資料來源：國際呼吸雜志，2020年第11期
作者：董瑩 成 思偉 金麗源 傅芳傑 劉俊秀 陳宇
中國醫科大學附屬盛京醫院呼吸急症醫學科，沈陽110004
通訊：陳宇 Email:[email protected]
總結
銅綠假單胞菌是結構性肺病患者中常見的與肺部感染相關的緻病菌，它往往導緻細菌難以清除，慢性感染，反複急性感染誘導細菌耐藥性增強，使臨床治療困難。本文重點研究銅綠假單核細胞群傳感效應的機理，從基礎研究的角度介紹了大環内酯藥物抑制銅綠假單核細胞酮群傳感效應的作用，并從臨床研究的角度總結了大環内酯藥物治療結構性肺病的研究進展。
著名的古希臘思想家亞裡士多德觀察到螞蟻排隊攜帶食物和鲭魚的危險現象，并在他的著作《動物史》中首次提出動物社會行為，即動物個體可以傳遞資訊，當形成群體時可以發揮個體無法企及的作用和功能。微生物的社會性質直到1960年代和1970年代才首次出現。Tomasz發現肺炎鍊球菌的一個基因可以表達，隻有當細菌的增殖達到一定數量，并迅速出現峰值時，該基因表達才能由細菌分泌出同一細菌之間的激素樣小分子。該研究是群體感覺效應論文的基石，該論文後來由科學家通過發光細菌建立并進行了深入探索。銅綠假單胞菌是群傳感效應研究中研究最深入的細菌，本文簡要介紹了該領域的研究進展和大環體的臨床治療。
1 微生物的群體效應
1.1 群感效應的概念
夏威夷短尾鱿魚具有發光的生物特性，其光澤來自共生細菌産生的熒光素。Nealson等人在1970年提出，細菌通過研究海洋發光細菌Fescillia的發光機制，互相交換資訊。細菌發光的強度和發光的強度都與熒光素合酶基因的表達有關，研究發現，當細菌的基因不表達時，細菌的數量，并且在細菌增殖的指數增長達到一定量的基因激活後，快速合成熒光素酶然後發光，控制熒光素酶合成處于轉錄水準。由于這種現象是由細胞本身在沒有外部幹預的情況下生長引起的，是以首先提出了"自我誘導"的概念，并且傳遞資訊的信号分子被稱為自我誘導物質。1981年，高效液相色譜法首次從費利西蒂弧菌的超亮菌株（MJ-1）中分離出來，其化學成分為N-3-氧基己基-L-高絲氨酸酯（3OC6-HSL），合成化合物加入到極低亮度菌株（B-61）中即可誘導其發光。
基于對發光細菌的研究，它延伸到其他細菌。科學家們發現，當細菌産生一定數量的信号分子并達到門檻值時，細菌可以通過調節相關基因的表達來調節菌群的整體行為，例如細菌活性，毒性和抗生素的産生，這種現象被稱為群體感應效應，它依賴于細胞密度進行細胞資訊交換。近年來，随着科學研究的進步，研究表明，群體感覺效應也存在于真菌和病毒中。在動植物病原體中，群感覺基因突變體的毒性顯著降低。
1.2 群傳感效應調節途徑
對黃孢杆菌弧菌發光機制的研究揭示了群傳感效應的經典通路lux I-luxR系統。在沒有激活群傳感效應系統的情況下，細胞中的信号傳導分子合酶可以産生少量的信号分子（自誘導劑），由于其濃度低而可以自由通過細胞膜并且不與轉錄調節的蛋白質結合。随着細菌的增殖，當環境中的信号分子數量達到門檻值時，它傳回細胞，與轉錄調節蛋白形成轉錄調控蛋白信号分子聚合物，進而進一步激活信号分子合成酶基因（luxI）和轉錄控制蛋白基因（luxR），進而合成更多的信号分子，形成正回報回路， 同時激活下遊操縱子和發光基因的表達。大多數革蘭氏陰性芽孢杆菌效應由luxI-luxR系統調節。其他信号系統包括肽信号系統，它涉及大多數革蘭氏陽性細菌，一些革蘭氏陰性和陽性細菌通過ai-2系統進行調節，以實作物種間交流。自誘導物質是物種特異性的，到目前為止，已經發現了八種具有不同化學結構的自誘導物質。
2 銅綠假單胞菌的群效應
2.1 銅綠僞單核細胞群傳感效應的調控途徑
銅綠假單胞菌是目前研究緻病菌群感效應最深入的一種，其群感效應系統被激活，調節300多種毒因子的基因表達。銅綠假單胞菌群傳感效應的核心途徑是lasI-lasR和rhlI-rhlR 2系統，除了最近發現的喹諾酮類信号分子系統外，它們還調節與發光細菌相似的機制。lasI和rhlI基因是分子合成的酶基因信号傳導，lasR和rhlR基因是轉錄調控的蛋白質基因。當細菌感覺信号的分子密度達到門檻值時，轉錄調節蛋白與信号分子結合形成聚合物，進一步激活I和R基因以及下遊操縱基因，對基因表達和多種有毒因子的表達形成正回報。Las系統和Rhl系統的信号分子化學組成和調控基因不同，Las系統的信号分子為3OC12-HSL，調節堿性蛋白酶、外毒素A、彈性體等有毒因子的基因表達。Rhl系統的信号分子是C4-HSL，它主要調節次級代謝物的産生，如糖溶血劑，丁基酶，氰化物和氯化物。Rhl系統由Las系統調節。
2.2 銅綠假單核細胞體傳感效應及生物群落膜
目前，研究發現，微生物至少有兩種社會行為，一種是群體感覺效應，另一種是生物膜的形成。生物膜是指當一定數量的細菌聚集在一起時，可由細菌分泌的多糖聚合物，由包裹在細菌周圍的膜形成，保護細菌内部，以抵抗外來入侵，使抗菌藥物難以發揮作用，導緻慢性感染。銅綠色假單胞菌感染在體内經常形成生物膜，使其難以去除細菌。Davies等人将每組生物體的膜形成與銅綠假單胞菌野生菌株（WT），組誘導的信号基因突變菌株（lasI / rhlI，rhlI，lasI），lasI突變菌株和自我誘導進行了比較。研究發現，WT菌株的生物膜結構松散，如蘑菇一樣，在内部菌落之間形成水通道，輸送氧氣，代謝物和營養物質。lasI突變菌株形成薄闆狀生物膜，細胞間連接配接緻密，加入自誘導物質（3OC12-HSL）恢複WT菌株形态。對固體表面的附着力是生物識别膜形成的重要組成部分。研究發現，當将硫酸鈉加入洗滌劑中時，将lasI突變菌株的生物體從膜表面5 min從玻璃表面除去，而WT菌株和lasI突變菌株加入自誘導劑中，并且生物體仍然粘附在膜上19 h。以上結果表明，群傳感效應系統影響生物特征膜的形成，生物特征膜是生物特征膜的上遊調控系統之一。
3 大環内酯藥物對銅綠假單胞菌感官效應及臨床治療的影響
3.1 大環内酯類藥物抑制銅綠假單胞菌的作用
研究發現，阿奇黴素抑制銅綠色假單胞菌感覺效應系統中lasR/rhlR基因的轉錄，添加自誘導物質後增加部分恢複，抑制lasI/rhlI的基因表達，導緻自體誘導劑3OC12-HSL和C4-HSL的産生減少;通過抑制銅綠假單胞菌自誘導物質的産生，大環内酯抑制了群傳感效應，進而抑制了生物膜的形成和有毒因子的釋放。大環酯類藥物具有基本的内酯環結構，按其内酯結構在碳母核上，可分為14元、15元和16元環内酯。研究發現，14元環内酯（紅黴素、流黴素）、15元環内酯（阿奇黴素）抑制了銅綠假單胞菌的生長，而16元環内酯（紅黴素、竹桃黴素）則沒有抑制效果。
3.2 大環體藥物治療結構性肺病的臨床研究
結構性肺病是指引起肺結構不可逆變化的肺部疾病，如支氣管擴張、囊性纖維化（CF）、COPD、慢性肺膿腫、肺結核等，引起肺結構變化等。銅綠假單胞菌是結構性肺病患者中常見的與肺部感染相關的緻病菌，它往往導緻細菌難以清除，慢性感染，反複急性感染誘導細菌耐藥性增強，使臨床治療困難。銅綠假單胞菌的形成和有毒因子的釋放與細菌耐藥性和感染的嚴重程度有關，當銅綠假單胞菌發展成多藥耐藥菌、泛耐藥菌或完全耐藥菌時，臨床上可獲得的抗菌藥物有限甚至無法挽救。一些臨床研究評估了低劑量環内脂質對結構性肺病的臨床療效。紐西蘭的EMBRACE研究是一項随機雙盲安慰劑對照研究，旨在評估阿奇黴素預防非CF支氣管擴張性疾病患者的急性加重情況，在前一年選擇至少一次急性加重，用于需要抗菌藥物的支氣管擴張性疾病患者，并口服阿奇黴素500mg（3次/周）6個月。結果顯示，阿奇黴素的急性加重為每人0.59倍，而安慰劑組為每人1.57倍（P<0.000 1），作者認為阿奇黴素是預防支氣管擴張性疾病急性加重的新選擇。美國23個中心CF銅綠假單胞菌感染的随機對照研究顯示，阿奇黴素168 d治療，前一秒呼氣量顯著增加，阿奇黴素組急性加重無明顯增加。在BLESS研究中，Burr等人通過嚴格篩選，進一步研究了臨床分離的銅綠假單胞菌，觀察結束時選擇的病例痰陽性，銅綠假單細胞細菌培養陽性，菌株管家的基因mRNA充分表達。安慰劑組15例，紅黴素組11例。結果表明，與安慰劑組相比，分離出的銅綠假單胞菌組感覺基因LasR和PqsA的表達水準較低，從臨床角度驗證了大環酯的組感覺效應。一項針對美國17個醫療中心的前瞻性平行安慰劑對照研究，研究了口服阿奇黴素250mg持續1年預防COPD急性加重的作用，結果顯示阿奇黴素組初始加重的中位時間為266 d，安慰劑組為174 d（P<0.001）;Fan等人對長期應用大環睾酮類藥物在非CF患者中的療效進行了荟萃分析，結果顯示，大環睾酮組急性加重下降，肺功能改善，生活品質改善，但腹瀉症狀增加，對流感環形嗜血杆菌、金黃色葡萄球菌、肺炎球菌鍊球菌的耐藥性比安慰劑組增加（P<0.001）。
3.3 臨床治療指南或共識
《2017年歐洲成人支氣管擴張性疾病治療指南》建議，急性加重≥患者可長期使用抗菌藥物（≥3個月）進行治療，慢性銅綠假單胞菌感染患者可吸入抗菌藥物，如聚西林 對于禁忌、不耐受的吸入藥物， 且不可行，建議使用藥物（阿奇黴素、紅黴素）加大環内酯，或者如果吸入抗菌藥物仍常加重，則替代原吸入藥物，同時應注意腹瀉、耐藥性等不良反應。2019年版COPD全球倡議提出，長期治療阿奇黴素或紅黴素超過一年可以減少COPD的急性加重，但阿奇黴素的治療與細菌耐藥性和聽力障礙有關。
綜上所述，銅綠假單胞菌群傳感機理在其感染過程中影響毒性和耐藥性，大環内酯藥物能抑制群傳感系統，其非抗菌作用在治療銅綠假單胞菌慢性感染結構性肺病中起着作用。在應用大環内酯藥物時應掌握其适配證書，注意藥物不良反應。
利益沖突的所有作者均聲明不存在利益沖突
參考文獻略顯