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这篇综述聚焦白色念珠菌（Candida albicans）感染问题。阐述化学生物学工具在抗真菌研究中的应用，如筛选抑制剂、开发化学探针等。还探讨肠道微生物群衍生分子对白色念珠菌的影响，为开发新型抗真菌和抗毒力策略提供思路。
引言
白色念珠菌（Candida albicans）是人类最常见的真菌病原体之一，它通常寄居于人体胃肠道、阴道、皮肤和口腔等部位。在健康人体内，白色念珠菌作为共生菌群与数万亿肠道细菌和平共处；然而，一旦肠道微生物群失调或宿主免疫功能低下，它就可能引发致命的系统性感染。白色念珠菌的一个关键致病因素是其能够在酵母形态和菌丝形态之间转换，丝状菌丝形态与毒力基因的表达、宿主降解酶以及细胞溶解肽毒素相关，有助于它穿越肠道黏膜屏障进入血液，进而在宿主体内传播。因此，阻断白色念珠菌从酵母形态向菌丝形态的转变，有望成为对抗其感染的有效策略。
全球范围内，耐药真菌感染的日益流行以及临床有效抗真菌药物的稀缺，迫切需要探索新的治疗方法和策略。在寻找新型抗真菌和抗毒力化合物以及真菌替代药物靶点的过程中，化学生物学工具具有重要价值。本文将探讨利用化学生物学工具开展的抗真菌研究，这些研究为深入了解白色念珠菌的细胞过程提供了重要信息，同时还将讨论肠道微生物群中大量影响白色念珠菌在肠道内侵袭性生长的化合物，为开发新型抗真菌和抗毒力策略带来了机遇。
抗真菌药物研究的化学生物学进展
在抗真菌药物的发现和开发过程中，面临着诸多挑战。例如，难以找到既能选择性杀死真菌病原体又对人体无毒的化合物，而且真菌很容易产生耐药机制。为应对这些挑战，创新的化学生物学方法应运而生。
研究人员基于对白色念珠菌生存和毒力所必需的途径和靶点的深入了解，进行了全细胞筛选试验，旨在识别针对真菌细胞特定途径或靶点的化合物。与传统的生长抑制试验不同，基于特定途径的全细胞筛选在发现潜在抗真菌和抗毒力药物方面具有显著优势，它能够极大地简化后续对命中化合物作用机制的研究。比如，基于群体感应分子法尼醇（farnesol）抑制白色念珠菌菌丝生长的原理，研究人员设计了一种高通量筛选方法，成功发现了能够上调法尼醇产生的抗菌丝化合物，其中安替比林衍生物 H55 表现突出。此外，研究人员还通过筛选潜在外排泵底物（PEPs），并对其进行结构修饰，获得了对野生型和耐药型白色念珠菌均具有抗真菌活性的化合物。
化学探针作为选择性的小分子调节剂，在揭示蛋白质上的配体结合位点和药物靶点方面发挥着重要作用。例如，天然产物索德林（sordarin）具有独特的四环二萜糖苷结构，对念珠菌属（Candida spp）表现出强大的广谱抗真菌活性，它能够选择性抑制真菌蛋白质合成的延伸步骤，而对哺乳动物细胞无此作用。研究人员通过合成放射性索德林衍生物和含三氟甲基苯基二氮杂环丙烷的光亲和探针，分别确定了索德林在白色念珠菌延伸因子 2（EF - 2）上的结合位点以及黄芩素（BE）的靶蛋白为白色念珠菌烯醇化酶 1（Eno1）。此外，为了确定安替比林 H55 的细胞靶点，研究人员合成了光亲和 H55 探针，证实 H55 是真菌特异性酶 C - 24 甾醇甲基转移酶 Erg6 的变构抑制剂，具有治疗白色念珠菌感染的巨大潜力。
除了开发化学探针，无标记比较蛋白质组学也被用于阐明抗真菌化合物的作用机制和理解耐药性。例如，研究人员通过评估白色念珠菌在有无抗生物膜剂处理下的全球蛋白质丰度，揭示了该药物在抑制蛋白质翻译和改变细胞代谢方面的作用；对氟康唑耐药的白色念珠菌分离株进行比较和定量蛋白质组学分析，发现了其蛋白质表达谱的变化，为了解白色念珠菌对氟康唑耐药的逐步进化过程提供了重要线索。
抗真菌药物的亚细胞定位研究
深入了解抗真菌药物在真菌细胞内的亚细胞定位，对于全面探索其作用机制和优化治疗潜力至关重要。研究人员利用荧光标记技术，对多种抗真菌药物进行了研究。
基于氨基糖苷类（AG）抗菌剂的假寡糖结构，研究人员开发了具有固有荧光的抗真菌阳离子两亲性化合物，发现其在白色念珠菌细胞的细胞质中积累，并意外地引发细胞器解体。同样，具有抗真菌和抗生物膜活性的阳离子荧光肽（KW4）也定位于细胞质中，并与真菌 RNA 结合，但不破坏细胞膜完整性。此外，研究人员还将新型苯丙氨酸 - 硼 - 二吡咯亚甲基（Phe - BODIPY）氨基酸引入荧光抗菌肽的合成中，用于检测人尿液样本中的白色念珠菌，展示了这类荧光抗菌肽在真菌感染诊断中的应用价值。
唑类药物是常用的抗真菌药物，通过靶向白色念珠菌中的细胞色素 P450 酶来抑制麦角甾醇的合成。研究人员设计并合成了两种荧光唑类探针，发现它们定位于线粒体而非靶酶所在的内质网，这表明大部分药物活性可能无法到达白色念珠菌的细胞靶点。为了提高药物疗效，研究人员在唑类药效基团上安装内质网靶向基序，得到的内质网定位唑类探针对抗白色念珠菌和其他耐药念珠菌的活性显著增强，凸显了 “靶向细胞器定位” 在抗真菌药物开发中的重要性。通过对内质网靶向唑类药物的结构 - 活性关系研究，发现含咪唑的唑类衍生物抗真菌活性更强，但对哺乳动物细胞的毒性也更高；将唑类核心中的生物活性 1,2,4 - 三唑环替换为无毒的 1,2,3 - 三唑部分后，得到了无细胞毒性的内质网特异性荧光唑类探针，可用于研究活白色念珠菌细胞中的细胞器组织。
棘白菌素类是一类临床疗效高、毒性低的新型抗真菌药物，可抑制真菌细胞壁生物合成中的 β - 葡聚糖合酶（GS），但其详细的细胞机制和定位尚待阐明。研究人员开发了基于卡泊芬净（CSF）核心的荧光 CSF 探针，发现其通过能量依赖的内吞过程迅速积累在白色念珠菌的液泡中，且在棘白菌素耐药菌株中的摄取量明显高于敏感菌株，有望用于检测白色念珠菌的耐药性。然而，液泡积累可能并非探针抗真菌活性的原因，而是内吞作用导致膜周转的副产物。相比之下，其他棘白菌素药物如阿尼芬净（ANF）和瑞扎芬净（RZF）的荧光探针最初在酵母细胞表面（靶酶所在位置）积累，RZF 随后逐渐进入液泡。遵循 “靶向药物亚细胞定位” 原则，细胞表面靶向的 ANF 和 RZF 探针比液泡靶向的 CSF 探针具有更好的抗真菌效力和代谢稳定性。
现有抗真菌药物的结构优化
为了更好地应对抗菌耐药性问题，药物化学领域致力于优化现有抗真菌药物的化学结构，以提高其效力、选择性并减少副作用。
棘白菌素耐药通常源于靶酶 GS 的突变，导致与药物的结合亲和力降低，进而削弱唑类药物的效力。研究人员通过对棘白菌素生物合成相关酶的突变研究，发现其苄基羟基化步骤对抗真菌活性影响较小，为后续结构修饰奠定了基础。受此启发，研究人员探索去除棘白菌素中的苄醇结构，通过单步化学选择性氢化方法将 AZF 和 RZF 转化为其去羟基化衍生物，显著提高了对携带 GS 突变的耐药念珠菌菌株的杀伤能力，且未增加对哺乳动物细胞的毒性。
在优化唑类抗真菌药物方面，研究人员合成了一系列氟康唑 - 环氧化酶（COX）药物偶联物，发现这些偶联物对缺乏唑类靶酶 CYP51 的白色念珠菌突变体仍有一定作用，表明它们除了抑制麦角甾醇合成外，还存在其他作用机制。此外，药物偶联是将抑制剂输送到靶向细胞区室的有效方法，研究人员将线粒体靶向的三苯基膦阳离子（TPP+）或苯甲脒（BM）弹头与潜在外排泵底物（PEPSs）偶联，得到了能够在白色念珠菌线粒体中积累并诱导线粒体功能障碍的强效抗真菌和抗生物膜药物偶联物。
考虑到真菌细胞与哺乳动物细胞的相似性，抗真菌药物开发中需要重点关注对哺乳动物细胞的潜在毒性风险。基于结构的先导抗真菌化合物优化，通过扩展合成库，有望发现副作用最小化和 / 或效力增强的新型衍生物。例如，研究发现增加妥布霉素衍生的阳离子两亲性化合物脂肪酸链的不饱和度，对其抗真菌活性无显著影响，但可大大降低对哺乳动物细胞的毒性，从而提高选择性指数和治疗潜力。
肠道微生物群衍生分子对白色念珠菌的影响
白色念珠菌作为肠道共生真菌，与宿主肠道内的数万亿微生物密切相互作用。在正常情况下，它主要以良性酵母状态存在于肠道内，但在肠道菌群失调时，可能转变为菌丝形态。许多肠道微生物群衍生的分子和代谢物会影响白色念珠菌在宿主体内从酵母到菌丝的转变，揭示这些天然分子的特性和作用机制，可能为对抗白色念珠菌感染提供潜在的治疗策略。
肽聚糖片段（PGNs）是细菌肽聚糖聚合物在水解和非水解酶促降解过程中产生的可溶性片段，是多种生物界内和界间通讯的关键信号分子。研究发现，血清中的细菌 PGN 样分子是白色念珠菌菌丝生长的强效诱导剂，其中，胞苷酸环化酶 Cyr1 的富含亮氨酸重复（LRR）结构域能够识别并与 PGN 结合。以胞壁酰二肽（MDP）为模型 PGN 的研究存在局限性，因为它无法完全代表天然肠道微生物群衍生 PGN 的结构多样性和活性范围。研究人员从细菌细胞壁分离出的天然 PGN，其结构比典型的 MDP 更大、更复杂，促进白色念珠菌菌丝生长的效果更强。通过制备一系列带有不同功能基团（如光亲和、生物素和荧光标签）的 PGN 探针，研究发现天然 PGN 与白色念珠菌 Cyr1_LRR 的结合亲和力更高，从而导致更强的菌丝诱导活性。此外，PGN 探针通过能量依赖的内吞作用积累在白色念珠菌的液泡中，似乎并不与细胞内靶标 Cyr1 共定位，暗示 Cyr1 在细胞膜部分可能具有潜在功能。研究还发现，肠道微生物群释放的 PGN 在 β - 内酰胺相关念珠菌病中起着关键作用，这为合理选择抗生素以减少白色念珠菌感染提供了临床依据。
N - 乙酰葡糖胺（GlcNAc）是宿主中天然丰富的单糖衍生物，是真菌细胞壁几丁质、细菌肽聚糖聚合物的单体单元，也是多种哺乳动物聚糖的常见成分。在白色念珠菌中，GlcNAc 不仅可作为主要碳源，还能触发酵母 - 菌丝转变，对白色念珠菌在宿主中的共生与致病平衡具有重要影响。研究发现，细胞表面的 Ngt1 蛋白是白色念珠菌的专用 GlcNAc 转运蛋白，但 ngt1Δ/Δ 突变体在高浓度 GlcNAc 下仍能形成菌丝，表明可能存在其他低亲和力 GlcNAc 转运蛋白。化学生物学工具，如光活化单糖探针，可用于研究 GlcNAc 在白色念珠菌中的摄取、代谢和信号传导，目前相关研究仍有待进一步深入。
粘蛋白是覆盖在哺乳动物宿主湿润上皮表面黏液层的主要凝胶形成生物聚合物成分，在肠道微生物群环境中，宿主胃肠道的粘蛋白糖聚合物是宿主 - 微生物群相互作用的关键调节因子，能够有效抑制微生物感染和毒力。研究表明，猪胃来源的天然粘蛋白（MUC5AC）可抑制白色念珠菌菌丝生长、下调其菌丝特异性基因并阻止生物膜形成。进一步研究发现，粘蛋白的 O - 聚糖是介导抗白色念珠菌毒力作用的分子基序，但 O - 聚糖在白色念珠菌中的直接细胞靶点尚不清楚。开发 O - 聚糖基序的光亲和和荧光探针，将有助于深入研究其作用机制，同时探索肠道共生细菌对白色念珠菌发病机制的影响，也是一个极具吸引力的研究方向。
在自然肠道环境中，微生物为争夺有限的营养和资源相互竞争，许多细菌会分泌细菌素，抑制竞争菌株和物种的生长。白色念珠菌受到多种细菌素的影响，其中，粪肠球菌（E. faecalis）分泌的 EntV 可抑制白色念珠菌生物膜形成，并在体内模型中减少白色念珠菌感染。虽然获得 EntV 的 X 射线结构有助于确定其潜在的抗真菌候选片段，但由于化学合成产量低，获取 EntV 存在一定困难。研究人员开发了重组 EntV 的纯化方法，为后续机制研究提供了可能。此外，链球菌属（Streptococcus spp.）产生的 competence - stimulating peptides（CSPs）也对白色念珠菌的菌丝形成和生物膜产生影响，不同链球菌的 CSPs 序列不同，生物活性也存在差异。对 CSPs 进行化学优化，有助于深入了解其作为潜在抗白色念珠菌毒力剂的结构 - 活性关系。
法尼醇是白色念珠菌内源性释放的倍半萜醇群体感应分子，在高细胞密度下可抑制菌丝生长和生物膜形成。它通过干扰 Ras1 - cAMP 信号通路发挥作用，但其细胞靶点尚未明确。早期对法尼醇结构 - 活性关系的研究表明，微小的结构变化会显著影响其抗菌丝活性，暗示存在特定的法尼醇结合受体蛋白。研究人员制备了具有固有荧光的法尼醇类似物，该类似物仍保留大部分生物活性，并能标记白色念珠菌的细胞质和核膜。此外，含有小的正交手柄的法尼醇类似物可作为研究白色念珠菌作用机制的有用报告分子。
短链脂肪酸（SCFAs）由肠道内细菌发酵膳食纤维产生，在影响宿主健康方面发挥着重要作用，同时也调节肠道共生白色念珠菌的多个方面，如提供替代碳源、抑制真菌生长、限制酵母 - 菌丝形态发生以及调节白色念珠菌细胞表面免疫原性特征。例如，巴豆酸酯可显著降低白色念珠菌在巨噬细胞感染试验中的侵袭性生长和毒力，通过引起白色念珠菌的表观遗传变化，调节其酵母 - 菌丝形态发生和真菌 - 病原体相互作用。此外，不同的 SCFAs 对白色念珠菌细胞表面 β - 葡聚糖的暴露有不同影响，进而影响真菌 - 宿主相互作用。开发基于 SCFAs 的生物正交报告分子，有助于深入了解肠道细菌衍生 SCFAs 对白色念珠菌的影响机制。
结论与展望
化学生物学策略极大地加深了人们对抗真菌药物的理解，在药物的摄取与定位、细胞抑制靶点以及耐药机制等方面提供了更深入的见解。通过对药物结构的化学修饰和优化，获得了更高效、更具选择性的抗真菌衍生物。此外，肠道微生物群衍生分子在开发新型抗真菌和抗毒力药物方面具有巨大潜力，但目前尚未得到充分挖掘。未来，利用化学生物学工具进一步探索这些分子的作用机制，有望为解决白色念珠菌感染问题带来新的突破，开发出更有效的治疗策略。
