囊性纤维化微环境重塑白念珠菌致病性：从定植到侵袭的转化

《npj Biofilms and Microbiomes》：Beyond colonization: Candida albicans exhibits substantial pathogenic potential in cystic fibrosis environments

本研究针对囊性纤维化(CF)患者气道中白念珠菌(C. albicans)的致病性被低估的问题，通过整合体外模拟CF环境(SCFM2)和新型CFTR缺陷斑马鱼体内模型，揭示了CF临床分离株在CF相关营养和气体条件下表现出更强的菌丝形成、生物被膜形成及抗真菌药物敏感性降低。研究证实CFTR缺陷增强了宿主对白念珠菌感染的易感性，并伴随毒力因子candidalysin(ECE1)表达上调，为CF相关真菌感染的临床管理提供了新的理论依据和药物筛选平台。

　　

在囊性纤维化(CF)患者的气道中，除了臭名昭著的铜绿假单胞菌等细菌外，还常常能检测到一种名为白念珠菌(Candida albicans)的真菌。长期以来，白念珠菌在CF中的角色被严重低估，它通常被视为一种无害的“过客”或定植菌，而非导致疾病进展的“元凶”。然而，越来越多的临床证据表明，CF患者气道中白念珠菌的持续存在与肺功能下降、住院时间延长等不良预后密切相关。这不禁让人思考：在CF患者独特的、充满粘稠痰液和炎症的肺部微环境中，白念珠菌是否真的“安分守己”？它是否具备从“定植”转变为“侵袭”的潜力，从而加剧肺损伤？

为了回答这个关键问题，来自贝尔格莱德大学分子遗传与基因工程研究所的Natasa Radakovic、Nikola Plackic和Aleksandar Pavic*等研究人员开展了一项深入的研究。他们利用从CF患者痰液中分离的临床菌株，结合模拟CF肺部环境的体外模型和新型的体内感染模型，系统性地评估了白念珠菌在CF环境下的致病潜力。该研究于2025年12月6日在线发表于《npj Biofilms and Microbiomes》杂志，题为“Beyond colonization: Candida albicans exhibits substantial pathogenic potential in cystic fibrosis environments”。

关键技术方法

本研究采用了多层次的实验策略。首先，研究人员从CF患者痰液中分离并鉴定了6株白念珠菌临床分离株。在体外实验中，他们使用模拟CF痰液成分的合成囊性纤维化培养基(SCFM2)以及不同气体环境(常氧、高CO₂、低氧)来评估菌株的生长、菌丝形成、生物被膜形成能力以及对抗真菌药物制霉菌素(nystatin)的敏感性。在体内实验中，他们建立了一个新型的CF感染模型，通过注射吗啉寡核苷酸(Morpholino)敲低斑马鱼胚胎的CFTR基因表达，模拟CF宿主环境，并利用该模型评估了白念珠菌的致病性、毒力因子candidalysin(由ECE1基因编码)的表达情况以及药物的体内疗效。

研究结果

CF模拟环境支持白念珠菌的生长和菌丝形成

研究人员首先发现，在模拟CF痰液的SCFM2培养基中，所有临床分离株均能形成菌丝，且菌丝长度和生物被膜生物量均显著高于其他标准培养基。这表明CF肺部的营养环境(富含氨基酸和N-乙酰葡糖胺GlcNAc)是白念珠菌菌丝形成和生物被膜形成的强效诱导剂。此外，气体环境也显著影响了真菌的行为。在SCFM2中，低氧环境比常氧环境更能促进菌丝形成和聚集，形成类似“簇状”的结构，这种形态与CF肺部常见的缺氧微环境更为相关。

CF模拟环境降低了白念珠菌的药物敏感性

一个关键的发现是，CF环境本身会降低白念珠菌对抗真菌药物的敏感性。在SCFM2中，制霉菌素对临床分离株的最低抑菌浓度(MIC)比在标准RPMI培养基中高出4倍。更令人担忧的是，低氧环境进一步加剧了这种耐药性。在SCFM2低氧条件下，制霉菌素对某些菌株的MIC甚至超过了4 μM。这意味着，在CF患者肺部缺氧的微环境中，标准体外药敏试验可能会严重高估药物的疗效。

CFTR缺陷增强了宿主对白念珠菌感染的易感性

为了在体内验证白念珠菌的致病性，研究人员开发了CFTR缺陷的斑马鱼胚胎模型。结果发现，与CFTR正常的胚胎相比，CFTR缺陷的胚胎在感染白念珠菌后死亡率显著升高，且菌丝侵袭和上皮组织穿透更为严重。这表明CFTR在宿主防御白念珠菌感染中扮演着保护性角色，CFTR缺陷会增强宿主对白念珠菌的易感性。

CFTR缺陷环境中白念珠菌毒力增强，candidalysin表达上调

为了探究白念珠菌在CFTR缺陷宿主中致病性增强的机制，研究人员构建了ECE1:GFP报告菌株。他们发现，在CFTR缺陷的斑马鱼胚胎中，白念珠菌的ECE1基因表达显著上调，表明其产生的毒素candidalysin增多。此外，敲除ECE1基因的突变株在感染斑马鱼时，其致死性显著降低，直接证明了candidalysin在CF宿主环境中是关键的毒力因子。

CFTR缺陷环境降低了抗真菌药物的体内疗效

最后，研究人员在斑马鱼模型中评估了制霉菌素的治疗效果。结果显示，虽然制霉菌素能提高感染胚胎的存活率，但其在CFTR缺陷胚胎中的疗效明显低于在CFTR正常胚胎中。这表明，CFTR缺陷不仅增强了宿主对感染的易感性，还可能损害了宿主对抗真菌治疗的反应能力。

结论与讨论

本研究通过整合体外模拟和体内验证，提供了强有力的证据，将白念珠菌重新定位为CF肺部疾病中一个活跃的致病贡献者。研究揭示了CF肺部独特的营养和气体微环境如何重塑白念珠菌的生物学行为，使其表现出更强的菌丝形成、生物被膜形成能力和抗药性。更重要的是，研究首次在体内证明，CFTR缺陷的宿主环境不仅增强了白念珠菌的致病性，还伴随着关键毒力因子candidalysin的表达上调，并可能削弱了抗真菌治疗的疗效。

这些发现具有重要的临床意义。它们挑战了白念珠菌在CF中仅为“无害定植”的传统观点，强调了在评估抗真菌药物疗效时，必须考虑CF相关的营养和气体微环境。此外，新建立的CFTR缺陷斑马鱼感染模型为深入研究CF宿主-真菌相互作用、筛选新型抗真菌和抗毒力药物提供了一个强大的平台。未来，针对白念珠菌菌丝形成和candidalysin介导的上皮损伤的靶向治疗策略，可能为管理CF相关的真菌并发症提供新的希望。