表皮葡萄球菌临床分离株生物膜形成机制及多重毒力因子的协同致病作用研究

本研究系统解析了表皮葡萄球菌(S. epidermidis)临床分离株中生物膜形成(icaADBC/aap/bhp)与多重耐药(mecA/IS256)的分子关联，通过表型-基因型联合分析揭示PIA/PNAG多糖基质与蛋白组分(AtlE/Embp)在生物膜构建中的协同作用，创新性发现细胞表面疏水性(CSH)在非生物膜形成菌株的初始黏附中起关键作用，为医疗器械相关感染防治提供新靶点。

　　

1 引言

表皮葡萄球菌(S. epidermidis)作为皮肤共生菌，已成为医疗器械相关感染的主要病原体。其核心毒力因子生物膜通过降低抗生素效能和宿主免疫应答导致治疗失败。除经典的ica依赖型多糖细胞间黏附素(PIA/PNAG)通路外，ica非依赖型途径(如Aap/Bhp/Embp蛋白)在生物膜形成中的作用日益受到关注。本研究通过25株临床分离株和4株标准菌株的多维度分析，揭示不同毒力因子的协同网络。

2 材料与方法

研究团队从西班牙Badajoz大学医院获取临床菌株，采用PCR检测icaADBC/aap/bhp/mecA/IS256等12个毒力基因。通过结晶紫染色定量生物膜，结合血凝试验和点印迹分析PIA/PNAG表达。创新性应用分散素B(DspB)/高碘酸钠(NaIO₄)/蛋白酶K(PK)酶解实验解析生物膜组分，采用微生物黏附碳氢化合物法(MATH)测定细胞表面疏水性(CSH)，并建立体外聚苯乙烯/纤连蛋白(FN)黏附模型。

3 结果

3.1 基因特征

44%菌株携带icaADBC操纵子，其中78.5%共检出IS256。显著相关性显示：ica⁺菌株中aap(81.8%)、bhp(36.4%)、mecA(72.7%)的检出率显著高于ica^-组(p<0.05)。

3.2 生物膜异质性

表型-基因型分析发现：

• 10株ica⁺菌株中9株形成PIA/PNAG主导型生物膜，经DspB处理降解率达67-92%

• 2株ica^-菌株通过蛋白组分形成生物膜，PK处理使1758株生物膜减少59.5%

• 菌株2868呈现ica⁺但表型阴性，提示IS256可能通过表观遗传调控抑制ica表达

3.3 疏水性悖论

CSH测定揭示意外现象：非生物膜产生菌的疏水性(46.6%菌株>60%CSH)显著高于生物膜阳性组(21.4%)。扫描电镜(SEM)证实高CSH菌株HAM892在缺失胞外基质情况下仍保持强表面黏附。

3.4 耐药关联

icaADBC/IS256/mecA阳性菌株对β-内酰胺类/大环内酯类耐药率高达85%，且67%符合多重耐药(MDR)标准。Spearman分析显示IS256与耐药种类数显著相关(ρ=0.74)。

4 讨论

研究突破传统"ica操纵子=致病性"认知框架，提出三阶段致病模型：

1. 初始黏附阶段：高CSH菌株通过AtlE介导的疏水作用抢占表面生态位

2. 基质选择阶段：ica⁺菌转向PIA/PNAG保护性生物膜，而ica^-菌依赖Aap/Bhp蛋白支架

3. 耐药强化阶段：IS256促进基因组可塑性，与mecA共选育耐药克隆

5 结论

该研究首次系统证实CSH可作为非生物膜菌株的独立毒力标志，为医疗器械表面改性提供新思路。针对不同生物膜组分的精准酶解方案(DspB+PK联合)展现出临床转化潜力。后续研究将聚焦IS256对毒力基因的表观调控机制。