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本文聚焦鲍曼不动杆菌,探讨其耐药结节化细胞分裂(RND)外排泵转录调节因子。详细分析了 AdeAB (C)、AdeIJK 和 AdeFGH 等 RND 外排泵的调控机制,阐述其与耐药性、感染的关系,并提出干预策略及面临挑战,为对抗耐药菌提供新思路。
鲍曼不动杆菌耐药现状
抗菌素耐药性(AMR)已成为全球健康的重大威胁。据估计,2021 年约 114 万人直接死于无法治疗的多药耐药(MDR)细菌感染,预计 2025 - 2050 年,将有 3910 万人可能死于 AMR 细菌感染。鲍曼不动杆菌是一种臭名昭著的耐药病原体,在 2019 年,它是全球与死亡相关的第五大常见 AMR 病原体。世界卫生组织在 2018 年将其列为急需新抗生素的关键多药耐药病原体。目前,碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌(CRAB)是重症监护病房医院感染的主要原因,且非鲍曼不动杆菌属的耐药性也在显著上升123。
鲍曼不动杆菌的特点与挑战
鲍曼不动杆菌在环境中广泛存在,通常为无害的革兰氏阴性球杆菌,但部分菌株可转变为机会致病菌,感染免疫功能低下个体的血液、伤口和肺部。全基因组测序研究显示,鲍曼不动杆菌的物种多样性和抗生素耐药基因比以往认为的更多。而且,临床和非临床分离株之间没有明显聚类,其耐药基因在环境和动物分离株中也有发现,这表明它是一个 “One Health” 问题。鲍曼不动杆菌具有内在耐药基因,基因组可塑性强,能够耐受极端条件,这些特性使其适应能力增强245。
鲍曼不动杆菌中的外排泵
外排泵是细胞膜转运蛋白,能将包括抗菌剂在内的底物排出细胞,是对抗抗菌化合物的主要防御机制。在鲍曼不动杆菌中,已鉴定出多种外排泵家族,其中耐药结节化细胞分裂(RND)泵与 AMR 感染临床相关性最高。RND 外排系统通常由内膜 RND 转运体、周质适配蛋白(PAP)和外膜因子(OMF)组成,形成跨细胞壁的连续通道,将底物直接排出细胞外。鲍曼不动杆菌中已鉴定出 9 种 RND 家族转运体,其中 AdeAB (C)、AdeIJK 和 AdeFGH 临床相关性最高678。
RND 外排泵的调控机制
- AdeAB (C) 的调控:AdeAB (C) 在 MDR 临床分离株中常过度表达。其激活由 AdeSR 双组份系统(TCS)调控,AdeS 是跨膜组氨酸激酶,AdeR 是细胞质反应调节因子。AdeS 检测环境信号后发生自磷酸化,将磷酸基团转移给 AdeR,AdeR 结合 DNA 激活 adeAB (C) 表达。研究发现,AdeAB (C) 激活增加多因 AdeS 自磷酸化位点或 AdeR 受体结构域的替换,也有因 AdeS 失活导致 AdeAB (C) 过表达的菌株报道。此外,BaeSR、DksA 和组蛋白样类核结构蛋白(H - NS)等也可能调节 AdeAB (C) 的表达。AdeSR 还对多种环境刺激和宿主相关条件有反应91011。
- AdeIJK 的调控:AdeN 是 AdeIJK 外排泵的主要调节因子,属于 TetR 家族调节器。AdeN 作为阻遏物,在未知效应物存在时,无法结合 DNA 靶标,使 adeIJK 转录进行。AdeN 和 AdeIJK 在核心基因组中高度保守,对鲍曼不动杆菌的生存至关重要。AdeIJK 表达受多种因素影响,如插入序列(IS)元件可破坏 adeN 或其靶位点,导致 AdeIJK 表达增加;H - NS、DksA 等也参与其调控1213。
- AdeFGH 的调控:AdeL 是 AdeFGH 的局部转录控制器,属于 LysR 型调节器。AdeFGH 通常在鲍曼不动杆菌中维持低水平表达,但在对替加环素和氟喹诺酮耐药的临床分离株中会过表达。AdeL 作为阻遏物,其 C 末端或预测的配体和 DNA 结合结构域的突变可导致 AdeFGH 表达增加。此外,SoxR 是影响 AdeFGH 表达的唯一全局调节因子,起负调控作用1415。
RND 外排泵调控与临床的关系
突变导致 RND 泵低水平上调虽不一定与临床显著耐药相关,但突变亚群可能对抗生素具有持续性或耐受性,并可能通过未知机制发展为临床相关耐药。调节因子突变影响外排基因表达,进而影响感染相关表型,如生物膜形成。因此,通过调节外排泵调节因子来控制鲍曼不动杆菌的毒力具有现实意义1617。
针对 RND 转录调节因子的抗菌策略
可以通过多种策略操纵 RND 外排泵的调节系统,如使用小分子或寡核苷酸破坏调节因子功能,根据靶向泵的不同,下调激活剂控制的 AdeAB (C),或上调阻遏物控制的 AdeIJK 和 AdeFGH。还可以利用效应物或其类似物干扰调节因子正常功能,或使用针对调节元件的抑制剂。此外,操纵调节因子使 RND 外排泵过表达,结合阻止应激诱导的代谢途径转变,或利用 “ collateral sensitivity”,有望成为对抗 AMR 的策略1819。
面临的挑战
目前,针对外排泵调节元件作为潜在治疗干预措施面临诸多挑战。对这些复杂调控机制了解有限,难以实现对每个调节因子的最佳激活或抑制;调控网络复杂冗余,干扰一条途径可能无法有效抑制细菌,还可能导致其他细菌功能失调和患者毒性;组合疗法中,确保分子正确比例到达感染部位至关重要,且该方法高度依赖菌株;细菌还可能对调节蛋白抑制剂产生耐药性2021。
未来展望
未来需鉴定高度保守的 RND 外排泵转录调节因子,详细阐明其动态、结构和效应物,开发广谱抑制剂。目前对这些调节因子独立于外排泵表达的作用研究严重不足,利用计算和体内模型有助于全面了解其作用,这将为抗菌治疗开辟新途径22。