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综述:研究真菌致病机制的模型系统
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月06日 来源:Current Clinical Microbiology Reports 3.1
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这篇综述系统梳理了研究真菌致病机制的多层次模型体系,从哺乳动物模型(小鼠、兔、豚鼠)到非哺乳类脊椎动物(斑马鱼)、无脊椎模型(线虫、果蝇、大蜡螟),以及体外细胞模型(上皮/内皮细胞、类器官、器官芯片)。重点探讨了这些模型在解析免疫缺陷宿主中侵袭性真菌感染(如念珠菌病、曲霉病、隐球菌病)的致病机制、宿主免疫应答(TLR/IMD通路、补体系统)及抗真菌药物筛选中的应用价值,为应对日益严峻的耐药真菌威胁提供了研究范式。
啮齿类动物尤其是小鼠(Mus musculus)因其与人类基因高度同源(85%的曲霉病研究采用小鼠模型),成为研究真菌-宿主互作的金标准。通过基因敲除技术发现,补体C3缺陷小鼠对烟曲霉(Aspergillus fumigatus)系统性感染高度敏感,而TLR2敲除会导致TNF-α和IL-12分泌减少,显著增加组织真菌负荷。免疫抑制小鼠模型(如环磷酰胺处理)成功模拟了临床常见情境,用于评估新型抗真菌药物如fosmanogepix对镰刀菌(Fusarium solani)的疗效,以及抗抑郁药舍曲林(sertraline)对耳念珠菌(Candida auris)的协同杀菌作用。
兔模型凭借其眼球结构与人类相似性,成为研究真菌性角膜炎(如白色念珠菌C. albicans引起)和隐球菌性脑膜炎的理想选择。中枢神经系统感染模型中,新型药物APX2039可使脑脊液真菌载量快速下降。豚鼠则因其皮肤结构与人类相似,被用于皮肤癣菌(如犬小孢子菌Microsporum canis)和唑类药物(如伏立康唑voriconazole)代谢研究。
上皮细胞模型揭示了白色念珠菌通过降低Toll样受体4(TLR4)表达抑制宿主免疫应答的机制。肠上皮细胞与微生物组的共培养系统显示,白色念珠菌分泌的念珠菌素(candidalysin)可破坏肠道屏障功能。肺泡上皮细胞A549研究证实,烟曲霉分生孢子通过劫持人类p11蛋白,将吞噬体重定向至非降解途径。
内皮细胞互作研究则发现,烟曲霉对血管内/外表面的侵袭机制存在差异:管腔面感染主要引起促炎反应(IL-6/IL-12/IFN-γ),而管壁面感染更易导致组织损伤。巨噬细胞系(如RAW 264.7)实验证实,颗粒体蛋白(progranulin)可通过增强对分生孢子的吞噬活性,减轻烟曲霉角膜炎的炎症反应。
器官芯片技术构建的"曲霉病芯片"整合了上皮、内皮和免疫细胞,实时显示卡泊芬净(caspofungin)可抑制菌丝生长并促进促炎因子释放。三维肺类器官模型则发现,铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)与烟曲霉共感染会引发强烈的中性粒细胞外渗。这些系统虽无法模拟多器官互作,但能精确控制微环境氧分压(5% CO2)、流体剪切力等关键参数。
斑马鱼胚胎(Danio rerio)的透明特性允许活体观察真菌扩散过程。研究发现,缺乏吞噬细胞的幼虫对烟曲霉脑室注射更敏感,而钙调磷酸酶抑制剂FK506会显著增加死亡率。比较感染实验显示,人类中性粒
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