鲍曼不动杆菌黏附相关机制研究进展

黎皓思，潘频华

鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）属革兰阴性杆菌，广泛分布于自然界，系条件致病菌。近年来，由于多重耐药菌株的出现以及感染人数的上升，鲍曼不动杆菌已经成为医院感染最为重要的病原菌之一［1］。鲍曼不动杆菌在医院的高度流行可能由以下因素导致：耐药性、抵抗干燥的能力、黏附于医疗器械表面并形成生物膜以及黏附于易感人群的皮肤和黏膜的能力。在这些因素的共同作用下，该细菌得以长期生存于医院内各种设备、器械、纺织物表面以及医护工作者的皮肤表面，并定植于易感患者上皮细胞表面，难以清除［2-3］。现就鲍曼不动杆菌黏附相关机制加以综述，为预防和控制鲍曼不动杆菌感染提供新的思路。

1 概述

鲍曼不动杆菌的黏附性是其重要的毒力决定因子和致病因素［4-5］。鲍曼不动杆菌可以在多种非生物表面黏附并形成生物膜，如玻璃、多种塑料（聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等）以及不锈钢等［6］，这些材料都普遍用于制造各类医疗器械。该细菌也能黏附到生物各种类型的细胞表面，包括人鼻咽部上皮细胞、喉上皮细胞、支气管上皮细胞、肺上皮细胞、宫颈上皮细胞、新生角化细胞、白念珠菌丝等［4，7-9］。鲍曼不动杆菌对生物表面的黏附过程主要包括初期的物理化学作用阶段以及后期的分子和细胞作用阶段。它是由细菌特性、物体的表面特性、环境因素等众多因素相互影响的复杂过程。不同菌株之间黏附能力有所不同，其机制也不尽相同［10］。近年研究表明，鲍曼不动杆菌在非生物表面与生物表面的黏附机制既有很多共性又有一定的区别［1］，其黏附机制涉及到一系列因素，包括菌毛、细胞表面的多种蛋白、调控因子、环境因素、二价阳离子浓度、物体表面粗糙度等。根据目前的研究结果得知，其中一部分因素对非生物表面和生物表面的黏附均有关键作用，体现出2种表面黏附机制的共同点以及潜在的联系；另一部分仅被发现在1 种表面发挥其作用。下面将黏附相关机制分成两部分来分别阐述。

2 作用于2种表面的黏附相关因素

2.1 生物膜

生物膜（biofilm）是鲍曼不动杆菌的重要毒力因子，其对细菌在非生物表面的黏附起着至关重要的作用。鲍曼不动杆菌耐药性和抵抗干燥、营养缺乏等不利条件的特性可归因于其在黏附的表面形成生物膜的能力［7］，可以说生物膜的形成是鲍曼不动杆菌在非生物表面得以长期生存最为重要的原因。细菌生物膜主要由细菌及其自身分泌的细胞外基质组成，其形成是一个复杂而有序的动态过程，一般分为5个阶段：最初的定植阶段、不可逆的黏附阶段、结构分化阶段、发展成熟阶段及解聚再定植阶段。菌毛、生物膜相关蛋白（biofilm-associated protein，Bap）和聚-β-1-6-N-乙酰氨基葡萄糖胺（poly-beta-1-6-N-acetylglucosamine，PNAG）以及多种调控因子等众多因素参与了生物膜形成的过程。

研究证实，鲍曼不动杆菌可以在生物表面（人肺泡上皮细胞、人类皮肤模型、白念珠菌丝）形成生物膜［2，11］。其在人类皮肤表面形成生物膜的能力可能对其长期生存于皮肤表面有重要作用［11］。

2.2 菌毛

2.2.1 作用于非生物表面的菌毛及其调控因子Eijkelkamp等［8］研究证明，鲍曼不动杆菌ATCC 19606的菌毛在生物膜形成早期阶段有关键作用，如果缺失会导致生物膜无法形成。菌毛的蛋白由菌毛合成系统的基因编码产生，该系统为6个基因组成的csu 操纵子（csuA／BABCDE）。其中csuAB、csuA、csuB3个基因编码的蛋白质为菌毛的亚单位结构；csuC 编码的蛋白质称为侣伴蛋白（chaperone），参与菌毛蛋白的转运；csuD 编码的蛋白称为引导分子（usher），是一个具有孔道的蛋白，可以结合黏附素（adhesin）；csuE 编码的蛋白为黏附素分子［6］。菌毛合成系统是鲍曼不动杆菌生物膜形成的必要条件，对鲍曼不动杆菌ATCC17978 csuB突变株与其他无突变的菌株相比，其结合非生物表面水平降低［8］。通过扫描电镜观察发现，鲍曼不动杆菌ATCC19606菌株表面可形成2种延伸物质，即薄、短菌毛样结构（平均长约29 nm；范围5～140 nm）和长延伸物质（平均长约260 nm；范围143～1 008 nm），后者由csuA／BABCDE 编码产生。

随后，研究发现BfmRS双组分调控系统（twocomponent regulatory systems）可以调控csuA／BABCDE 菌毛合成系统，继而影响菌毛的合成、细菌的黏附和生物膜的形成。该调控系统由感受器激酶BfmS 和反应调控子BfmR 组成，分别由bfmS及bfmR 基因编码合成。感受器激酶BfmS可以感受细胞间的信息，如细菌浓度、营养物质、游离阳离子浓度等，从而激活由BfmR 调控的菌毛组装。在感受器激酶BfmS正常，而BfmR 反应调控子失活的情况下，csu 不表达，从而无法产生菌毛，细菌黏附于塑料表面及形成生物膜的能力均受损。但是，BfmS的失活仅部分干扰了生物膜的形成，对下游靶基因没有影响。表明BfmR 可能可以被其他感受器激酶激活［12］。Liou等［13］也证明了在感受器激酶BfmS失活的鲍曼不动杆菌ATCC17978菌株在非生物表面仍可形成生物膜，但有所减少。

最近研究发现，一种用于治疗霍乱弧菌（Vibrio cholera）的药物virstatin可以抑制鲍曼不动杆菌的菌毛合成，以此来减少生物膜的形成［14］。实验发现，virstatin对生物膜形成的抑制作用主要体现在其形成的初始阶段，在后期阶段（48 h）对其作用减弱［14］，此现象与菌毛主要参与生物膜形成的早期阶段［8］的事实相吻合，也进一步证明了菌毛在生物膜形成中的重要作用。

2.2.2 作用于生物表面的菌毛 菌毛和菌毛样结构同样也参与鲍曼不动杆菌对真核细胞的黏附及侵入过程［15］。与其黏附于非生物表面有所不同的是，对真核细胞的黏附过程不依赖于csuA／BABCDE产生的菌毛。研究证实，csuE 突变菌株较亲本菌株对气道上皮细胞（H292）的黏附增强。亲本菌株表面可观察到长短不一的2种菌毛样结构，而csuE 突变株表面仅出现薄、短菌毛［16］。由此可知，薄、短菌毛在细菌与气道上皮细胞的黏附中起重要作用。另外，有研究证明了感受器激酶BfmS失活的鲍曼不动杆菌ATCC17978 菌株对真核细胞的黏附显著减少［13］，其具体机制还有待进一步研究。

2.3 GacSA 双组分调控系统

在GacSA 双组分调控系统中，GacS感受器激酶通过GacA 反应调控子调控毒力相关的基因表达。GacSA 双组分调控系统控制菌毛合成、生物膜和运动，这些因素都有助于增强哺乳动物感染模型中细菌的毒力，是重要的发病机制［17］。

GacS感受器激酶也可调节csu 操纵子。与亲本菌株相比，GacS突变体的菌毛显著缩短，在塑料表面形成的生物膜更薄，细胞的分布更稀疏。除了调节csu操纵子，GacS也可以调控与生物膜的形成相关的其他基因［17］。

2.4 生物膜相关蛋白与疏水性

鲍曼不动杆菌Bap是一种含有8 621个氨基酸的表面蛋白［18］。Bap暴露在细菌表面，可以维持生物膜在非生物表面的成熟结构［9］。实验证实，Bap基因缺失可导致该细菌在盖玻片表面无法维持生物膜的厚度与体积［18］。Bap 具有与免疫球蛋白样折叠家族内细菌黏附素相似的结构，并且可能通过介导细胞间黏附的方式来支持生物膜的成熟结构［18］。

Bap也可以促进鲍曼不动杆菌对宿主细胞的黏附，其机制可能为Bap 增加细菌表面的疏水性所致［9］。在鲍曼不动杆菌与人支气管上皮细胞以及人新生角化细胞黏附实验中，表达Bap的细菌对细胞的黏附比Bap 缺陷细菌显著增加。另外，研究表明，表达Bap的野生型Ab307菌株细胞很容易整合到鲸蜡烷层，其程度显著超过Bap 缺陷细胞［9］，表明Bap提高了细菌细胞表面的疏水性。鲍曼不动杆菌Bap包含一段保守序列，其也存在于透明重复（hyaline repeat，HYR）模块中［18-19］。HYR 模块在真核细胞黏附蛋白和细菌黏附蛋白中均有作用。该HYR 结构域还包含保守的疏水残基［19］。这些保守残基可能参与细胞表面的疏水性形成［9］。也有研究表明，鲍曼不动杆菌表面脂肪酸组分可以改变其疏水性，随之改变细菌的黏附、运动和毒力［20］。由此推测，Bap促进鲍曼不动杆菌对宿主细胞的黏附可能由于其增加细菌表面的疏水性所致。

另外，细菌表面的疏水性与其对非生物表面的黏附性呈正相关［21］。研究表明，具有高度疏水性指数的鲍曼不动杆菌菌株可以分别在静态和动态条件下形成高强度的生物膜［22］，从而增强其黏附性。有趣的是，临床上分离的菌株比自然环境中分离菌株具有更强的疏水性［23］。

2.5 外膜蛋白

外膜蛋白（outer membrane proteins，Omp）是鲍曼不动杆菌的一个重要毒力因子。研究表明，虽然OmpA 对生物膜形成和发展不是必需的，但是其对于鲍曼不动杆菌在聚苯乙烯表面形成坚固的生物膜时必须存在，并且这个过程不依赖于csuA／BABCDE 编码产生的菌毛［7］。

Omp（如OmpA）可介导鲍曼不动杆菌黏附和入侵上皮细胞［15］。其中，在与白念珠菌丝和上皮细胞黏附的过程中，OmpA 是绝对必需的［4］。Omp是通过与宿主细胞的纤维连接蛋白（fibronectin）相结合而介导鲍曼不动杆菌黏附于宿主细胞，所以Omp又被称为纤维连接蛋白结合蛋白（fibronectinbinding protein，FBP）。研究证明，中和纤维连接蛋白的特异性抗体显著减少了鲍曼不动杆菌对人肺上皮细胞（A549 细胞）的黏附性。同样，中和OmpA的特异性抗体也使鲍曼不动杆菌对A549细胞的附着力显著下降。除了OmpA，与纤维连接蛋白相互作用的外膜蛋白还有：EF-Tu、TonB 依赖性铜受体和34 ku的Omp，它们均被称之为FBP［24］。

2.6 不动杆菌属三聚自主转运蛋白

不动杆菌属三聚自主转运蛋白（Acinetobacter trimeric autotransporter，Ata）是暴露在鲍曼不动杆菌外膜的物质，其介导对细胞外基质／基底膜（extracellular matrix／basal membrane，ECM／BM）蛋白的黏附以及对Ⅳ型胶原蛋白的黏附，对生物膜形成也有重要作用［25］。

2.7 二价阳离子浓度

铁、钙、镁、锰、铜等多种二价阳离子浓度可以影响黏附及生物膜形成。研究证实，在铁螯合剂存在的低浓度游离铁离子环境下，对塑胶表面的黏附及生物膜形成能力均加强［6］，而高浓度的铁离子则抑制生物膜生成。钙、镁、锰、铜二价阳离子对生物膜的作用与铁离子相反。低浓度钙离子使细菌对人呼吸道上皮细胞表面及塑料表面的黏附、生物膜形成能力均显著下降［26］，高浓度的钙离子对生物膜合成有促进作用。其原因为高浓度钙离子可以稳定和促进细胞外基质的表达，增加生物膜结构聚集性，降低生物膜分解功能。

2.8 多重耐药菌株与生物膜形成

鲍曼不动杆菌多重耐药（multidrug-resistant，MDR）菌株具有形成大量生物膜的能力，并且超广谱β内酰胺酶耐药基因blaPER-1能影响生物膜的形成。研究证实，携带blaPER-1 的多药耐药鲍曼不动杆菌比未携带blaPER-1的菌株有显著增高的生物膜形成能力。同样，其与生物表面如支气管上皮细胞的黏附能力也呈正相关［26］。多重耐药菌株与生物膜形成的相关性，是解释鲍曼不动杆菌以抵抗多种抗菌药物的状态得以长期生存于医院物体表面的重要原因。

3 作用于1种表面的黏附相关因素

3.1 生物表面

鲍曼不动杆菌表达磷酰胆碱（phosphorylcholine，ChoP），并通过血小板活化因子受体（plateletactivating factor receptor，PAFR）黏附人肺上皮细胞，随后可激活一系列级联反应，G 蛋白偶联磷脂酶C（phospholipase C，PLC）通道、网格蛋白和βarrestins，以入侵宿主细胞。研究表明，表达ChoP蛋白的Omp参与细菌对上皮细胞的黏附和入侵。进一步实验证实，在不表达ChoP蛋白的OmpA 介导下，鲍曼不动杆菌对上皮细胞的黏附和入侵水平比表达Chop 蛋白的鲍曼不动杆菌大大降低［15］。PAFR也是鲍曼不动杆菌在体内传播所需要的宿主蛋白。经PAFR 拮抗剂处理后，鲍曼不动杆菌在体外和体内的传播受到一定影响，但并没有完全消除［15］，表明真核细胞的其他受体或组件可能介导鲍曼不动杆菌的入侵和传播。

3.2 非生物表面

3.2.1 PNAG PNAG 是大部分革兰阴性菌细胞外基质的主要成分，其生成由细菌染色体上pgaABC 基因序列编码和调控［27］。PNAG 是鲍曼不动杆菌生物膜的重要组成部分。鲍曼不动杆菌含有pgaABCD 基因位点，该基因位点编码参与合成PNAG 的蛋白质。静态条件下生物膜的形成，PNAG 不是必不可少的，但可能在动态和紧张的环境中，如高剪切力环境下，PNAG 对鲍曼不动杆菌的生物膜起到维持其完整性的作用［28］。

3.2.2 核糖核酸酶（ribonuclease，RNase）T2家族蛋白 RNase T2家族蛋白可以调控鲍曼不动杆菌与非生物表面结合、生物膜的形成和细胞运动，但其确切生化作用还不明确。研究发现，RNase T2 家族蛋白功能的丧失与涉及生物膜形成以及细胞运动的几个基因表达下降有关。突变体菌株RNaseT2家族蛋白（鲍曼不动杆菌ATCC17978 基因位点A1S＿3026）的编码区被插入的转座子所干扰，该菌株对聚苯乙烯、聚氯乙烯、玻璃和不锈钢表面的定植与亲本菌株相比显著减少［3］。

3.2.3 环境因素 介质的温度、pH 值和盐浓度等因素可以影响到生物膜的形成。研究表明，在30℃，pH 值6.0～7.0，盐浓度为5.0g／L 的环境中，鲍曼不动杆菌形成生物膜的能力最强［22］。

3.2.4 物体表面粗糙度 物体表面的粗糙程度也对黏附性有影响。有研究证实，粗糙的不锈钢表面与扁平或抛光的表面相比，极大地增强了细菌的黏附性和生物膜的形成［29］。医院通过增加使用抵抗微生物定植的抛光材料，可以使医院感染的机会减少［21］。

4 结语

鲍曼不动杆菌与非生物表面以及人类宿主细胞表面黏附的分子机制尚未清楚。现在看来，细菌在非生物表面与生物表面存在许多共同点，但有明显区别：细菌得以黏附在非生物表面上并长期存在主要是由生物膜提供保证，如菌毛、细菌表面蛋白和调控系统以及外界环境因素等参与了生物膜形成这一过程的启动、发展、成熟及维护；细菌对于生物表面的黏附同样是由菌毛以及细胞表面的多种蛋白，如Omps、Bap、Ata所介导，并受某些调控系统、细胞外二价阳离子浓度所影响。

总之，从鲍曼不动杆菌的黏附性入手，将上述众多黏附相关因素从医疗器械以及人类宿主细胞表面上清除，并削弱其长期在医院内和患者体内生存的能力，也许能为寻找新的治疗措施提供思路，控制鲍曼不动杆菌的感染。

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