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本文综述鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）群体感应（QS）系统及核苷酸第二信使（NSMs）研究进展，探讨其作为新型抗菌药物靶点的前景，为应对多重耐药菌株威胁提供新思路。
1. 引言
鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）是医院感染的重要病原菌，具有形成生物膜、感染宿主、抗生素耐药和耐受消毒剂等能力，给全球公共卫生带来严重威胁。世界卫生组织（WHO）将碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌（CRAB）列为全球优先考虑的 “关键” 病原菌。其耐药机制主要包括产生 β- 内酰胺酶（尤其是碳青霉烯酶）、外排泵排出抗生素以及抗生素靶位点改变等。
群体感应（QS）是细菌根据种群密度协调基因表达的机制，可同步调控毒力因子产生、生物膜形成和运动活性等行为。已发现多种 QS 信号分子，如 N - 酰基 - L - 高丝氨酸内酯（AHLs）、扩散信号因子（DSF）家族信号、自诱导剂 - 2（AI-2）等。核苷酸第二信使（NSMs）在监测外部环境信号和促进细胞快速反应中起关键作用，可调节包括感染和疾病相关的多种生理功能，如 3',5'- 环核苷单磷酸（3',5'-cNMPs）、2',3'- 环核苷单磷酸（2',3'-cNMPs）、双（3',5'）- 环二腺苷单磷酸（c-di-AMP）等。
鲍曼不动杆菌的致病成功与其先进的调控机制密切相关，尤其是 QS 和 NSM 信号系统。本文综述这些信号系统在增强鲍曼不动杆菌致病性中的作用，重点关注其在协调毒力和环境适应中的机制，并探讨靶向这些调控系统的应用潜力。
2. 鲍曼不动杆菌的毒力决定因素
鲍曼不动杆菌是重症监护病房（ICUs）内主要的医院感染病原菌，可引起呼吸机相关性肺炎（VAP）、血流感染、尿路感染、伤口感染和脑膜炎等多种感染。其毒力因子可分为以下几类：
- 细胞相关毒力因子：如脂寡糖（LOS）、荚膜、外膜蛋白（OMP）等。
- 黏附和生物膜形成相关毒力因子：如 Csu 菌毛、IV 型菌毛（TFP）、鲍曼不动杆菌三聚体自转运黏附素（Ata）、生物膜相关蛋白（BAP）和生物膜样蛋白（BLP1 & BLP2）等。
- 运动相关毒力因子：如 TFP、LOS 和 K1 荚膜等。
- 其他毒力因子：如分泌系统（T1SS、T2SS、T5SS 和 T6SS）、微量营养获取系统和外膜囊泡（OMVs）等。
3. 鲍曼不动杆菌中的群体感应（QS）系统
鲍曼不动杆菌的多重耐药性和高致病性使其成为难以治疗和控制的病原菌，QS 在其多重耐药性、生物膜形成和毒力中起重要作用。QS 回路通常包括信号分子合成、信号分子释放到细胞外环境、受体检测信号分子以及调节靶基因表达等阶段。
3.1 AHL 群体感应信号
AHL 信号回路是鲍曼不动杆菌 QS 系统的关键组成部分，由信号合酶 AbaI 和相应受体 AbaR 组成，类似于其他革兰氏阴性菌中的经典 LuxI/LuxR 系统。AbaI 由abaI基因编码，负责产生 AHL 信号分子。abaI基因起始密码子上游 67 个碱基对处的假定lux盒序列（CTGTAAATTCTTACAG）作为结合位点，启动正反馈回路，增强 AHL 的产生。鲍曼不动杆菌分泌中长链 AHL（C6 至 C14），如致病菌株 M2 在 AbaI 调控下主要产生 3-OH-C12-HSL，还检测到其他五种 AHL。AbaI/AbaR 系统可调节鲍曼不动杆菌的生物膜形成能力和运动性，并参与调控多种毒力因子，如 OmpA、AdeFGH 外排泵、PNAG 和 I 型菌毛等。
3.2 吲哚群体感应信号
除了基于 AHL 的 QS 系统，鲍曼不动杆菌还利用吲哚 QS 系统调节其生物学功能。在 ATCC 17978 菌株中发现该系统的两个关键组件：酶 AbiS 和受体 AbiR。abiS基因编码负责合成吲哚信号的酶，AbiR 作为吲哚受体，包含 REC 结构域和螺旋 - 转角 - 螺旋（HTH）结构域。吲哚与 AbiR 的 IBR 结构域结合，而非传统的 REC 结构域，氨基酸 Y209 和 H266 在结合相互作用中起关键作用。吲哚结合增强 AbiR 对靶基因启动子的亲和力，从而调节基因表达。吲哚群体感应系统是 ATCC 17978 菌株生理过程和毒力调控的组成部分，其产生的吲哚信号通过抑制铜绿假单胞菌的 QS 系统和 III 型分泌系统（T3SS），降低其竞争适应性。
3.3 破坏 QS 信号作为潜在治疗策略
鉴于 QS 在鲍曼不动杆菌致病性中的关键作用，靶向 QS 系统已成为开发新型抗菌疗法的有前途策略。QS 干扰旨在破坏 QS 信号通路，降低生物体的毒力而不是杀死它们，从而降低耐药性发展的可能性。群体淬灭（QQ）的有效策略包括靶向 QS 信号的合成和 QS 信号本身，如某些 LuxI 型合酶的酶活性可被终产物、反应中间体或底物类似物抑制。MomL 是一种 AHL 内酯酶，可促进 AHL 信号的降解，从而影响鲍曼不动杆菌的生物膜形成。另一种方法是开发小分子群体感应抑制剂（QSIs），旨在阻碍 QS 信号分子与其各自受体之间的相互作用，或破坏 QS 调节的基因激活。这些 QSIs 可包括 QS 信号类似物、受体抑制剂或合酶抑制剂，可来自天然来源或合成化合物。例如，棕榈油酸（PoA）和肉豆蔻油酸（MoA）降低调节因子 AbaR 的表达，随后导致 AHL 信号的生物合成减少。许多天然植物提取物具有 QQ 能力，可有效抑制鲍曼不动杆菌的 QS 信号。骨科植入物涂覆的异配螯合钯（II）配合物可抑制 AbaI/AbaR QS 系统和生物膜形成。黄酮类化合物（甘草亭、甘草苷和甘草素）通过抑制 AbaI 的表达表现出 QQ 活性。最近的研究表明，鼠尾草酚通过干扰吲哚介导的 QS 系统减弱鲍曼不动杆菌的毒力，其通过与 AbiR 结合减弱 AbiR 对靶基因转录的调节影响，随后抑制 AbiR 与靶基因启动子的结合，导致生物膜形成、运动性和细胞毒性降低。
4. 鲍曼不动杆菌中的核苷酸第二信使（NSMs）
NSMs 作为细胞内信号传递环境信号或细胞刺激，在所有活细胞中作为感觉输入和调节输出之间的中介。在鲍曼不动杆菌中，已鉴定出几种核苷酸第二信使分子，包括 3',5'-cAMP、c-di-GMP 和 (p) ppGpp，这些信号系统通过调节这些信号的浓度和影响效应蛋白的功能，显著影响鲍曼不动杆菌的生理和毒力。
4.1 c-di-GMP 信号
c-di-GMP 在细菌的多种性状调节中起重要作用，包括从生物膜形成到运动性的转变、急性与慢性毒力、共生与共栖以及细胞分裂与分化等。它由含有 GGDEF 结构域的二鸟苷酸环化酶合成，催化两个 GTP 分子缩合形成 c-di-GMP，释放焦磷酸。然后该分子被含有 EAL 结构域或 HD-GYP 结构域的磷酸二酯酶降解，分解为两个 GMP 分子或 pGpG。对 ATCC 17978 基因组的生物信息学分析揭示了 12 个编码 c-di-GMP 代谢蛋白的候选基因，特别是 GGDEF/EAL 结构域蛋白，其中 A1S_1695、A1S_2506、A1S_3296 和 A1S_1254 是主要的 c-di-GMP 代谢酶。A1S_1254 的缺失导致 c-di-GMP 水平升高，而 A1S_1695、A1S_2506 和 A1S_3692 的缺失导致 c-di-GMP 水平降低。体外酶活性测定表明，A1S_1695、A1S_2506 和 A1S_3692 可催化 GTP 转化为 c-di-GMP，A1S_1254 可将 c-di-GMP 降解为 GMP。表型和毒性测定结果表明，这些关键蛋白的缺失显著影响生物膜形成、运动性和细胞毒性。
最近，在 ATCC 17978 中鉴定出一种新的 c-di-GMP 效应器 EF-P（A1S_2419），其控制多种生物学功能，包括生物膜形成、运动性和毒力。具体而言，EF-P 调节含有连续脯氨酸的靶蛋白的翻译效率，c-di-GMP 的结合进一步增强其促进翻译效率的能力。因此，EF-P 作为 c-di-GMP 的独特传感器和效应器，能够将细胞内 c-di-GMP 信号整合到翻译机制中，以调节鲍曼不动杆菌的生理和毒力。
4.2 3',5'-cAMP 信号
3',5'-cAMP 是一种普遍存在的第二信使，是细菌生理学的关键调节因子，调节从碳代谢到毒力的多种细胞过程。鲍曼不动杆菌中 3',5'-cAMP 信号分子的细胞内浓度部分受cpdA基因产物的控制，cpdA基因是一种对 3',5'-cAMP 降解至关重要的磷酸二酯酶。先前的研究表明，3',5'-cAMP 在鲍曼不动杆菌气 / 液界面生物膜样结构（称为菌膜）的形成中起重要作用。
最近有报道称，3',5'-cAMP 在多重耐药临床分离株 AB5075 的致病性中起关键调节作用。通过高通量筛选方法鉴定新型生物膜调节元件，研究人员发现了一种以前未表征的腺苷酸环化酶（AC）酶，命名为 CavA，其负责鲍曼不动杆菌中 3',5'-cAMP 的合成。进一步研究揭示 VfrAb，一种类似于铜绿假单胞菌 Vfr 的蛋白质，是 3',5'-cAMP 的关键受体。通过差异 RNA 测序（dRNA-seq），证实 CavA 通过影响 Csu 菌毛和胞外多糖的产生，作为生物膜形成的负调节因子。该研究还提供了新的证据，表明 3',5'-cAMP 在鲍曼不动杆菌的 hierarchical 信号级联中占据中心位置，该级联通过调节 AHL QS 和 c-di-GMP 系统，调节细菌间和细菌内的通信，最终影响体内毒力和适应性抗生素耐药性。与其他细菌物种中 3',5'-cAMP 和 c-di-GMP 水平反向调节的既定范式不同，该研究揭示了鲍曼不动杆菌中这些第二信使水平呈正相关的独特情况。
4.3 (p) ppGpp 信号
(p) ppGpp，也称为 “警报素”，是在响应各种应激条件（如营养物质（碳、脂肪酸、磷酸盐、铁和氨基酸）缺乏）时合成的，由 RelA 或 SpoT 蛋白催化，它们都是 RSH 超家族的成员。RelA 使用 ATP 和 GDP/GTP 合成 (p) ppGpp，而 SpoT 具有弱合成酶活性和强水解酶活性，降解 ppGpp。(p) ppGpp 对细胞过程，尤其是转录有深远影响，它与 DksA 蛋白相互作用以调节 RNA 聚合酶（RNAP）活性，从而影响转录。此外，(p) ppGpp 降低 σ70 因子对 RNAP 的亲和力，促进替代 σ 因子的结合。这些调节机制使鲍曼不动杆菌能够通过重新编程其转录组并调整其生长速率和翻译来适应应激条件。
Pérez-Varela M 等人报道，AB5075 中的 RelA 同源物 ABUW_3302（RelAAb）被鉴定为负责合成 (p) ppGpp 信号的酶，并已被证明在其生理和毒力调节中起关键作用。此外，RelAAb对编码 LysR 型调节因子的ABUW_1132的转录起抑制作用，ABUW_1132 对abaR的转录起正调节作用，从而调节 AHL 信号系统。研究人员还证明了 ATCC 17978 中 (p) ppGpp 信号与抗生素敏感性之间的相关性。此外，(p) ppGpp 的缺失减弱了 ATCC 17978 的生物膜形成、运动性和毒力。这些发现共同将 (p) ppGpp 定位为通过 hierarchical 信号通路协调生理和毒力的多效性信号。
5. 总结与展望
由于鲍曼不动杆菌对多种抗生素的获得性耐药性，加上其高毒力和相关死亡率，该细菌在医院内引起的感染的发生率和严重程度已增加到令人震惊的水平。CRAB 已被 WHO 列为关键优先病原菌，需要紧急干预。最近的研究表明，QS 信号系统和 NSMs 在调节细菌生理、抗生素耐药性和毒力中起关键作用。
迄今为止，在鲍曼不动杆菌中已鉴定出两种 QS 系统：AHL 信号系统和吲哚信号系统，两者在调节细菌生理、生物膜相关耐药性和毒力中都至关重要。此外，已在鲍曼不动杆菌中鉴定出三种 NSMs，即 c-di-GMP、cAMP 和 (p) ppGpp，它们显著影响细菌的生理功能、生物膜相关耐药性和毒力。基于这些进展，通过破坏信号转导靶向这些信号系统以开发最终降低毒力和生物膜形成的新型药物，为开发新的抗菌策略提供了有希望的前景。
在许多细菌物种中，多个信号系统协同发挥关键调节作用。基于最近的发现，仍存在几个新问题：（i）鲍曼不动杆菌拥有两种 QS 信号系统和三种 NSMs，尚不确定该细菌是否拥有其他 QS 或 NSMs。（ii）先前的研究表明，除了通过 EF-P 直接调节含有连续脯氨酸的靶蛋白的翻译效率外，c-di-GMP 还对其他靶基因的转录发挥调节作用，但其他潜在的 c-di-GMP 受体蛋白的存在和作用有待进一步探索。（iii）尽管在阐明鲍曼不动杆菌的 QS 和 NSMs 方面取得了进展，但对其细胞内和细胞外信号系统之间的调控网络和相互作用的理解仍然有限。解决这些问题将为降低鲍曼不动杆菌的临床严重性提供更实质性的见解。
总之，尽管对抗鲍曼不动杆菌感染的挑战仍然巨大，但阐明其 QS 和 NSMs 的最新进展提供了有希望的前景。随着研究的进展，有必要进一步剖析该病原体的复杂调控机制，确定潜在的治疗靶点，并促进跨学科合作，设计创新的抗菌策略来控制鲍曼不动杆菌感染。
