成婷婷，馮 媛，王崇剛

鮑曼不動(dòng)桿菌是一種非乳糖發(fā)酵、專性需氧的革蘭陰性桿菌，是醫(yī)院常見的條件致病菌之一。鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥機(jī)制復(fù)雜，且多種耐藥機(jī)制并存，造成較高的耐藥率，生物膜形成是鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥的重要機(jī)制之一。生物膜是細(xì)菌依附于各種生物與非生物表面由自身產(chǎn)生胞外多糖、基質(zhì)蛋白和胞外 DNA 等大分子物質(zhì)的一種高度結(jié)構(gòu)化的膜狀復(fù)合物。群體感應(yīng)系統(tǒng)（QS）在鮑曼不動(dòng)桿菌中參與生物膜形成，還通過調(diào)控耐藥基因表達(dá)來影響生物膜的耐藥。因此，干擾QS 信號(hào)或可成為人類對(duì)抗細(xì)菌感染和攻克耐藥問題的新靶點(diǎn)[1]。本文主要介紹鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成過程、耐藥原因及群體感應(yīng)的最新進(jìn)展，為群體感應(yīng)抑制劑（QSI）的研發(fā)提供新思路。

1 生物膜形成過程

生物膜形成過程包括細(xì)菌黏附、形成微菌落、早期結(jié)構(gòu)形成、成熟生物膜形成、生物膜內(nèi)細(xì)胞的釋放等過程[2]。整個(gè)形成過程受到許多因素調(diào)控：①CsuA/BABCDE 伴侶蛋白分泌系統(tǒng)和BfmRS 調(diào)控系統(tǒng)分別產(chǎn)生和調(diào)節(jié)菌毛形成和介導(dǎo)初始黏附；②表面黏附蛋白 Bap 參與生物膜起始黏附，促進(jìn)生物膜成熟；③OmpA 參與生物表面生物膜形成，介導(dǎo)鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)人上皮細(xì)胞的黏附；④O-連接蛋白糖基化系統(tǒng)能提高細(xì)菌生物膜形成能力，促進(jìn)細(xì)菌的初始附著并增強(qiáng)成熟生物膜的質(zhì)量和密度；⑤QS 通過感應(yīng)細(xì)胞密度產(chǎn)生QS 信號(hào)分子，進(jìn)而影響細(xì)胞群密度和生物膜形成[3]。

2 群體感應(yīng)在生物膜形成中的調(diào)控作用

2.1 群體感應(yīng)

QS 是細(xì)菌自身群體密度信號(hào)感應(yīng)系統(tǒng)，是細(xì)菌自身分泌自誘導(dǎo)信號(hào)分子相互溝通的過程。細(xì)菌細(xì)胞間相互交流，產(chǎn)生小的、可擴(kuò)散的、類似激素的分子，產(chǎn)生信號(hào)分子N ?；呓z氨酸內(nèi)酯（AHL，自誘導(dǎo)劑分子），可用于監(jiān)測種群密度[4]。信號(hào)分子感受細(xì)菌群體密度，調(diào)控相應(yīng)基因表達(dá)，改變細(xì)菌生存方式，自誘導(dǎo)劑特異性地與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控毒力因子、生物膜形成和代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生等過程。QS 通過有效的細(xì)胞間通訊，使種群在一個(gè)更好的環(huán)境中生存和繁殖[5]。

2.2 群體感應(yīng)分子

在費(fèi)氏弧菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)自誘導(dǎo)劑及其同源調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個(gè)LuxI 和LuxR 蛋白家族的蛋白組成。由LuxI 合成的自誘導(dǎo)劑直接與LuxR 蛋白相互作用，該復(fù)合物結(jié)合到luxe-box 啟動(dòng)子的特定順式作用序列上，從而調(diào)控QS 靶基因的表達(dá)。由于LuxI 的表達(dá)也被AHL 結(jié)合的LuxR激活，一旦QS 被激活，就會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生自誘導(dǎo)劑，使周圍環(huán)境充滿信號(hào)分子。這種正反饋回路是QS的標(biāo)志[6]。費(fèi)氏弧菌的LuxI/LuxR 調(diào)控系統(tǒng)被認(rèn)為是革蘭陰性菌QS 基因的調(diào)控模式。鮑曼不動(dòng)桿菌的QS 機(jī)制由一個(gè)與革蘭陰性菌中典型的LuxI/LuxR 系統(tǒng)同源的雙組分系統(tǒng)AbaI/AbaR 介導(dǎo)[7]。鮑曼不動(dòng)桿菌QS 主要由AbaI（信號(hào)分子合成酶）、AbaR（轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白）以及 AHL 3 個(gè)組分構(gòu)成。信號(hào)分子合成酶AbaI 是催化合成群體感應(yīng)信號(hào)分子AHL 的胞內(nèi)酶，催化?；d體蛋白上的酰基側(cè)鏈與 S-腺苷甲硫氨酸的高絲氨酸基團(tuán)結(jié)合，合成?；腁HL。AbaR 是群體感應(yīng)信號(hào)分子 AHL的受體，同時(shí)也是群體感應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白。當(dāng)環(huán)境中AHL 水平低于閾值水平時(shí)，信號(hào)無法被檢測，此時(shí)細(xì)菌不斷生長繁殖從而使AHL 不斷積累，直到環(huán)境中的 AHL 濃度達(dá)到能被檢測的閾值水平，此時(shí)細(xì)胞內(nèi)的 AHL 轉(zhuǎn)運(yùn)到其受體蛋白（AbaR）并與之結(jié)合，激活了AbaR 的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能，引起相關(guān)基因表達(dá)的全局性變化[8]。

2.3 群體感應(yīng)與生物膜形成

鮑曼不動(dòng)桿菌分泌自誘導(dǎo)分子AHL 進(jìn)行信息交流，引起聚集，促進(jìn)鮑曼不動(dòng)桿菌從浮游狀態(tài)向生物膜轉(zhuǎn)化，主要作用于生物膜形成的中、后期[9]。已發(fā)現(xiàn)6 種以上AHL，以含C10 或C12 ?；腁HL 最常見，63%不動(dòng)桿菌屬細(xì)菌至少分泌1 種AHL[10]。AbaI是細(xì)菌群體密度調(diào)控基因，AbaI失活，生物膜形成減少30%～40%。QS 在耐藥中起重要作用的途徑還包括上調(diào)生物膜相關(guān)的胞外基質(zhì)（EPS）和外排泵基因，外排泵AdeFGH可增加生物膜中AHL 分子的轉(zhuǎn)運(yùn)[11]。當(dāng)AHL 分子水平達(dá)到閾值，細(xì)菌QS 被激活，細(xì)菌不斷分泌大量EPS，從而形成生物膜，可阻礙抗菌藥物的滲透作用，產(chǎn)生耐藥性；呈高密度狀態(tài)的細(xì)菌在感應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)控下毒力陡升，同時(shí)抑制宿主的免疫系統(tǒng)[12-13]。大量研究表明，鮑曼不動(dòng)桿菌群體感應(yīng)與其運(yùn)動(dòng)性、抗生素抗性、生存特性和生物膜形成有關(guān)[14]。抑制 QS 能夠抑制細(xì)菌生物膜形成[15]，增加抗菌藥物敏感性[16]等。

3 抑制群體感應(yīng)的有效途徑

QS 信號(hào)機(jī)制的破壞稱為群體猝滅，基于細(xì)菌QS 的調(diào)控原理，產(chǎn)生了QSI。QSI 通過如下機(jī)制發(fā)揮作用：①通過干擾合酶抑制信號(hào)分子的合成；②破壞細(xì)菌信號(hào)分子及預(yù)防信號(hào)分子積累；③阻斷相互作用受體；④作用于AHL 本身的群體猝滅策略。當(dāng)前已有研究應(yīng)用 QSI 降低細(xì)菌毒力，在費(fèi)氏弧菌、哈氏弧菌、霍亂弧菌、銅綠假單胞菌和大腸埃希菌等致命病原體中，已有報(bào)道應(yīng)用 QSI抑制細(xì)菌的QS，抑制細(xì)菌毒力因子，但不干擾細(xì)菌生長，從而控制這些病原微生物的感染。針對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌已經(jīng)提出了許多群體猝滅策略。近年來，提出了許多天然或合成的QSI。這些抑制劑是QS 的小分子調(diào)節(jié)劑，這些調(diào)節(jié)劑可以是AHL類似物（非天然AHL）、受體抑制劑或來自天然產(chǎn)物或合成分子的合酶抑制劑等[17]。以下將分別闡述4 種群體感應(yīng)抑制途徑。

3.1 針對(duì)AHL 合酶

AHL 合酶負(fù)責(zé)合成信號(hào)分子AHL。鮑曼不動(dòng)桿菌中產(chǎn)生AHL 的酶是AbaI 合成酶，AHL 與細(xì)胞表面受體分子結(jié)合，啟動(dòng)QS 過程。以AHL 合酶為靶點(diǎn)是一種有效的群體猝滅策略。當(dāng)合成酶被抑制時(shí)，信號(hào)分子不能合成，QS 機(jī)制停止。此外，這也可能干擾細(xì)胞的毒性機(jī)制[18]。

3.2 針對(duì)AHL 信號(hào)分子

AHL 信號(hào)分子是由LuxI 家族將脂肪酸酰基衍生物轉(zhuǎn)移到sadenoyl-methionine（SAM）的氨基上形成的。鑒于此反應(yīng)的性質(zhì)和所涉及的前體，可以使用SAM 或脂肪酸生物合成抑制劑作為AHL 的QSI，如sadenosyl-同型半胱氨酸（SAH）、sinefungin、5-甲基硫腺苷、各種SAM 類似物和SAM 生物合成抑制劑環(huán)亮氨酸均可抑制AHL 的產(chǎn)生。阿奇霉素干擾銅綠假單胞菌中C4-高絲氨酸內(nèi)酯（C4-HSL）和3-oxo-C12-HSL 的合成，從而減少細(xì)菌對(duì)聚苯乙烯表面的黏附。此外，在慢性肺部銅綠假單胞菌感染的小鼠模型中，阿奇霉素治療可顯著改善生物膜的清除[19-20]。在鮑曼不動(dòng)桿菌中，最常見的是C10 或C12 ?；湹拈L鏈AHL，最近發(fā)現(xiàn)了一種群體猝滅酶MomL，Zhang等[21]證實(shí)該酶能有效降解各種革蘭陰性菌的不同AHL 信號(hào)分子。MomL 是AHL 內(nèi)酯酶，通過內(nèi)酯水解催化AHL 降解，MomL 在降低鮑曼不動(dòng)桿菌LMG10531 生物膜形成的同時(shí)，還能增加鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)不同抗生素的敏感性。

3.3 針對(duì)靶向受體

研究證實(shí)了不飽和脂肪酸棕櫚烯酸（PoA）和霉烯酸（MoA）作為生物膜化合物對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌QS 的影響，這些不飽和脂肪酸在亞抑菌濃度（0.01、0.02 和0.05 mg/L）可以抑制鮑曼不動(dòng)桿菌ATCC 17978 的運(yùn)動(dòng)和生物膜的形成[22]。結(jié)果表明，PoA 比MoA 具有更好的抗生物膜作用。這些脂肪酸降低了調(diào)節(jié)因子AbaR 的表達(dá)，減少了AHL 合成，通過降低調(diào)節(jié)基因表達(dá)或通過調(diào)節(jié)AbaR 活性調(diào)節(jié)靶向受體，最終都會(huì)導(dǎo)致AHL 的低效結(jié)合，從而抑制QS[23]，而且外源AHL 的加入可以扭轉(zhuǎn)這一效應(yīng)[21]。

3.4 天然產(chǎn)物或合成分子的合酶抑制劑

目前已知植物提取物如乙酸乙酯等具有明顯的抑制QS 活性作用，但尚未完全闡明植物化學(xué)物質(zhì)的確切作用方式[24]。許多天然和合成化合物已被發(fā)現(xiàn)可抑制QS[25]，與AHL 結(jié)構(gòu)類似的呋喃酮C-30 可與QS 受體結(jié)合，呋喃酮C-30 作為QSI，能夠抑制鮑曼不動(dòng)桿菌ATCC 19606 菌毛編碼和調(diào)節(jié)基因表達(dá)以及菌毛和生物膜的形成。呋喃酮C-30不影響細(xì)菌存活，抗生素與呋喃酮C-30 可以發(fā)揮協(xié)同作用，雖然已有多項(xiàng)研究表明呋喃酮對(duì)生物膜具有QS 抑制作用，但在臨床治療中這些化合物的毒性可能限制其使用[26-27]。

此外，有研究證實(shí)QS 信號(hào)主要是一些可擴(kuò)散的小信號(hào)分子，包括醇脫氫酶家族（ADH）[28]。針對(duì)ADH 抑制劑雙硫素和激活劑?；撬岬难芯窟M(jìn)一步證明，ADH 在鮑曼不動(dòng)桿菌的生物膜生長行為中起著重要的調(diào)控作用，雙硫脲抑制ADH 活性和?；撬嵩鰪?qiáng)ADH 活性可分別降低和增加鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜的形成、生長和運(yùn)動(dòng)。由此可見，ADH 在鮑曼不動(dòng)桿菌的生物膜生長行為中起著重要的調(diào)控作用。針對(duì)ADH 進(jìn)行更深入的探索有助于為制定鮑曼不動(dòng)桿菌感染的治療方案提供新思路。

4 QSI 的優(yōu)點(diǎn)與不確定性

QSI 通過抑制細(xì)菌QS 抑制毒力因子和生物膜的形成，較傳統(tǒng)抗生素具有以下優(yōu)點(diǎn)：①Q(mào)SI 不妨礙細(xì)菌生長和必需蛋白質(zhì)合成，研究證實(shí)AbaI缺乏不會(huì)影響細(xì)菌存活，但能降低EPS 含量、抑制毒素產(chǎn)生，不利于成熟生物膜的形成，同時(shí)避免殺死有益菌；②QSI 作用緩慢，可避免細(xì)菌死亡后釋放大量脂多糖引起敗血癥；③QSI 與抗生素聯(lián)合具有協(xié)同作用，QSI 可以增強(qiáng)致病菌對(duì)抗生素的敏感性，減少抗生素的使用劑量，防止誘導(dǎo)產(chǎn)生耐藥菌，尤其適合治療耐藥革蘭陰性菌引發(fā)的感染[1]。因此，干擾QS 被認(rèn)為是一種很有前景的對(duì)抗細(xì)菌感染的策略，通過抑制細(xì)菌毒力，從而影響病原體致病的能力，而不是影響其生長，不施加選擇壓力，有助于避免耐藥性出現(xiàn)[29]。QSI較傳統(tǒng)抗生素具有以下不確定性：①不確定哪些參數(shù)會(huì)影響QSI 的發(fā)生和基因表達(dá)的后續(xù)模式；②不確定QS 的誘導(dǎo)會(huì)影響生物膜群落的致病潛力，還是改變生物膜的抗菌耐受性，不確定QSI在生物膜群落中的功能后果。

5 結(jié)語與展望

生物膜相關(guān)感染難清除，也更容易引起復(fù)發(fā)。找到有針對(duì)性的控制和治療措施，是實(shí)際抗感染工作急需解決的問題。QSI 可能成為優(yōu)良的輔助藥物，如果在治療中較早使用，則會(huì)延遲甚至消除耐藥性。這將有助于設(shè)計(jì)輔助藥物療法，如將抗生素和其他具有QSI 效應(yīng)的物質(zhì)聯(lián)用可以發(fā)揮協(xié)同作用，以減少藥物的劑量和不良反應(yīng)、延緩細(xì)菌耐藥速度。需要進(jìn)一步研究QSI 在生物膜形成、維持和擴(kuò)散中的作用，并在實(shí)際應(yīng)用前開發(fā)出無毒、活性更強(qiáng)的QSI。QSI 已被證明是一種很有前景的抗菌膜制劑，在未來治療細(xì)菌感染方面有很大的價(jià)值。