猪链球菌生物被膜研究进展

叶思齐，朱佳文，苏志鹏，郑云龙，贾德凯，曹雨辰

（1.西南大学动物医学院，重庆 400700；2.成都市农林科学院畜牧研究所，成都 四川 611130；3.四川德康农牧食品集团股份有限公司，成都 四川 610200）

0 引言

猪链球菌（SS）是重要的病原菌，引起动物的关节炎、脑膜炎、支气管肺炎、败血病和心内膜炎等多种疾病。在自然界中，任何细菌在成熟条件下均可形成生物被膜。生物被膜是细菌粘附于惰性或活体介质表面，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等并将其自身包绕其中而形成的大量细菌聚集膜样物，具有极强的免疫逃避性和耐药性。细菌通过形成生物被膜造成临床慢性感染和持续性感染，抵抗宿主先天性和特异性免疫系统的清除，帮助自身抵抗抗生素，同时交换细菌间的遗传物质，从而促进自身的生长和繁殖[1]。

1 调控系统

1.1 QS调控系统

目前，LuxS/AI-2型群体感应（QS）系统是公认的调控SS生物被膜形成和功能的研究热点之一。QS是细菌通过分泌可溶性信号分子监测细菌群体密度并协调菌群生物功能的信息交流机制，对细菌生物被膜的形成和成熟具有重要调控作用。研究表明，luxS的缺失或过表达均会影响生物被膜的形成，可能是由于luxS的表达会影响AI-2的产生，间接影响生物被膜的形成。此外，基因pfs也会参与AI-2的产生和生物被膜的形成[2-3]。

1.2 CiaRH间接调控系统

CiaRH是SS2中一对重要的双组份调控系统，有学者通过CiaRH的表达谱芯片筛选出与可能生物被膜相关基因SSU05_2036和SSU05_2039，并通过EMSA和荧光定量验证CiaR蛋白能调控这2个基因。同时，缺失SSU05_2036和SSU05_2039后发现SS生物被膜的形成量增多。说明CiaRH能间接调控生物被膜的形成。

2 形成因素

2.1 抗生素

亚-MIC的大环内酯类药物（红霉素、阿奇霉素、泰乐菌素）对体外获取的SS生物被膜抑制作用明显，并通过蛋白质组学iTRAQ技术和Real time RT-PCR发现QS系统相关基因comAB表达下降，说明大环内酯类药物可通过调控SS的QS系统组成成分的表达影响生物被膜的形成。

有文章报道，缺失luxS的SS菌株比野生株对FQs的敏感度高。当细菌生长有亚浓度抗生素存在的情况下，ΔluxS的生长速率和生物被膜形成能力降低，说明SS通过LuxS/AI-2感应系统调节信号通路参与FQ的耐受性。高效液相色谱（HPLC）分析显示恩诺沙星在ΔluxS细胞体内积累明显增加，但是在外源AI-2存在的情况下这种增加现象并不明显。另外，ΔluxS缺失株中satA和satB的表达下降，而外源AI-2的加入可逆转基因表达的下调。说明SS可通过调控外排泵SatAB参与FQ的敏感性。

2.2 蛋白质类

目前，噬菌体及其相关酶如裂解酶、多糖解聚酶等被认为是控制生物被膜的有效方法。裂解酶LySMP是有SS裂解性噬菌体释放的破坏SS细胞壁的裂解酶，可在12 h内几乎杀灭所有的SS2-4和SS2-H被膜菌，并清除80%以上的生物被膜。但由于LySMP活性单位尚未标准化且活性不稳定，所以量效关系还需进一步研究。鸟氨酸氨甲酰转移酶（OCT）是一种与SS生物被膜有关的具有较强免疫原性蛋白，是构成精氨酸脱氢酶脱氢酶系统中不可缺少的一种酶，可介导细菌的免疫逃避。有学者发现OCT蛋白可提高SS形成生物被膜的能力并且具有降低粘附PK-15细胞的作用。改造过的抗菌肽Temprine-La（FS）可显著降低SS生物被膜的代谢活性，抑制被膜菌的粘附作用，阻断胞外多糖的合成与分泌抑制SS生物被膜的形成，并且使luxS表达降低。

2.3 中草药类

穿心莲内酯（AG）是一种二萜内酯类化合物，是穿心莲中的活性物质之一，具有类似抗生素的作用。有学者将其作用于SS生物被膜发现AG具有抑制SS生物被膜的能力，且剂量越高，抑制能力越强。同时，AG能使luxS基因表达下调并对AI-2活性有抑制作用，说明AG可能通过调控SS的QS系统组成成分的表达影响生物被膜的形成。黄连含有多种生物碱，含量高低依次为小檗碱（黄连素）、黄连碱、药根碱、甲基黄连碱等。刘冰等人发现黄连水提物及单体盐酸小檗碱、盐酸巴马汀和盐酸药根碱对SS的生物被膜形成有干预作用，而且LuxS/AI-2蛋白的mRNA表达量均出现下调，说明黄连可通过调控SS的QS系统组成成分的表达影响生物被膜的形成。有学者发现大黄、黄连、丁香叶、金银花、黄芩、黄柏、穿心莲、鱼腥草的水提物均对SS生物被膜的形成有干预作用，而且大黄素影响LuxS/AI-2信号分子mRNA的表达，干预效果和大黄素浓度呈正比。另外，丁香叶水提物中的芦丁是一种黄酮类化合物，在1/2MIC和1/4MIC时可有效抑制SS生物被膜的形成。有学者也发现丁香叶、大黄和黄连水提物对生物被膜中的SS具有很好的杀灭作用。蒲公英是一种常见的清热解毒的重要，其水提物可对SS的生物被膜形成进行干扰并降低生物被膜中细菌的数量。

3 防控技术

3.1 选择能抑制生物被膜形成的介质

一些有机物或重金属离子包被到生物材料可抑制生物被膜的形成，如表面镀银的人工心脏瓣膜和导尿管可抑制大肠杆菌、金黄色葡萄、铜绿假单胞菌等致病菌生物被膜的形成。

3.2 使用能降解生物被膜成分的蛋白酶

尿激酶或蚓激酶可使细菌的生物被膜多糖蛋白复合物降解。噬菌体及其编码的裂解酶对细菌的生物被膜也有降解作用。

3.3 使用抑制生物被膜的药物

氨基糖苷类、β-内酰胺类、氟喹诺酮类、大环内酯类等抗生素均对细菌的生物被膜有抑制作用，但长期使用抗生素会让细菌产生耐药性。而使用中草药类药物可能会更有前景，穿心莲内酯、大黄提取物、鱼腥草等中药具有干扰细菌生物被膜形成的能力。

3.4 干扰细菌生物被膜的QS调控系统

研究表明缺乏QS系统的铜绿假单胞菌形成生物被膜厚度减少，对卡那霉素的敏感性也明显增加。海洋红藻能产生卤代呋喃酮，可共价修饰和灭活QS系统里的luxS活性，诱导AI-2的产生，抵抗细菌在其表面上定植。

4 结束语

生物被膜为细菌提供了保护屏障，使细菌抵抗外界的清除，提高对药物的耐受，并且促进自身的定植与繁育。而关于猪链球菌生物被膜的形成能力可能与细菌毒力是否有关存在争议。对猪链球菌生物被膜形成机制的研究尚处于起步阶段，但已有众多关于生物被膜形成机制、耐药机制的文章发布，为猪链球菌的预防与治疗提供了支持。细菌生物被膜是导致细菌多药耐药性增强、毒力增加和慢性感染的主要原因之一。深入了解和掌握猪链球菌生物被膜的调控系统、影响因子和目前防控细菌控生物被膜形成的技术对于预防和治疗猪链球菌病有着重要意义。干预SS生物被膜的形成有可能成为未来研发抗致病菌药物的重要策略。LuxS在革兰氏阳性菌中非常保守，可能会成为未来抗菌药物重要的新靶标之一。