双相真菌形态转换与致病性关系的研究进展

侯彬彬 张振颖 刘晓明

（1.大连医科大学附属第二医院皮肤科，大连116023；2.香港大学深圳医院皮肤科，深圳518053）

双相真菌形态转换与致病性关系的研究进展

侯彬彬1张振颖2刘晓明2

（1.大连医科大学附属第二医院皮肤科，大连116023；2.香港大学深圳医院皮肤科，深圳518053）

双相真菌；形态转换；致病性

皮炎芽生菌（Blastomyces dermatitidis）、荚膜组织胞浆菌（Histoplasma capsulatum）、粗球孢子菌（Coccidioides immitis）和巴西副球孢子菌（Paracoc⁃cidioides immitis）、马尔尼菲青霉菌 （Penecillium marneffei）、申克孢子丝菌 （Sporothrix schenckii）均属于双相型真菌，在温度的诱导下其菌丝相、酵母相可相互转化，致病相为酵母相，主要通过吸入途径或皮肤黏膜的破损而感染人类［1］，在免疫受损和免疫正常者均可引起真菌病。其形态转换的机制目前尚不清楚，该机制受到国内、外学者的广泛关注，被认为与致病性密切相关［2⁃3］。

目前有学者发现双相真菌由菌丝相向酵母相转换的同时除了真菌的形态发生改变，其细胞壁的组成成分、抗原分子及其毒力因子的表达也发生了改变。早期的研究发现被P⁃氯汞苯磺酸 （PCSM）处理过的荚膜组织胞浆菌失去了向酵母相转化的能力，同时也失去了致病性，证实了双相真菌的致病能力与形态转换密切相关［2］。随着许多新的基因工具和手段广泛应用，一个个与双相转化相关的基因接连被发现和证实，并建立了相应的基因谱。如约有500个荚膜组织胞浆菌的基因和328个巴西副球菌ESTs的基因被发现在菌丝相和酵母相时表达有显著差异［2］。本文将综述几种常见双相真菌在双相形态转换过程中致病性形成的相关研究。

1 芽生菌

美国中部及东南部、俄亥俄州、密西西比河谷以及加拿大部分区域是芽生菌病流行区，主要由热带双相真菌皮炎芽生菌引起。该病小范围暴发流行无年龄和性别的特殊性，地方流行病例通常发生在青年到中年，男性多于女性。艾滋病患者发生芽生菌病虽不常见，但趋向于暴发性、系统性和急性进行性［4］。

芽生菌的双相转换不仅使细胞的形态发生变化，也使细胞壁的组成成分发生改变，如α⁃（1，3）⁃葡聚糖增加，而β⁃（1，3）⁃葡聚糖减少。基因BAD1和bys1（Blastomyces yeast⁃specific）被发现在芽生菌酵母相中特异性表达［5］。BAD1作为免疫显性抗原介导与巨噬细胞CD11b／CD18（CR3）受体的结合。BAD1敲除菌株其结合巨噬细胞的能力下降。BAD1不仅可以增强黏附能力，还可使宿主的炎症细胞TNF的表达减少，从而降低宿主免疫系统的抵抗力。bys1基因对应蛋白的功能未知。Brandhorst等［6］发现皮炎芽生菌酵母相的芽生孢子因体积太大，不能被中性粒细胞吞噬，而中性粒细胞和外周血单核细胞均可更有效的消灭菌丝相中的分生孢子，上述的种种研究结果都可能与芽生菌的致病性相关。

2 组织胞浆菌

组织胞浆菌病在北美和拉丁美洲的一些特定区域流行。荚膜组织胞浆菌在土壤中为菌丝相，在感染动物和人体时为酵母相。荚膜组织胞浆菌有2种变种：荚膜组织胞浆菌荚膜变种和荚膜组织胞浆菌杜波变种。尽管认为荚膜组织胞浆菌的生存环境与蝙蝠和鸟类排泄物有关，但对地理分布的特殊类型和土壤中有关的生态因素仍不清楚［4］。

根据当前文献的相关报道，有关其双相转换致病性的研究已发现：CHO1、LYP1、TIF3、TRI11、SIP1和ABC3显著表达于其酵母相中，而在菌丝相不表达［7］。此外，研究发现rDNA在荚膜组织包浆菌酵母相中的表达远高于菌丝相，可能与其两相的代谢活性有关，研究还发现一系列的DNA同源染色体、逆转录子也在酵母相中高表达，而在菌丝相中低表达，但其是否致病，目前尚不明确［7］。新近有报道，AGS1葡聚糖合成酶［α⁃（1，3）⁃glucan synthase］的基因编码细胞壁的合成，干扰RNA的合成，对其致病性有重要的作用，但其具体致病机制目前还不明确，然而有研究表明由于α⁃（1，3）⁃葡聚糖的存在使促炎因子TNF在酵母相中受抑制，使β⁃（1，3）⁃葡聚糖减少，导致宿主细胞的RNA合成受阻，这些均成为宿主免疫系统受到干扰的理论依据［8］。CBP1、yps⁃3、yps⁃21：E⁃9在酵母相中也有显著的表达［5］。

3 马尔尼菲青霉菌

马尔尼菲青霉是一高致病性的条件性真菌病的病原菌，多在东南亚及中国南部等地散发，感染免疫力低下的人群。马尔尼菲青霉菌是丝孢目青霉属中唯一的双相真菌，腐生，有亲土壤性。其菌体在不同培养温度下呈双相形态转换改变，即菌丝相（25℃）和酵母相（37℃）两种生长形态。菌丝相是多细胞的菌丝体，有一定的生物形态结构，如帚状枝、分生孢子梗，链状分生孢子和孢间链；而酵母相为单细胞或双细胞的形态［4］。有资料显示：双相形态转换过程也伴有不同细胞分泌蛋白的产生，它们大多与热休克蛋白、相关糖分解酶和Krebs细胞分裂相的酶蛋白同源。其中，一种与核分裂有关的类G⁃蛋白质⁃RanA蛋白是酵母相形态转换的特殊分泌蛋白，其是一种GTP酶，能触发一系列的氧化酶活化反应，发生组织的侵袭和致病［9］。CPEA、HSP90、结合蛋白、HSC70、细胞色素P⁃450和其他的一些cDNA预测蛋白均在酵母相中有显著的表达。而Poly（A），Poly⁃merase和Snf22则显著低表达［1］，过氧化氢酶作为马尔尼菲青霉酵母相的特异蛋白也已经被发现，但其具体的致病机理尚未见报道。

4 副球孢子菌

副球孢子菌病由双相真菌巴西副球孢子菌引起，在南美洲和拉丁美洲流行。人与人之间不传播，潜伏期可长达40 a［4］。巴西副球孢子菌菌丝相向酵母相转化的转录子基因指引我们寻找到更多的涉及这一过程的未标记的基因。在ESTs（Ex⁃pressed Sequence tags）的基础上完成的2 880个克隆，其中2 666给予了可读的序列［10］。1 107个仍表达，但是量少于原来，其中166个单克隆和473个序列与EST一致，Bastos获得的447 761 bp的组装序列与一般的404 bp也相符合。目前1 107个序列已被注解，828个序列（74.8%）和BLAST检索的已知蛋白序列（E value≤10⁃4）显著相似，433个ESTs（39.1%）作为假想蛋白已被知道功能，并被分类。992个序列（89.6%）与巴西副球孢子菌转录子数据库中的EST和GenBank数据库有显著的类似性，另外，115个序列（10.4%）代表巴西副球孢子菌中的新基因［11⁃12］，其中部分基因在双相转换中，对细胞壁细胞膜的重塑中起作用，部分参与硫代谢、细胞信号转导，这些对于病原菌的研究均有帮助。

5 粗球孢子菌

球孢子菌病又称San Joaquin山谷热、沙漠热、沙漠风湿病，由双相真菌粗球孢子菌引起，在美国西南部、墨西哥北部、中美洲及南美洲流行。病原体在土壤表层下10～30 cm中以菌丝形态生长，断裂成有传染性的关节孢子。球孢子菌病的易患因素包括：高龄、在流行区居住或旅行、免疫抑制状态（包括艾滋病）、妊娠和能接触到球孢子菌污染物的职业，通常情况下人与人之间不传染［4］。有关粗球孢子菌的双相转换与致病性的研究中，有学者发现了杂合型组氨酸激酶（DRK1），并发现该酶基因的功能保守区，有文献报道其处于组氨酸激酶信号传导系统的上游位置，它接受宿主传递的信号并启动双相转换，同时也启动毒力基因的表达及致病性形成的过程。

6 申克孢子丝菌

申克孢子丝菌病是双相型真菌申克孢子丝菌所致的皮肤、皮下组织及其附近的淋巴管的亚急性和慢性感染，表现为肉芽组织损害。人类常因外伤如被树枝、生锈的铁钉或其他的金属刺伤、与泥土有关的挫伤、动物的搔抓或昆虫刺伤等直接接种致病［3］。本病的流行主要是职业性或地方性小范围流行，注射穿刺消毒不严格可以引起本病的暴发流行［4］。但是，目前有关孢子丝菌的双相致病性的研究报道并不多，与其他5种双相真菌相比，孢子丝菌病的发病率高，特别是在中国东北可呈小范围内的暴发流行，对人类的健康危害颇大。有学者曾应用比较蛋白质组学的研究方法比较了孢子丝菌菌丝相及酵母相的蛋白表达图谱，鉴定了24个酵母相特异或上调表达的蛋白质，目前有关孢子丝菌在双相转换过程中可能的致病基因及调节因子已被初步鉴定出来［13⁃16］（ste20、sir2等），其中也包括DRK1组氨酸激酶，这为进一步研究孢子丝菌在双相转换过程中各致病基因及调节因子的变化奠定了基础。

7 小结与展望

皮炎芽生菌、荚膜组织胞浆菌、马尔尼菲青霉菌等酵母相特异性表达的与真菌毒力可能相关的基因 （BAD1、bys1、CBP1、yps⁃3、yps21：E⁃9、CPEA）已经被逐一鉴定出来。当然，对于双相转换这一涉及多基因参与，多层次水平受累的复杂过程，仅对个别基因进行鉴定还远远不够［17⁃21］。近年来随着比较基因组学和比较蛋白质组学技术的飞速发展，巴西副球孢子菌、皮炎芽生菌、荚膜组织胞浆菌、马尔尼菲青霉菌菌丝相和酵母相的差异基因表达图谱和差异蛋白表达图谱相继被建立起来，为我们更加深刻的理解双相转换过程中各基因及调节因子的变化奠定了坚实的基础。搞清楚这些致病因子之间的相互关系，找到在双相转化过程中起关键作用的启动因子是国内、外学者期待的研究目标。

Nemecek等在此基础上研究了皮炎芽生菌和荚膜组织胞浆菌菌丝相向酵母相转化时各基因及调节因子的网络关系［22⁃25］，发现了杂合型组氨酸激酶处于上游位置，接受宿主传递的信号并启动了双相转换，同时也启动了毒力基因的表达及致病性形成的过程［26］。发现双相真菌在双相转化过程中的毒力因子及众多因子的相关网络是研究双相真菌致病性的重要内容，也是研发基因靶向药物不可或缺的基础。目前已有很多学者对上述几种双相真菌进行深入的研究，希望能找到位于上游的启动双相转化致病性形成的共同基因。

［1］ Xi L，Xu X，Liu W，et al.Differentially expressed proteins of pathogenic Penicillium marneffei in yeast and mycelial phases［J］.J Med Microbiol，2007，56（Pt3）：298⁃304.

［2］ Klein BS，Tebbets B.Dimorphism and virulence in fungi［J］.Curr Opin Microbiol，2007，10（4）：314⁃319.

［3］ Rooney PJ，Klein BS.Linking fungal morphogenesis with viru⁃lence［J］.Cell Microbiol，2002，4（3）：127⁃137.

［4］ 柴宝，刘维达.几种地方性真菌病的临床研究进展［J］.国外医学皮肤性病学分册，2002，28（5）：294⁃297.

［5］ Rooney PJ，Klein BS.Linking fungal morphogenesis with viru⁃lence［J］.Cell Microbiol，2002，4（3）：127⁃137.

［6］ Brandhorst TT，Rooney PJ，Sullivan TD，et al.Molecular genetic analysis of Blastomyces dermatitidis reveals new insights about pathogenic mechanisms［J］.Int J Med Microbiol，2002，292（5⁃6）：363⁃371.

［7］ Hwang L，Hocking⁃Murray D，Bahrami AK，et al.Identifying phase⁃specific genes in the fungal pathogen Histoplasma capsula⁃tum using a genomic shotgun microarray［J］.Mol Biol Cell，2003，14（6）：2314⁃2326.

［8］ Rappleye CA，Eissenberg LG，Goldman WE.Histoplasma capsula⁃tum alpha⁃（1，3）⁃glucan blocks innate immune recognition by the beta⁃glucan receptor［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2007，104（4）：1366⁃1370.

［9］ 侯幼红.马尔尼菲青霉的研究现状［J］.中国真菌学杂志，2007，2（1）：49⁃51.

［10］ dos Santos Feitosa L，de Almeida Soares CM，Dos Santos MR，et al.Cloning，characterization and expression of a calnexin homo⁃logue from the pathogenic fungus Paracoccidioides brasiliensis［J］.Yeast，2007，24（2）：79⁃87.

［11］ Bastos KP，Bailao AM，Borges CL，et al.The transcriptome anal⁃ysis of early morphogenesis in Paracoccidioides brasiliensis myce⁃lium reveals novel and induced genes potentially associated to the dimorphic process［J］.BMC Microbiol，2007，Apr 10；7：29.

［12］ Paris S，Gonzalez D，Mariat F.Nutritional studies on Paracoccid⁃ioides brasiliensis.The role of organic sulfur in dimorphism［J］.J Med Vet Mycol，1985，23（2）：85⁃92.

［13］ Zhang Z，Hou B，Xin Y，et al.Protein profiling of the dimorphic pathogenic fungus，Sporothrix schenckii［J］.Mycopathologia，2012，173，（1）：1⁃11.

［14］ Hou B，Zhang Z，Zheng F，et al.Molecular cloning，characteriza⁃tion and differential expression of DRK1 in Sporothrix schenckii［J］.Int J Mol Med，2013，31（1）：99⁃104.

［15］ Zhang Z，Hou B，Zheng F，et al.Molecular cloning，characteriza⁃tion and differential expression of a Sporothrix schenckii STE20⁃like protein kinase SsSte20［J］.Int J Mol Med，2013，31（6）：1343⁃1348.

［16］ Hou B，Liu X，Zheng F，et al.Molecular cloning，modeling and differential expression of a gene encoding a silent information regulator⁃like protein from Sporothrix schenckii［J］.Int J Mol Med，2014，33（6）：1415⁃1422.

［17］ Nemecek JC，Wuthrich M，Klein BS.Global control of dimor⁃phism and virulence in fungi［J］.Science，2006，312（5773）：583⁃588.

［18］ Craig E，Kang PJ，Boorstein W.A review of the role of 70 kDa heat shock proteins in protein translocation across membranes［J］.Antonie Leeuwenhoek，1990，58（3）：137⁃146.

［19］ Craig EA，Gambill BD，Nelson RJ.Heat shock proteins：molecu⁃lar chaperones of protein biogenesis［J］.Microbiol Rev，1993，57（2）：402⁃414.

［20］ Georgopoulus C，Welch WJ.Roles of the major heat shock pro⁃teins as molecular chaperones［J］.Annu Rev Cell Biol，1993，9：601⁃634.

［21］ Gething MJ，Sambrook J.Protein folding in the cell［J］.Nature，1992，355（6355）：33⁃45.

［22］ Boyce KJ，Hynes MJ，Andrianopoulos A.The Ras and Rho GT⁃Pases genetically interact to co⁃ordinately regulate cell polarity during development in Penicillium marneffei［J］.Mol Microbiol，2005，55（5）：1487⁃1501.

［23］ Chandler JM，Treece ER，Trenary HR，et al.Protein profiling of the dimorphic，pathogenic fungus，Penicillium marneffei［J］.Pro⁃teome SCI，2008，4；6：17.

［24］ Cooper CR Jr，Haycocks NG：Penicillium marneffei：an insurgent species among the penicillia［J］.J Eukaryot Microbiol，2000，47（1）：24⁃28.

［25］ Frye RA.Phylogenetic classification of prokaryotic and eukaryot⁃ic Sir2⁃like proteins［J］.Biochem Biophys Res Commun，2000，273（2）：793⁃798.

［26］ Klein BS，Tebbets B.Dimorphism and virulence in fungi［J］.Curr Opin Microbiol，2007，10（4）：314⁃319.

R 379.2 R 379.9

B

1673⁃3827（2015）10⁃0062⁃03

2014⁃02⁃17 ［本文编辑］ 施 慧

侯彬彬，女（汉族），博士，住院医师.E⁃mail：houbin⁃bin1001＠163.com