉(zhuǎn)錄水平促進(jìn)生物膜的形成，還與表皮葡萄球菌的耐藥性密切相關(guān)[33]。研究還發(fā)現(xiàn)，在金黃色葡萄球菌中首次發(fā)現(xiàn)的、含有141個(gè)氨基酸殘基的單域蛋白SarX可特異性地與表皮葡萄球菌icaADBC啟動(dòng)子結(jié)合，從而提高icaADBC的轉(zhuǎn)錄水平，促進(jìn)PIA的合成和生物膜的形成[34]；而Rbf可通過(guò)上調(diào)SarX的合成促進(jìn)icaADBC的表達(dá)[35]。

研究表明，SarZ也可影響表皮葡萄球菌1457 ica操縱子的表達(dá)。SarZ是MarR同源物亞家族成員之一，是一個(gè)含148個(gè)氨基酸殘基的蛋白，其可通過(guò)icaR非依賴途徑促進(jìn)表皮葡萄球菌ica操縱子的轉(zhuǎn)錄水平，從而影響生物膜的形成。另外，SarZ還可影響參與調(diào)節(jié)脂肪酶、蛋白酶在內(nèi)的基因的表達(dá)[36]。

icaADBC的表達(dá)除受上述幾種基因調(diào)控蛋白的影響外，還受Ygs、SrrAB、LuxS、Rbf、CcpA等基因調(diào)控蛋白的影響。表皮葡萄球菌生物膜的形成是一個(gè)多基因多因素參與的過(guò)程，隨著研究的不斷深入，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)表皮葡萄球菌agr在細(xì)菌生物膜形成的群體感應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

3 表皮葡萄球菌agr

表皮葡萄球菌含有agr和lu xS兩種群體感應(yīng)系統(tǒng)（Quorum-sensing system，QS系統(tǒng)）。luxS可通過(guò)合成自體誘導(dǎo)物2（autoinducer2，AI2）降低表皮葡萄球菌ica基因的轉(zhuǎn)錄水平來(lái)影響生物膜的形成；而agr在表皮葡萄球菌生物膜形成過(guò)程中起中心作用，其可能是表皮葡萄球菌最為重要的毒力因子調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

3.1 agr的組成及作用

agr基因由agrB、agrD、agrC和agrA構(gòu)成，編碼P2和P3兩種雙向轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子，分別表達(dá)RNAⅡ和RNAⅢ。其中，P2還參與調(diào)節(jié)agr基因的表達(dá)。agrD編碼產(chǎn)生的群體感應(yīng)分子自誘導(dǎo)肽（autoinducing peptide，AIP）通過(guò)AgrB的加工和分泌，被AgrC和AgrA組成的雙組份信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)所識(shí)別；當(dāng)AIP達(dá)到一定濃度后可激活A(yù)grC，促進(jìn)調(diào)節(jié)子AgrA的磷酸化，從而激活P2啟動(dòng)子，完成自體誘導(dǎo)活化過(guò)程。另外，AgrA也可促進(jìn)P3啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄，增加RNAⅢ的合成。RNAⅢ是agr系統(tǒng)的主要效應(yīng)分子，不僅可抑制表面蛋白基因（如纖連蛋白結(jié)合蛋白）的表達(dá)，還可促進(jìn)溶血性外毒素基因（如hld）的表達(dá)[37]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，表皮葡萄球菌菌株存在3種agr，但目前確定的自體活化信號(hào)只有AIP-Ⅰ一種。有學(xué)者對(duì)3種agr系統(tǒng)間的相互關(guān)系做了研究，結(jié)果表明，agr-Ⅰ與agr-Ⅱ及agr-Ⅲ間分別存在相互抑制關(guān)系，而agr-Ⅱ和agr-Ⅲ間并無(wú)相關(guān)性[38]。

agr系統(tǒng)的功能主要由RNAⅢ來(lái)實(shí)現(xiàn)。RNAⅢ除可調(diào)控多種胞外蛋白基因的表達(dá)外，其編碼的σ-毒素具有去垢劑樣的理化性質(zhì)，可以劑量依賴的方式防止表皮葡萄球菌黏附于生物材料表面[39]?，F(xiàn)已證實(shí)，agr基因可介導(dǎo)表皮葡萄球菌毒力因子的表達(dá)，其在表皮葡萄球菌的侵襲性和生物膜上細(xì)菌的可傳播性方面具有重要意義。

agr系統(tǒng)以細(xì)胞密度依賴的方式調(diào)節(jié)目的基因的表達(dá)，不僅可下調(diào)細(xì)胞表面蛋白的表達(dá)，還可上調(diào)胞外酶的表達(dá)，如脂肪酶、蛋白酶等?，F(xiàn)有研究表明，對(duì)于agr突變的表皮葡萄球菌菌株，其生物膜的形成能力、初始黏附和自溶素AtlE的表達(dá)水平均增強(qiáng)，但缺乏σ-毒素的形成[39]。此外，agr可嚴(yán)格調(diào)節(jié)表皮葡萄球菌所產(chǎn)生的氨基酸肽復(fù)合物——酚可溶性調(diào)控蛋白（phenol-soluble modulin，PSM）的合成。PSM對(duì)人體先天性免疫應(yīng)答系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的刺激作用，在生物膜感染的傳播方面起重要作用。通過(guò)agr的調(diào)節(jié)可增強(qiáng)PSM的促炎癥反應(yīng)和趨化作用，從而抑制生物膜的形成[38，40]。agr系統(tǒng)不僅能在質(zhì)和量上影響其分泌的蛋白和致病因子，還可通過(guò)改變表皮葡萄球菌營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供求影響整個(gè)代謝過(guò)程[41]。

3.2 agr的調(diào)控因素

agr除影響表皮葡萄球菌生物膜的形成外，其自身也受RNAⅢ活化蛋白（RNAⅢ-activating protein，RAP）等調(diào)控因素的影響。RAP可通過(guò)誘導(dǎo)其靶向分子TRAP的磷酸化來(lái)激活agr系統(tǒng)。TRAP是葡萄球菌中一種高度保守的膜相關(guān)蛋白，當(dāng)其處于不表達(dá)或去磷酸化狀態(tài)時(shí)，不能促使細(xì)菌的黏附、生物膜的形成和毒素的表達(dá)，也不能引起疾病的發(fā)生。與RAP的一段結(jié)構(gòu)相似的RNAⅢ抑制肽（RNAⅢ-inhibiting peptide，RIP）可競(jìng)爭(zhēng)性地與TRAP結(jié)合，從而抑制TRAP的磷酸化和agr的表達(dá)[42]。另外，SarX也可通過(guò)與agr系統(tǒng)P3啟動(dòng)子發(fā)生特異性結(jié)合來(lái)抑制agr的表達(dá)和胞外蛋白的產(chǎn)生[34]。

目前，關(guān)于上述兩種基因（ica和agr）與表皮葡萄球菌生物膜形成的研究大多基于實(shí)驗(yàn)突變株。然而，在生物材料相關(guān)的臨床感染中，細(xì)菌生物膜的形成過(guò)程和組織結(jié)構(gòu)與一般感染不同。

4 生物材料植入感染中表皮葡萄球菌ica操縱子和agr的作用

表皮葡萄球菌的遺傳背景不同，表現(xiàn)出的生物學(xué)特性也不同，其能否形成生物膜與細(xì)菌生物膜的特性及其自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，醫(yī)源性表皮葡萄球菌ica操縱子在生物材料表面細(xì)菌生物膜形成中具有重要作用，能增加生物材料表面細(xì)菌群落數(shù)量及細(xì)菌生物膜厚度，其可能是區(qū)分共生性和侵襲性表皮葡萄球菌的遺傳基礎(chǔ)，因此可將醫(yī)源性表皮葡萄球菌分為ica操縱子陰性和陽(yáng)性兩類細(xì)菌[22]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，表皮葡萄球菌ica操縱子是臨床表皮葡萄球菌感染最為重要的毒力標(biāo)記[4]，可用于區(qū)分臨床表皮葡萄球菌致病力的強(qiáng)弱。醫(yī)源性表皮葡萄球菌agr同樣在生物材料植入感染中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)調(diào)節(jié)多種毒力因子的表達(dá)影響生物膜的形成[16]，有望成為臨床表皮葡萄球菌致病力的重要分子標(biāo)記。

5 結(jié)語(yǔ)

表皮葡萄球菌生物膜是細(xì)菌適應(yīng)環(huán)境變化的一種保護(hù)性生存方式，其形成需多基因和多因素參與，具有抵御抗生素治療和宿主免疫應(yīng)答系統(tǒng)的能力，是造成臨床生物材料相關(guān)感染難治性的主要原因。如何有效抑制表皮葡萄球菌生物膜的形成是目前臨床治療生物材料相關(guān)感染亟需解決的問題。目前的研究已對(duì)表皮葡萄球菌ica操縱子在臨床生物材料相關(guān)感染中的作用及其體內(nèi)環(huán)境影響因素、是否可作為評(píng)價(jià)表皮葡萄球菌致病力的分子標(biāo)記等方面做了很好的闡釋，但對(duì)表皮葡萄球菌agr在臨床生物材料植入感染中的具體作用、體內(nèi)環(huán)境對(duì)其轉(zhuǎn)錄水平的影響以及其是否可作為臨床表皮葡萄球菌毒力標(biāo)記等方面尚待進(jìn)一步研究，以期為臨床生物材料植入感染的防治提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)

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Biomaterial implantation associted infection and related gene regulation of biofilm formation by Staphylococcus epidermidis

Qiu Liangting,Ye Lianhua,Huang Yunchao
Department of Cardiothoracic Surgery,the Third Affiliated Hospital of Kunming Medical University,Kunming 650118,China
Corresponding author:Ye Lianhua,Email:Lhye1204@aliyun.com

Staphylococcus epidermidis is a commensal bacteria which inhabits on the surface of human skin and mucous membrane.It has been demonstrated that staphylococcus epidermidis is a major opportunistic pathogen that can cause clinical biomaterial related infection and plays an important role in biomaterial implantation associated infections.The main pathogenic factor is the formation of the bacterial biofilm on surface of medical biomaterial.The formation of bacterial biofilm can resist the defense reaction and antibiotic treatment effectively so that leading to the biomaterial implantation associated infection which is difficult to cure thoroughly,and make the infections become chronic,persistent and repetitive.Nowadays,the infections caused by Staphylococcus epidermidis have caused high clinical mortality.Staphylococcus epidermidis biofilm formation,the regulations of intercellular adhesion gene(ica) operon and accessory gene regulator(agr)gene on the formation of biofilm and their functions in clinical biomaterial related infections are reviewed in this article.

Staphylococcus epidermidis;Biofilm;ica operon;agr gene;Biomaterial

葉聯(lián)華，Email：Lhye1204@aliyun.com

10．3760/cma．j．issn．1673-4181．2016．01．009

國(guó)家自然科學(xué)基金（81260228，81460278）；云南省自然科學(xué)基金（2013FZ267，2014FA048）；云南省高層次人才培養(yǎng)基金項(xiàng)目（No．2012HB032，D-201222）

2015-10-20）