综述：小菌落变异体及其在生物膜相关感染中的作用

本综述系统探讨了小菌落变异体（SCVs）在慢性与生物膜相关感染中的关键作用，重点分析了其代谢与遗传适应性（如电子传递链突变）、表型切换机制及多重耐药性（如氨基糖苷类抗性）。文章整合了当前SCVs的病理生理学发现、新兴诊断技术（如MALDI-TOF MS、全基因组测序）及潜在治疗策略（如靶向c-di-GMP信号），强调了针对SCVs的干预在改善临床感染管理中的迫切性。

　　

2. 小菌落变异体的表型与基因型特征

小菌落变异体（SCVs）是一类生长缓慢、具有代谢缺陷的细菌亚群，通过改变代谢途径和基因表达适应恶劣环境。SCVs通常因电子传递链（ETC）相关基因（如hemB、menD、ctaA）突变导致能量合成受阻，生长速率显著降低。其菌落形态较小（直径0.5–1.5 mm），色素减少，溶血性和凝固酶活性下降，但生物膜形成能力增强。

2.1. 铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）

铜绿假单胞菌SCVs（如RSCV变体）因wspF基因突变导致c-di-GMP水平持续升高，促进胞外多糖（Pel和Psl）和胞外DNA（eDNA）的过度产生，形成坚固的生物膜结构。此外，ispA基因缺失（如12 bp缺失）会破坏法尼基焦磷酸合酶（FPPS）功能，影响泛醌合成，导致氨基糖苷类抗生素耐药性。yfiBNR操纵子的突变（如yfiN的Cys166突变）进一步通过调控c-di-GMP代谢增强生物膜形成。

2.2. 大肠杆菌（Escherichia coli）

大肠杆菌SCVs表现为菌落微小、需二氧化碳（capnophilic）生长，常见hemA、hemB、thyA等基因突变。例如，hemA基因的T426G突变导致苯丙氨酸被亮氨酸取代，引起血红素营养缺陷；cadB基因的C718T突变造成蛋白截短，影响赖氨酸摄取和酸抵抗能力；thyA突变则导致胸苷合成缺陷。这些突变共同导致SCVs代谢减缓、耐药性增强（如对头孢西丁耐药）和持久感染。

2.3. 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）

金黄色葡萄球菌SCVs通常因血红素或甲萘醌营养缺陷而生长缓慢。常见突变包括hemH基因的113 bp缺失（导致铁螯合酶功能丧失）和thyA基因的移码突变（引起胸苷营养缺陷）。SCVs下调agr系统，减少毒素（如α-溶血素）表达，但上调粘附素（如fnbA）和胶囊基因，增强生物膜形成和免疫逃逸。暴露于P. aeruginosa产生的HQNO可进一步通过SigB因子激活SCV表型。

2.4. 表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）

该菌SCVs呈现“煎蛋样”菌落，常见SERP1287基因移码突变（影响甘氨酸合成）和odhA错义突变（增加乙酸产量，诱导自溶和eDNA释放）。icaADBC操纵子表达上调，促进多糖粘附素（PIA）合成，增强生物膜稳定性。临床分离株49SCV还发现hemA基因多聚A tract缺失，导致血红素营养缺陷。

2.5. 鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）

鼠伤寒沙门氏菌SCVs的突变涉及glnA（谷氨酰胺合成酶）、ubiE（甲基转移酶）和aroD（芳香族氨基酸合成）等基因，导致代谢缺陷和运动性降低。但csgB（curli菌毛亚基）表达上调，增强生物膜形成和细胞内持久性。SCVs可通过回复突变（如ubiE、prfB补偿突变）恢复生长能力。

2.6. 其他重要生物膜形成病原体

肠球菌（Enterococcus faecalis）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）和鸟分枝杆菌（Mycobacterium avium）等也可形成SCVs，其表型通常由环境压力（如抗生素、氧化应激）诱导，并通过可逆的基因调控（如glpK移码突变）实现表型切换。

3. 小菌落变异体的毒力因子

3.1. 铜绿假单胞菌

SCVs上调aprA（碱性蛋白酶）、lecB（岩藻糖结合凝集素）和chiC（几丁质酶）等基因表达。aprA抑制补体激活，lecB增强粘附并抑制纤毛运动，chiC促进生物膜基质稳定。MexAB-OprM和MexXY-OprM外排泵过表达导致抗生素耐药性增强。

3.2. 大肠杆菌

SCVs携带毒力岛（PAIs），如PAI IV₅₃₆和PAI II_CFT073，编码P菌毛、α-溶血素和铁载体系统。lpxK基因过表达增强外膜稳定性，fes突变影响铁摄取，共同促进持久感染。

3.3. 金黄色葡萄球菌

SCVs通过下调agr系统减少毒素产生，但上调fnbA和胶囊基因，增强粘附和抗吞噬能力。代谢转向糖酵解，适应低氧环境，同时sigB调控子激活应激反应通路。

3.4. 鼠伤寒沙门氏菌

毒力因子表达减少（如鞭毛蛋白和SPI-1效应子），但生物膜相关基因（csgD、adrA、bapA）上调，增强环境持久性。突变基因（如lpd、hemL）支持细胞内生存。

3.5. 头状葡萄球菌（Staphylococcus capitis）

SCVs依赖icaADBC操纵子合成PIA，并表达多种粘附素（fnbA、clfA）。mecA基因介导甲氧西林耐药，norA/B/C外排泵导致氟喹诺酮耐药，cap基因增强免疫逃逸。

4. 形态变异体与生物膜相关感染

SCVs在囊性纤维化（CF）、人工关节感染（PJIs）、骨髓炎和血流感染中常见。其缓慢生长和表型切换导致临床漏检和治疗失败。例如，CF患者肺部SCVs（如S. aureus和P. aeruginosa共存）加速肺功能下降；心脏装置感染中SCVs引起持续性炎症和手术失败；骨感染中SCVs通过免疫逃逸导致慢性骨髓炎。

5. 结论与未来展望

SCVs是慢性感染的关键参与者，其代谢灵活性、遗传适应性和表型可塑性使它们能够逃避宿主免疫和抗生素治疗。未来需开发针对SCVs的特异性诊断工具（如分子标记和成像技术）和治疗方法（如代谢通路抑制剂或c-di-GMP信号调控剂），以改善临床预后。