耳念珠菌通过形成巨脂滴(gLDs)在恶劣环境中存活的机制研究

【字体: 时间:2025年05月23日 来源:Communications Biology 5.2

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  为探究耳念珠菌(Candida auris)环境持久性及致病机制,研究人员聚焦其细胞内巨脂滴(gLDs)。发现 gLDs 可增强菌株对环境压力、抗真菌药物及宿主抗菌肽的耐受性,伴随细胞壁重塑,揭示其适应压力的新策略。

  耳念珠菌(Candida auris)作为一种新兴的耐药真菌病原体,自 2009 年在日本首次被报道以来,已迅速蔓延至全球六大洲超 50 个国家,成为严重威胁公共卫生的 “超级真菌”。其不仅能在人体皮肤和医疗环境表面长期存活,导致医院内感染的快速传播,还对消毒剂、干燥、高温和高盐等恶劣环境具有极强的耐受性,且引发的血流感染往往伴随较高的患者死亡率。然而,关于其独特的环境持久性、传播能力及在宿主中存活的潜在机制,长期以来却并不明确。在此背景下,复旦大学等机构的研究人员开展了相关研究,试图揭开耳念珠菌适应恶劣环境的神秘面纱,该研究成果发表在《Communications Biology》。
研究人员主要运用了荧光显微镜、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、脂质组学、转录组学(RNA-seq)、动物感染模型(小鼠外耳感染模型、系统性感染模型)等技术方法。样本涉及不同遗传进化枝的耳念珠菌临床分离株,包括 BJCA001(clade I)、CBS 12373(clade II)、RICU2(clade III)和 AR0386(clade IV)等。

耳念珠菌在营养贫瘠培养基及医疗用品表面形成巨脂滴


研究发现,耳念珠菌在营养贫瘠的 Kleyn 培养基及模拟医院环境的水琼脂培养基、医疗用品(如口罩、手套、硅胶等)表面培养时,无论是单倍体还是二倍体细胞,均可形成巨脂滴(gLDs)。通过 BODIPY 493/503 染色和透射电子显微镜观察证实,这些类似孢子的结构确为巨脂滴,且含 gLDs 的细胞常伴有细胞壁增厚,其中几丁质含量显著增加。不同遗传进化枝的临床分离株均能形成 gLDs,表明这是耳念珠菌的普遍特征,且营养压力是诱导 gLDs 形成的重要因素。

含巨脂滴的耳念珠菌细胞经历细胞壁重塑及外层脱落


扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察显示,含 gLDs 的耳念珠菌细胞存在 detached 细胞壁结构,表明其在形成 gLDs 的同时伴随细胞壁的重塑和 / 或重建。这种细胞壁的变化是否与细胞存活或免疫反应相关,仍有待进一步研究。

醋酸钠促进耳念珠菌巨脂滴形成


通过对 Kleyn 培养基成分的分析,发现醋酸钠(NaAc)可通过乙酰辅酶 A 和三羧酸(TCA)循环促进脂质合成,从而诱导 gLDs 形成,而磷酸二氢钠(NaH?PO?)则对 gLDs 形成有强烈抑制作用。这一发现为调控 gLDs 形成提供了关键线索。

巨脂滴增强耳念珠菌在体外压力条件下的生存能力


在硅胶、医疗胶带、口罩、手套等医疗用品表面,含 gLDs 的耳念珠菌细胞存活率显著高于不含 gLDs 的细胞。在 37°C 和 42°C 高温条件下,以及面对抗真菌药物两性霉素 B(AmB)和人类抗菌肽 LL-37、PACAP 时,含 gLDs 的细胞也表现出更强的耐受性,进一步证明 gLDs 在提升耳念珠菌环境适应能力中的重要作用。

含巨脂滴的耳念珠菌在动物模型中表现出更强的组织定植能力


在小鼠系统性感染模型中,含 gLDs 的单倍体细胞在脑、肝、脾、肺、肾等多种组织中的真菌负荷显著高于不含 gLDs 的细胞,二倍体细胞在脑等组织中也有类似趋势。在新生小鼠背部皮肤感染模型中,含 gLDs 的细胞同样表现出更强的皮肤定植能力,表明 gLDs 与耳念珠菌的致病性密切相关。

脂质组学和转录组学分析揭示巨脂滴相关的代谢变化


脂质组学分析显示,含 gLDs 的细胞中三酰甘油(TAG)、固醇酯(SE)、脂肪酸(FA)、甘油酯(GL)、鞘脂(SP)、固醇脂(ST)等脂质水平显著升高,而含多不饱和脂肪酸的磷脂(PUFA-PL)水平较低。转录组学分析则发现,1006 个(单倍体)和 791 个(二倍体)基因在含与不含 gLDs 的细胞中差异表达,涉及脂质合成(如 ACS1、DGA1、ARE2)、线粒体代谢、细胞壁合成(如 KRE9、CHS2、CHS3)、铁代谢等多个通路。其中,参与 TAG 和 SE 合成的关键酶基因表达上调,线粒体代谢相关基因(如 MCU1、CIT1、SDH2)缺失则会抑制 gLDs 形成,表明脂质合成和线粒体代谢是 gLDs 形成的重要调控途径。

结论与讨论


本研究首次揭示了耳念珠菌通过形成巨脂滴(gLDs)这一独特策略适应恶劣环境。gLDs 不仅作为脂质储存库,还通过调节细胞壁重塑、脂质代谢和线粒体功能,增强菌株对环境压力、抗真菌药物及宿主免疫防御的耐受性,从而促进其在医院环境中的传播和致病。研究还发现,gLDs 的形成与细胞内乙酰辅酶 A 依赖的脂质合成途径及线粒体代谢密切相关,相关基因突变会显著削弱耳念珠菌的生存和定植能力。这些发现为深入理解耳念珠菌的 “超级耐药” 机制提供了新视角,也为开发针对其环境传播和感染的新型防控策略(如靶向脂质代谢通路)奠定了基础。未来,进一步探究 gLDs 与细胞壁重塑的具体关联,以及其在不同宿主微环境中的调控机制,将有助于更全面地揭示耳念珠菌的致病奥秘,为临床应对这一全球性公共卫生挑战提供关键科学依据。

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