鲍曼不动杆菌致病机制的研究进展

焦雪 综述 张谦 审校

(1.石首市人民医院,湖北 石首 434400;2.贵州省人民医院,贵州 贵阳 550002)

鲍曼不动杆菌有菌毛,无芽孢和鞭毛,是一种专性需氧菌,不仅广泛存在于自然界的水、土壤以及人体皮肤、呼吸道、消化道以及医院环境中,且对高温、紫外线、化学消毒剂均有较强抵抗力,是医院感染的重要条件致病菌。近年来,由于广谱抗生素的使用、频繁的侵入性操作、年龄等因素均导致鲍曼不动杆菌的感染率及耐药率呈逐渐上升趋势[1],不仅延长了住院时间,更增加了病死率。因此对于鲍曼不动杆菌的防治已成为临床重点研究话题。

1 鲍曼不动杆菌的粘附与侵入

粘附是各种微生物感染人体各组织、器官从而定值的基础,这与靶细胞表面存在相关的特异性受体有关。研究表明鲍曼不动杆菌表面存在各种菌毛样或非菌毛样黏附素,而菌毛结构是鲍曼不动杆菌的重要黏附致病因子已被证实,它可以粘附在细胞或非生物体表面,通过“酰化高丝氨酸内酯”介导细菌高表达生物膜相关基因序列,从而激活细菌群体感应系统,导致某些致病基因的表达,引起真核细胞的凋亡[2-3]。当细菌已粘附在生物及非生物表面后,可快速吸引附近的同类细菌形成多个菌落并进行信息交流,最终被细胞外基质包裹后形成生物膜。它可以逃避宿主的免疫反应,保护细菌免受抗菌药物的影响,使细菌在各种恶劣环境下可以存活,并通过“渗透限制、营养限制、表型推断、群体感应以及各菌株之间相互协同作用”增加其耐药性,引起机体的反复感染[4]。

2 鲍曼不动杆菌相关毒力因子

2.1外膜蛋白A(OmpA) 外膜蛋白OmpA是鲍曼不动杆菌表面蛋白中分布最广的,也是最重要的组成部分。通过构建OmpA基因突变株,和野生株相比较发现突变株对细胞的粘附和侵入能力减少达95%,说明OmpA在鲍曼不动杆菌粘附与侵入宿主细胞的过程中起着重要作用。OmpA主要作用于宿主细胞的线粒体及细胞核内部,促进细胞释放细胞色素C和凋亡诱导因子,促进真核细胞的凋亡。C.H.Choi等[3]通过研究人喉上皮细胞凋亡试验,发现OmpA基因缺失株诱导细胞凋亡数量较野生型明显减少。当给小鼠注射等量鲍曼不动杆菌野生株与同源OmpA基因缺失株时发现缺失株小鼠的血液细菌负荷明显低于野生株,说明野生型更容易导致血液播散。因此OmpA在鲍曼不动杆菌的致病过程中至关重要。更有研究[5]表明,纯化的OmpA可促进Th1-mediated免疫反应,刺激CD4+T细胞向Th1分化,并通过TLR-2介导的信号通路上调iNOS,影响TLR2的表达,这可能与鲍曼不动杆菌感染早期致病机制有关。

2.2磷脂酶D(PLD) 磷脂酶是磷脂分解代谢的主要酶系,包括磷脂酶A1、A2、C和D。研究[6]发现PLD可特异性的催化水解磷脂分子中的磷酸和有机碱羟基形成的酯生成磷脂酸和有机碱从而导致人体一系列与致病机制有关的生理病理反应。更有学者发现PLD具有可以增加血管通透性的鞘磷脂酶活性的外毒素,导致皮肤的坏死和溶血。目前在许多革兰氏阴性菌中均发现有致病的PLD,它主要通过帮助病原菌入侵基底细胞膜,诱发宿主细胞对病原菌的包裹吞噬从而导致宿主的感染。A.C.Jacobs等[7]通过建立含有两个PLD活性部位的由A1S-2989位点编码的蛋白质发现质粒插入回复突变后其PLD活性较突变前有所增加。在入侵上皮细胞的试验中,A1S-2989突变株的侵袭能力较野生株明显的降低,而回复突变后,其入侵上皮细胞的能力也恢复到野生菌水平,说明PLD能影响鲍曼不动杆菌在宿主细胞的存活率及对上皮细胞的侵袭作用。在对假结核棒状杆菌的致病机制的研究中发现PLD可影响宿主巨噬细胞的功能,从而影响宿主对于细菌的清除[8],这可能和鲍曼不动杆菌菌血症的发生有关。在小鼠肺炎模型中,A1S-2989突变菌株在血液、肝脏及心脏的携菌量相较于同期试验感染野生菌株明显下降更加证实了这一猜测。

2.3铁的摄取代谢 铁作为微生物生长的一种必须营养元素,它不仅参与机体内各种电子的转移及核酸的合成,保护机体逃避自由基的损伤,还可参与菌体的各种新陈代谢过程,对信息的二次传到起着重要作用[9]。鲍曼不动杆菌可以分泌出铁载体、高铁血红素利用系统等与铁摄取相关的分子,铁载体的生物合成和转运需要蛋白Bas D和Bau A,J.A.Gaddy等[10]通过构建Bas D蛋白表达缺陷型和蛋白Bau A缺陷型发现缺陷型致病菌在宿主细胞内的数目明显少于亲代,说明铁载体生物合成和转运功能的损害显着降低了ATCC 19606T细胞持续并杀死该宿主的能力,当使用小鼠脓毒症模型进行验证时,其结果显示铁载体介导的铁获取系统的表达对于ATCC 19606T建立感染并杀死该脊椎动物宿主至关重要。而W.F.Penwell等[11]的研究更进一步证实了铁载体和其前体导物2,3-二羟基苯甲酸在细菌中的致病作用。还有学者研究[12]发现,在铁螯合剂乙二胺四乙酸存在下,鲍曼不动杆菌对上皮细胞的侵入粘附和形成生物膜的能力较正常菌株明显下降。在菌血症恢复期的患者血中发现有直接针对铁结合蛋白的特殊免疫活性蛋白,这些均表明铁的摄取和代谢与鲍曼不动杆菌的致病性有密切关系。

2.4脂多糖(LPS) 脂多糖是革兰氏阴性菌中细胞壁的一种组成成分。它不仅是细菌的表面抗原物质,还是许多噬菌体吸附的受体,当细菌后被破坏后,LPS可释放出内毒素,从而激活人体内各种信号传导途径引起机体的发热、微循环障碍、内毒素休克或播散性血管内凝血等反应。当LPS进入血液循环或淋巴系统后,先与LPS结合蛋白(LBP)结合形成LPS-LBP复合物,被CD14 和髓样分化蛋白2受体识别后传递给TOLL样受体,再通过各种信号传导通路引起大量炎症因子表达或趋化因子的释放[13]。而TOLL受体4作为参与非特异性免疫的一类重要蛋白质分子,其可迅速识别鲍曼不动杆菌释放的LPS,从而引起肺内的瀑布级联的炎症性疾病已被证实[14]。J.H.Moffatt等[15]通过构建LPS缺乏的鲍曼不动杆菌刺激小鼠巨噬细胞的NF-0202B,发现肿瘤坏死因子α的分泌水平比正常菌株降低2至4倍,这更进一步说明了LPS在诱导机体炎症反应中的重要作用。

2.5外膜囊泡(OMVs) OMVs是一种普遍存在于革兰氏阴性菌表面具有生物学活性物质的、可被一系列模式识别受体PRR 识别的囊泡状结构。OMVs多属于病原相关分子模式,它通常与这些分子的保守区域相结合,经过各种免疫反应从而产生一系列的细胞因子参与机体各种细胞内的调控。它不仅有助于生物膜的形成,在细胞间通讯传递各种生物分子,还有利于内容物向宿主细胞的转移并在宿主细胞中引发免疫应答反应[16]。S.H.Jun等[17]用不同浓度OMV的ATCC 19606诱导促炎细胞因子基因,发现白介素(IL)-1β、IL-6、趋化因子基因、IL-8、巨噬细胞炎症蛋白-1α和单核细胞趋化因子蛋白-1在上皮细胞中的表达均呈剂量依赖性。而当用乙二胺四乙酸和蛋白酶K分别处理OMVs时,其诱导的促炎性细胞因子表达量与完整OMVs的应答相比均明显下降,这表明了OMVs在免疫应答中的重要作用。

3 鲍曼不动杆菌与宿主免疫功能的关系

鲍曼不动杆菌是一种条件致病菌,正常情况下与宿主之间存在良好的生存平衡,当其聚集部位改变、机体抵抗力降低或菌群失调是则可成为致病菌。在医院环境内,由于大量手术的实施、有创操作的开展以及多种广谱抗菌药物、大量免疫抑制剂的使用,均可导致机体免疫力严重下降、菌群失调从而导致鲍曼不动杆菌的感染。中性粒细胞内含髓过氧化物酶、溶菌酶、碱性磷脂酶和酸性水解酶等丰富的酶类,可以趋化、吞噬和杀灭细菌,一旦中性粒细胞功能缺失或者数量不足则可以导致急性严重感染甚至导致致死。有研究[18]表明,中性粒细胞的聚集与下降与细菌的感染与清除有明显的相关性,在小鼠模型中,当分别耗竭NK 细胞、巨噬细胞和中性粒细胞后,感染鲍曼不动杆菌小鼠的10 d 存活率分别为 83%、50% 和 0%,说明中性粒细胞对于清除鲍曼不动杆菌的清除至关重要。

4 展 望

近年来,虽然对鲍曼不动杆菌的致病机制研究已有了一定进展,但对于鲍曼不动杆菌的治疗对于临床医生来说仍是一个严重的挑战。虽然通过疫苗来防治感染已成为一种新的研究方向,但目前对鲍曼不动杆菌各种毒力因子的具体作用机制仍不完全明确,需进一步探索和研究,从而为疫苗的研制及新型药物的开发提供新思路。