《Journal of Fungi》:Environmental and Host Stress Adaptation in Nakaseomyces glabratus: Antifungal Tolerance, Persistence, and Potential Links to Resistance Evolution
摘要:光滑念珠菌(Nakaseomyces glabratus,原名 Candida glabrata)是一种高优先级真菌病原体,具有显著的胁迫适应能力和明确的获得性抗真菌耐药性。本综述以批判性叙述的方式审视了环境与宿主施加的胁迫反应如何与抗真菌药物耐受性(tolerance)、持久性(persistence)、异质性耐药(heteroresistance)以及稳定耐药性(stable resistance)相互交织。研究人员通过针对性检索PubMed和出版商网站以及追溯引文至2026年9月5日来确定文献,优先选取主要机制研究和纵向临床研究。研究考察了Hsp90–钙调磷酸酶(calcineurin)信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞壁完整性(cell wall integrity)通路、Gcn2–eIF2α–Gcn4介导的翻译调控、线粒体功能、外排调控、基因组可塑性和染色质相关调控。实验证据表明,钙调磷酸酶调控棘白菌素(echinocandin)的耐受性和持久性;依赖细胞壁完整性的耐受性能影响耐药性的产生;在特定实验和体内条件下,高棘白菌素持久性与耐药群体的优先出现相关。异质性耐药是一种独特的群体状态,在该状态下可通过实验手段产生稳定耐药性。这些发现支持一个理论框架:胁迫响应的存活可能增加进化机会,但这并不意味着必然进展为耐药性。当代气候变化与光滑念珠菌抗真菌耐药性之间的直接因果关系尚未得到证实。未来的研究应检验在现实环境或宿主胁迫历史下,是否能可重复地改变不同菌株和临床环境下的后续耐药轨迹。
1. 引言
真菌疾病是全球健康的重要且仍未充分应对的问题。侵袭性真菌感染的治疗挑战因可用抗真菌药物类别有限、易感宿主群体扩大以及致病真菌对现有疗法敏感性降低或耐药性的出现和传播而被放大。世界卫生组织在其首份《真菌重点病原体清单》中将光滑念珠菌列为高优先级病原体,反映了其临床负担、固有和获得性抗真菌耐药性以及侵袭性感染治疗的困难。
光滑念珠菌在临床重要酵母菌中占据独特地位。尽管历史上被归入念珠菌属,但其在系统发育上与酿酒酵母的关系比与白色念珠菌更近。与白色念珠菌不同,光滑念珠菌不依赖真正的菌丝形态发生作为主要毒力策略。相反,其致病成功似乎主要取决于适应恶劣和快速变化环境的能力。在定植和感染过程中,该生物体会遇到营养限制、氧化和亚硝化应激、pH值和渗透压变化、发热温度、细胞壁扰动、免疫细胞攻击以及抗真菌药物暴露。在巨噬细胞内生存进一步需要适应严重的氧化应激和营养剥夺。这些特征使胁迫适应不仅是真菌生理学的组成部分,而且可能是持久性和致病适应性的潜在核心决定因素。
光滑念珠菌的适应能力由其高度可塑的转录反应支持。在热、渗透、氧化、基因毒性和细胞壁胁迫下的转录组学分析表明,约四分之三的基因组可能在至少一种胁迫条件下改变表达,而大量核心基因参与跨不同胁迫因子的共同适应性反应。这些发现表明,看似不同的环境挑战汇聚于相互关联的细胞程序,而非通过完全独立的途径进行管理。最近的证据进一步表明,翻译控制有助于这种适应结构:氧化应激和氨基酸饥饿激活Gcn2依赖性eIF2α磷酸化,减少全局翻译,并促进Gcn4介导的适应性恢复。总之,这些观察将光滑念珠菌描绘成一种致病适应性与其响应胁迫快速重编程细胞生理学能力密切相关的病原体。
重要的是,对一种环境挑战的适应可能会改变对其他挑战的反应。在反复高热胁迫下的光滑念珠菌实验进化产生了增强的热生存能力,并伴有对多种额外环境胁迫的交叉耐受性。在此过程中出现了涉及MAPK激酶CgSTE11的突变,而Hsp90活性对于增强的耐热表型是必需的。这些发现提供了原理证明,即环境适应可以重塑更广泛的胁迫反应网络,并产生超出原始选择压力的表型后果。
当次级胁迫因子是抗真菌药物时,这一概念变得有用。传统的抗真菌药敏方法主要集中于耐药性,通常将其理解为一种稳定且通常可遗传的药物敏感性降低,可通过最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)的变化检测到。在光滑念珠菌中,临床上重要的耐药机制包括Pdr1介导的三磷酸腺苷结合盒(ATP-binding cassette, ABC)外排转运蛋白激活和麦角固醇相关通路的改变(唑类耐药),以及涉及FKS1和FKS2热点区域突变的棘白菌素耐药。线粒体功能障碍、基因组可塑性和转录重连可能进一步影响耐药表型的获得或表达。染色质相关调控被视为另一个调节抗真菌敏感性的修饰因子。
然而,耐药性只是真菌群体对抗真菌压力的一种可能反应。越来越多的证据支持耐药性、异质性耐药、耐受性和持久性之间的区别。耐受性广义上描述了群体在抗真菌暴露期间存活或缓慢生长的能力,超出了常规药敏测量所能预测的范围,而不一定显示MIC的稳定增加。持久性代表在长期药物暴露期间一小部分表型亚群的存活,并可产生典型的双相杀伤动力学。这些状态在机制和概念上不同于稳定耐药性,但它们可能具有临床相关性,因为它们允许存活的真菌细胞在治疗期间持续存在。
这一区别在光滑念珠菌中变得尤为重要。氟康唑暴露的实验研究表明,耐受性和耐药性可以平行进化,而不是互换的表型。氟康唑耐受性受温度等环境条件的影响,并且至少部分依赖于Hsp90和钙调磷酸酶活性。这些发现将经典的胁迫反应机制直接与抗真菌生存联系起来,并表明仅通过生长抑制终点测量的药敏性可能无法捕捉真菌对药物压力反应的全部谱系。
最近出现了关于棘白菌素的证据。使用米卡芬净的高分辨率时间-杀菌实验证明了光滑念珠菌的双相杀伤,揭示了一个缓慢死亡的小群体,符合持久性表型。全基因组筛选确定了钙调磷酸酶信号及其上游调节因子是耐受性和持久性的主要决定因素,而药理或遗传预激活钙调磷酸酶显著增加了随后棘白菌素暴露期间的生存。相反,破坏该通路则减少了这两种表型。这些观察结果提供了细胞应激信号与抗真菌治疗期间生存之间的重要机制联系,并提出在药物暴露之前或期间经历的应激可能独立于传统耐药性影响随后的治疗反应。
该模型不应被解释为环境胁迫不可避免地导致临床抗真菌耐药性的证据。也不应利用日益增长的对气候驱动真菌适应的兴趣来暗示尚未经实验证明的因果关系。全球环境变化可以改变温度曲线、湿度、生态位、养分可用性、微生物竞争、污染物暴露以及人为异源物质和农业杀真菌剂压力。这些变化可能重塑真菌的选择景观,并可能有利于能够耐受多种胁迫的生物体或表型。热适应尤其受到关注,因为哺乳动物体温构成了许多环境真菌的重要屏障。然而,虽然气候相关的选择已被提出作为某些真菌病原体出现的重要因素,但从当代气候变化到光滑念珠菌抗真菌耐药性的直接因果途径仍未得到证实。
因此,相关问题可能更为微妙:对环境与宿主施加胁迫的适应能否产生随后促进抗真菌压力下生存的细胞状态或调控程序?对于光滑念珠菌,新兴证据表明这种可能性值得研究。Hsp90–钙调磷酸酶信号、MAPK通路、细胞壁完整性反应、翻译重编程、线粒体可塑性和药物反应网络的汇聚提供了一个生物学底物,通过该底物,不同的选择压力可能交汇。
在这篇批判性叙述综述中,我们研究了环境和宿主施加的胁迫适应如何与光滑念珠菌的抗真菌药物耐受性、持久性、异质性耐药和稳定耐药性相交织。我们首先从概念上和实验上区分这些表型,然后分析连接环境感知与抗真菌生存的主要胁迫反应通路。随后,我们评估了将表型适应与遗传稳定耐药性和染色质相关调控联系起来的证据,并评估环境变化可能影响这些过程的程度。最后,我们提出了一个可证伪的工作框架,并讨论了对药敏测试、临床管理、监测和未来实验研究的启示。与近期主要关注已建立的抗真菌耐药机制和信号网络的综述相比,本综述聚焦于先前环境或宿主应激、耐受性、持久性、异质性耐药和后续耐药出现之间未解决的进化界面,并将这些关系构建为一个可证伪的工作模型。
本综述的组织假设是一个适应性桥梁:应激条件下的存活可能延长抗真菌选择所需的时间和群体规模,从而在某些条件下增加进化机会。这是一个概率性的、可证伪的假设——并非声称耐受性、持久性或环境应激必然产生遗传稳定的耐药性。以下章节区分了已确定的机制、有实验支持的进化关联,以及连接先前非药物应激史与耐药轨迹的未经检验的因果步骤。
文献检索策略与范围
本文为批判性叙述综述,而非系统性综述。文献通过针对性检索PubMed、相关出版商的期刊网站以及向前和向后追溯引文至2026年9月5日确定。检索概念结合了“Candida glabrata”或“Nakaseomyces glabratus”与抗真菌耐药性、耐受性、持久性、异质性耐药、应激反应、钙调磷酸酶、Hsp90、MAPK、细胞壁完整性、氧化与氧化还原应激、硫氧还蛋白、Gcn2/eIF2α/Gcn4、线粒体、DNA损伤与复制应激、染色质与表观遗传调控、基因组可塑性、微进化、功能基因组学/Tn-seq、环境应激、气候变化和“一体化健康”(One Health)。优先考虑主要机制研究、纵向临床分离株研究、现行抗真菌药敏标准以及用于背景参考的最新高质量综述。仅在无同行评审等效文献时才保留预印本,并明确标识。由于本综述并非设计为系统或范围界定综述,因此未进行PRISMA流程图或正式偏倚风险评估。
证据强度根据研究设计、所测关系的直接性、生物学背景、跨实验系统的可重复性以及体内或纵向临床支持的可用性进行定性评估。该评估用于区分已证明的关系、情境依赖的关联和未经检验的假设,并非旨在作为正式的证据分级系统。
检索报告局限性:原始综述未前瞻性注册方案,也未保留完整的数据库导出检索日志、每次查询命中计数或筛选记录的流程。因此,此叙述性检索不能作为详尽的系统性检索重现。确切的检索字符串、查询日期和选择决策未保存在可审计日志中;因此,检索不应被描述为详尽或完全可重现。合格来源强调光滑念珠菌的主要机制和纵向证据、抗真菌药敏标准和直接相关的综述;非物种特异性研究仅用于明确标注的背景比较,而非作为直接证据。
2. 光滑念珠菌作为一种应激适应的机会性病原体
2.1. 以适应而非形态可塑性为中心的致病策略
光滑念珠菌代表了真菌致病性的一个不寻常模型。虽然因其临床表型历史上被归入念珠菌属,但光滑念珠菌在系统发育上更接近酿酒酵母而非白色念珠菌。这种进化地位反映在这些生物体的主要生物学差异上。最值得注意的是,光滑念珠菌不依赖构成白色念珠菌主要毒力决定因素的酵母-菌丝转变。相反,它作为机会性病原体的成功似乎主要取决于其在极其不利于微生物生长的条件下生存、持续和增殖的能力。
这一区别不仅仅是分类学上的。它表明应激适应本身应被视为光滑念珠菌致病适应性的核心组成部分。在从共生定植到侵袭性疾病的转变过程中,真菌细胞会遇到快速变化的温度、营养可用性、氧张力、pH值、渗透压、活性氧(reactive oxygen species, ROS)、活性氮、抗菌肽、免疫细胞攻击和药理压力。光滑念珠菌并非主要通过形态转化来逃避这些压力,而是依赖于协调的转录、翻译、代谢和信号反应来维持细胞稳态并允许持续生存。
这种适应能力的规模已通过转录组学研究变得更加清晰。暴露于热、渗透、氧化、基因毒性和细胞壁胁迫的光滑念珠菌的RNA测序分析表明,在所测试的胁迫条件下,大约75%的基因组参与了转录反应。重要的是,所有基因中约25%(1370个基因)形成了一个跨多种胁迫条件共享的共同适应性转录反应。该反应涉及广泛的调控重编程,涉及众多转录因子,并表明看似不同的环境侵害汇聚于部分共享的适应结构。
对这一估计的解释应保持明确的转录组学而非蛋白质组学性质:约75%的数字描述了汇总测试胁迫条件下的差异基因表达,而非单个暴露内四分之三基因的同时调控。该百分比绝不能解释为每个单独条件下表达变化的基因比例,也不能作为蛋白质组适应的直接证据。
这一观察具有重要意义。光滑念珠菌的应激反应不一定被概念化为由单个侵害独立激活的孤立通路。相反,它们似乎构成一个相互连接的网络,其中热、氧化、渗透、营养、细胞壁和药物诱导的信号可以汇聚、相互作用,并可能产生交叉保护。这种网络连通性为先前暴露于一种应激源可能改变后续暴露于另一种应激源时的真菌行为提供了合理的生物学基础。
2.2. 交叉胁迫适应:来自实验进化的证据
这一现象的一个明确实验证明来自高热胁迫下的适应性实验室进化。经受反复高温挑战的光滑念珠菌群体逐渐获得了增加的耐热性。进化的群体不仅在升高的温度下表现出改善的生存能力。它们还对几种不相关的环境挑战产生了交叉耐受性,包括氧化应激、酸性条件和有机溶剂。
全基因组重测序揭示了独立进化群体中CgSTE11的趋同突变。CgSte11是一种与应激感应和适应相关的信号网络中涉及的MAPK激酶。鉴定变异的实验重建证实,CgSTE11的改变既有助于增强的耐热性,也有助于针对其他胁迫因子的交叉耐受性。
Hsp90也是耐热表型所必需的:Hsp90的药理抑制阻止了亲本和适应菌株在高温条件下的生长。这些发现将MAPK信号和Hsp90介导的蛋白质稳态置于更广泛的适应网络内,而非特定的应激通路中。
这些实验表明,由一种环境胁迫施加的选择可以产生表型和遗传变化,从而改变对其他挑战的反应,为交叉胁迫适应提供了机制基础。
然而,对这些数据的解释需要谨慎。实验性高热适应不能被视为当代气候变暖正在自然或临床环境中选择抗真菌耐药性光滑念珠菌群体的直接证据。实验室进化中使用的温度和选择制度并未再现真实生态设置的复杂性。尽管如此,这些实验提供了热选择可以重塑应激反应网络并产生更广泛表型后果的机制原理证明。
2.3. 巨噬细胞作为一个天然的应激实验室
光滑念珠菌与巨噬细胞之间的相互作用为其应激适应的生活方式提供了生物学相关的证明。
吞噬作用后,真菌细胞进入一个以氧化攻击、营养限制、pH值改变、抗菌活性和主要代谢约束为特征的区室。对许多微生物来说,这种环境具有很强的杀菌性。然而,光滑念珠菌可以在巨噬细胞内生存,并在适当条件下进行细胞内复制,同时对宿主细胞造成相对有限的损伤。
早期研究表明,被吞噬的光滑念珠菌细胞经历瞬时氧化应激和碳饥饿。细胞内真菌细胞经历代谢重组,包括过氧化物酶体生物学的变化,而自噬和选择性过氧化物酶体吞噬(pexophagy)有助于长期吞噬过程中的生存。
随后的功能基因组筛选确定了在人单核细胞衍生巨噬细胞内生存所需的基因。这些决定因素与几个相互关联的过程有关,包括细胞壁生物合成、钙稳态、应激反应、营养获取、蛋白质糖基化和铁稳态。因此,细胞内生存不能归因于单一的毒力决定因素,而是同时管理多种应激的协调结果。
这种能力与持久性具有概念上的相关性。巨噬细胞可能不仅仅代表真菌必须逃逸的免疫区室。它可能潜在地充当一个瞬态保护生态位,在其中光滑念珠菌在代谢上适应恶劣条件的同时保持活力。因此,细胞内生存已被提议作为一种可能支持宿主生态位内持续存在的免疫逃避策略;这种对持久性的生态学使用不应与下文讨论的实验定义抗真菌持久性表型混淆。
最近的发现提供了额外的机制分辨率。光滑念珠菌在氧化应激和氨基酸剥夺期间表现出特别强的生存能力。在这些条件下,真菌通过Gcn2介导的eIF2α磷酸化抑制全局蛋白质合成。这种翻译抑制并非被动地关闭细胞,而是促进了选择性适应性重编程和转录因子Gcn4的激活。
GCN2或GCN4的缺失损害了对氧化和营养应激的适应,增加了细胞内ROS积累,并降低了巨噬细胞内的真菌适应性。因此,Gcn4连接了营养感应、氧化应激适应、翻译调控和宿主生存。这些发现将光滑念珠菌的应激反应结构扩展到经典的MAPK和Hsp90–钙调磷酸酶通路之外,并证明适应可以在多个调控水平上发生。
总的来说,这些观察支持致病适应性与应激适应之间的密切关系。同样的生理库是否实质性改变随后的抗真菌进化仍然是一个独立的实验问题。
宿主免疫压力不仅限于巨噬细胞。中性粒细胞募集、上皮屏障、补体活性、抗菌肽、营养免疫和局部炎症状况可以对真菌生存施加不同且有时重叠的限制。这些机制对光滑念珠菌的相对重要性取决于解剖部位、宿主免疫状态以及生物体是定植还是侵入组织。因此,来自巨噬细胞实验的机制证据不应在没有直接测试的情况下推广到所有免疫区室。
解剖生态位也存在显著差异。在胃肠道中,与常驻微生物群的竞争、营养可用性、胆汁相关暴露和粘膜免疫可能影响定植。泌尿道增加了尿液化学、渗透压变化、流动和导管相关表面;口腔将细胞暴露于唾液、微生物相互作用和上皮防御中。阴道环境呈现可变的酸度、激素和微生物背景,而皮肤则结合了干燥、盐分、温度变化和屏障免疫。这些是合理的生态位特异性选择压力,并非证明在任何单一生态位的定植会导致抗真菌耐药性。物种特异性证据仍然不均匀,不能假定相同的机制结论适用于每个部位。
应根据其实验设置解释部位特异性证据。在胃肠道中,一项小鼠结肠炎模型将光滑念珠菌细胞壁几丁质重塑与肠道炎症和微生物群落变化联系起来。在口咽部,一项小鼠共感染模型显示,光滑念珠菌舌部定植强烈依赖于与白色念珠菌菌丝的结合,而非在单一感染中表现出同等的致病性。在泌尿道中,念珠菌属可以定植或感染有泌尿装置或解剖异常的患者;然而,引用的综述并非专门针对光滑念珠菌,并且念珠菌尿症本身并不建立症状性感染或实验定义的持久性表型。阴道粘膜防御涉及上皮屏障、常驻微生物群和局部炎症反应;然而,大部分机制文献涉及白色念珠菌,不能假定不变地适用于光滑念珠菌。皮肤应被认为是念珠菌可能的浅表分离部位,但支持光滑念珠菌特异性皮肤应激到耐药性途径的证据不足以得出因果结论。这些生态位依赖的观察为适应性桥梁假说提供了背景;没有一个证明生态位适应导致抗真菌耐药性。
一个关键限制是定植、免疫逃避、感染和抗真菌药物生存是不同的结果。研究应在整个宿主生态位中比较匹配的分离株,表征局部暴露情况,并在将因果作用归于免疫或生态位相关应激之前控制抗真菌治疗史。
3. 环境和宿主施加的应激:两个相互连接的选择景观
3.1. “环境”与“宿主”应激之间的传统边界日益人为化
环境应激和宿主施加的应激通常分开考虑。前者包括温度变化、渗透压变化、氧化化合物、营养限制、异源物质、污染物、pH值改变和生态竞争;后者包括发烧、吞噬细胞衍生的ROS和活性氮、营养免疫、抗菌肽和细胞内营养剥夺。抗真菌暴露在此处作为治疗/药理选择压力单独考虑,尽管它涉及与环境应激和宿主施加应激共享的几个应激反应通路。
暴露于环境生态位中氧化应激的真菌细胞和暴露于吞噬体内ROS的真菌细胞可能激活重叠的抗氧化和信号系统。营养限制可能发生在宿主内外。细胞壁扰动可能源于环境条件、免疫介导的攻击或棘白菌素暴露。热应激可能源于环境温度变化,但也伴随进入哺乳动物宿主和发热反应。
因此,环境应激和宿主应激在这里被视为重叠的暴露背景,而非独立的机制类别。氧化和营养应激的分子后果——包括Gcn2–eIF2α–Gcn4信号——在第7节中详细检查。
当不同的暴露汇聚于共享的信号或代谢节点时,交叉保护是合理的;然而,这种预处理是否改变随后的抗真菌生存必须针对每种应激源、菌株和药物进行测试。
3.2. 热应激与气候驱动适应的问题
Jiang等人最近的综述讨论了多种致病真菌的热适应和真菌疾病出现。其广泛的生态学论证是相关的背景,但它并未确立气候变暖导致光滑念珠菌的耐药性进化。
在环境变量中,温度在全球气候变化和真菌出现的背景下受到了特别关注。哺乳动物恒温构成了一个重要防御屏障,因为许多环境真菌不能在哺乳动物核心温度下有效生长。环境真菌逐步适应更高温度理论上可以减少这种热排除区,并增加能够定植或感染哺乳动物的物种数量。一篇最近的综述讨论了致病真菌的热适应;这个更广泛的框架不应被视为光滑念珠菌的物种特异性证据。
这一假说在围绕新兴真菌病原体的讨论中获得了特别的 prominence。然而,从这一普遍原则外推到光滑念珠菌需要谨慎。光滑念珠菌已经是一种人类相关的、耐热的酵母菌,目前缺乏将当代全球变暖与该物种临床抗真菌耐药性增加直接联系起来的流行病学证据。
因此,相关问题是改变的环境压力是否能选择那些细胞程序随后修改宿主或抗真菌应激下生存的应激适应表型;这仍然是一个假说,而非光滑念珠菌中已建立的气候-耐药性途径。
实验进化为该假说的生物学合理性提供了支持。高热选择可以产生对化学和生理上不同胁迫的交叉耐受性,并且这种适应涉及在细胞应激管理中具有更广泛作用的信号组分。Hsp90活性对耐热性必需的观察是有用的,因为Hsp90也与涉及抗真菌适应的通路相互作用。
因此,气候变化在本综述中被视为选择景观的潜在修饰因子,而非光滑念珠菌中已建立的耐药性直接决定因素。
环境变化还包括湿度、降水、营养可用性、生态竞争、污染、农业实践以及接触杀真菌剂或其他异源物质的变化。这些因素对光滑念珠菌进化的贡献仍不明确。
3.3. 氧化应激作为一种共享的环境、免疫和药理压力
氧化应激说明了环境和宿主暴露的汇聚;本节识别应激源,而第7节讨论分子反应。
ROS可能源于环境化学暴露、内源性代谢、线粒体功能障碍或免疫细胞活性。在宿主体内,巨噬细胞和中性粒细胞使用氧化机制作为抗菌防御的一部分。抗真菌暴露也可以改变维持氧化还原平衡的生理背景,包括通过膜、线粒体和细胞壁应激反应。
抗氧化防御和翻译重编程共同促成氧化还原稳态。Gcn2–eIF2α–Gcn4机制在第7节中讨论,此处不再赘述。
由于氧化损伤影响多个细胞过程,其后果可能超出直接解毒。先前的氧化挑战对后续抗真菌杀伤的影响仍然是一个独立的、可检验的问题。
没有纵向药物选择实验,就不能从氧化应激生存推断出可遗传的抗真菌耐药性。
氧化还原适应得到专用硫醇基防御系统的支持。光滑念珠菌的硫氧还蛋白/硫氧还蛋白还原酶网络包括胞质Trr1、Trr2和Trx2以及线粒体Trx3。TRR2和TRX2的氧化剂诱导表达依赖于Yap1和Skn7,破坏该系统会损害氧化应激适应性、时序寿命和在中性粒细胞存在下的生存。这些发现提供了氧化还原稳态与宿主适应性之间的生化联系,但没有建立对抗真菌耐药性的直接影响。
应激史也可能由细胞外、群体衍生的信号塑造。来自光滑念珠菌稳定期细胞的条件培养基,以及分泌的代谢物1-十二烯、色醇和酪醇,可以增加对数期细胞的氧化应激抵抗。这种反应涉及Cta1、Yap1、Skn7,并且在营养应激下涉及Msn2/Msn4,伴随着向应激适应状态的转录组重编程。这些观察将应激适应扩展到细胞自主信号之外,并提出了可检验的可能性,即群体条件化的生理状态可能影响随后的药物生存,尽管这一点尚未得到证明。
3.4. 营养应激与代谢灵活性
营养限制在生态位和宿主组织中都会遇到,特别是在吞噬细胞内。
在宿主组织内,真菌病原体遇到对碳、氮、氨基酸、铁、锌和其他微量营养素的限制。这种限制并非偶然;营养免疫是宿主防御的活跃组成部分。在巨噬细胞吞噬体中,营养剥夺变得尤为严重。
光滑念珠菌通过自噬、过氧化物酶体重塑、营养获取和整合的翻译调控作出反应;Gcn2–Gcn4通路在第7节中进行机制性考虑。
改变的营养可用性可能改变生长状态,从而改变药物反应动力学,但不应仅凭代谢适应就推定对光滑念珠菌抗真菌耐受性或持久性有因果效应。
一个存活的营养适应细胞不一定是耐药细胞;进化后果取决于随后的药物暴露、生存和选择。
3.5. 细胞壁应激作为一个汇聚点
真菌细胞壁既是结构细胞器,也是动态环境传感器。温度、渗透压、pH值、免疫攻击和抗真菌暴露的变化都可能损害细胞壁完整性。
光滑念珠菌通过相互连接的信号系统作出反应,包括MAPK依赖的细胞壁完整性通路和钙调磷酸酶相关反应。这在棘白菌素暴露期间变得尤为重要,因为抑制β-1,3-D-葡聚糖合酶施加了深刻的细胞壁应激。
因此,棘白菌素暴露除了药物特异性耐药机制外,还招募一般的细胞壁应激程序,为应激信号在稳定耐药性发展之前影响生存提供了机制基础。
3.6. 从交叉胁迫保护到适应性桥梁假说
环境、宿主和药理应激反应之间的重叠支持一个有限但可检验的主张:先前的应激可能改变光滑念珠菌遇到抗真菌药物时的生理状态。这可以在不产生常规耐药性的情况下增加生存,从而可以在持续选择期间保留一个有活力的群体。提议的适应性桥梁是概率性的而非决定性的:耐受性和持久性不是耐药性,但延长生存的条件可能增加耐药变异体出现或扩大的机会。
中心未经验证的步骤不是应激适应是否能增强真菌生存,也不是抗真菌耐受性、持久性或异质性耐药性是否能在特定条件下促进耐药性出现。而是先前的非药理环境或宿主应激史是否可重复地改变后续抗真菌耐药性进化的概率、速率、谱系或适应性景观。这一预测可以通过受控的应激预处理,随后进行标准化抗真菌暴露以及对杀伤动力学、持久性、耐药性出现、基因型和表型稳定性的纵向测量来进行实验检验。因果联系应直接测试,而非从生态学关联中推断。
4. 抗真菌耐药性、耐受性、持久性和异质性耐药性:具有相互关联进化后果的不同表型
4.1. 超越MIC:抗真菌反应的额外维度
抗真菌治疗失败传统上主要通过抗菌药物耐药性的框架来解释。在这种范式中,当分离株能够在抑制易感生物的浓度下生长时,即被认为具有耐药性,通常表现为MIC升高,并根据已建立的临床折点或流行病学临界值(如可用)进行解释。该框架对于临床微生物学和治疗决策仍然至关重要。然而,它只捕获了决定抗真菌暴露期间真菌生存的部分生物学异质性。
越来越多的证据表明,在分析药理压力下的微生物生存时,应考虑至少四个概念上不同的现象:耐药性、异质性耐药、耐受性和持久性。尽管这些术语在真菌文献中有时使用不一致,但它们描述了根本不同的群体行为。
耐药性主要涉及抑制生长所需的药物浓度。耐受性和持久性主要涉及药物暴露期间随时间推移的生存,而不一定增加MIC。而异质性耐药性则反映了群体易感性的异质性,其中少数亚群显示出比主导群体高得多的表观MIC。
这一区别在光滑念珠菌中尤为重要,因为常规药敏测量可能将分离株归类为易感,却未能揭示能够在抗真菌治疗期间长时间存活的亚群或生理状态。因此,缺乏常规耐药性不应自动等同于快速或完全的真菌根除。
4.2. 耐药性:通过可遗传适应实现稳定生存
抗真菌耐药性是这些现象中特征最明确的。它通常源于使真菌细胞能够在抑制相应易感群体的抗真菌浓度下生长的遗传改变。
在光滑念珠菌中,唑类耐药性经常涉及影响转录调控因子Pdr1的功能获得性改变,导致ABC转运蛋白(如Cdr1、Pdh1和Snq2)的表达增加。涉及麦角固醇稳态、线粒体功能、转录调控和基因组可塑性的额外机制可能有助于耐药表型。
应激条件作用不是耐药性出现的先决条件。自发遗传变异在群体生长过程中产生,包括可能改变唑类外排调控或棘白菌素靶点功能的突变。随后的抗真菌暴露可以选择预先存在的变异,而突变也可以在治疗期间产生。因此,适应性桥梁假说解决的是生存和选择的一个可能修饰因子,而非耐药性的唯一起源。区分预先存在的和与暴露相关的突变需要波动式设计、谱系追踪或时间分辨测序,而非仅凭终点药敏性。
同样,药物耐受性或持久样亚群可能源于随机表型异质性,而无已识别的先兆环境应激。这一可能性应与应激诱导的耐受性分开测试,通过比较未条件化的群体与实验预条件化的群体,使用匹配的生长阶段、接种量、暴露和药物杀伤试验。无论是自发的异质性还是先前的应激,如果没有稳定性测试,都不能建立可遗传的耐药性。
棘白菌素耐药性主要与FKS1特别是FKS2热点区域内的突变相关,这些突变编码β-1,3-葡聚糖合酶的催化亚基。这些改变降低了靶酶对棘白菌素的敏感性,并可能导致临床相关的MIC升高。
因此,在当前概念框架中,耐药性的定义特征不仅是在药物存在下生存,而且是易感性的稳定改变,使得群体能够在增加的药物浓度下生长,并在移除即时药理压力后得以维持。
这一区别将耐药性与短暂的应激诱导生存机制分开。
4.3. 耐受性:在不成为耐药性的情况下存活更久
耐受性描述了易感微生物群体在不相应稳定增加MIC的情况下承受抗真菌暴露更长时间的能力。
对于杀菌剂,耐受性最适合被概念化为一种动力学表型。两个分离株可能显示相似的MIC,而其群体被杀死的速率却显著不同。因此,即使其常规药敏阈值基本保持不变,一个耐受性群体也能在药物暴露下存活更长时间。
对于抑菌性唑类药物,术语更为复杂。在念珠菌属中,唑类耐受性经常被量化为在高于MIC浓度下的缓慢残余生长,包括在纸片扩散或肉汤基础试验中观察到的特征性“拖尾”或“超MIC生长”。这种生长与经典耐药性不同,因为大多数群体没有经历耐药分离株特有的稳定药敏性转变。
这一区别与光滑念珠菌相关。最近的实验工作表明,氟康唑耐受性受温度影响,并且需要功能性Hsp90和钙调磷酸酶信号传导。任一通路的药理抑制都显著减少超MIC生长。
此外,将光滑念珠菌暴露于高浓度氟康唑可以产生耐受性和耐药性的平行进化。重要的是,这些表型不一定一起变化,强化了耐受性不仅仅是中间MIC类别或早期形式的常规耐药性的概念。
因此,耐受性应被视为一种独特的生物学表型,其进化后果可能与稳定耐药性相交,但不与之混淆。
4.4. 持久性:小部分表型亚群的生存
持久性在一个重要方面不同于群体范围的耐受性:它涉及一小部分细胞,这些细胞比大多数其他易感群体存活时间长得