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        白色念珠菌耐藥相關(guān)UPC2基因的研究進展

        2014-04-02 00:20:39張曉云馬巧玲姜利群
        海南醫(yī)學(xué) 2014年17期
        關(guān)鍵詞:外排念珠菌白色

        張曉云,馬巧玲,姜利群

        (中國人民解放軍第184醫(yī)院檢驗科,江西 鷹潭 335000)

        白色念珠菌耐藥相關(guān)UPC2基因的研究進展

        張曉云,馬巧玲,姜利群

        (中國人民解放軍第184醫(yī)院檢驗科,江西 鷹潭 335000)

        本文綜述了白色念珠菌對唑類抗真菌藥物的耐藥機制、UPC2基因結(jié)構(gòu)特征、UPC2基因編碼產(chǎn)物的功能,指出白色念珠菌UPC2基因編碼產(chǎn)物能對ERG基因以及某些藥物外排泵蛋白基因表達發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,從而誘導(dǎo)白色念珠菌對唑類藥物產(chǎn)生耐藥性。

        白色念珠菌;UPC2基因;氟康唑;耐藥

        白色念珠菌(Candida albicans)是一種常見條件致病菌,通常存在于正常人皮膚、口腔、上呼吸道、腸道及陰道等黏膜部位[1]?;颊咛幱跈C體免疫力下降、介入性治療等情況下,白色念珠菌可侵襲機體,引起院內(nèi)機會性感染[2]。近年來,隨著廣譜抗菌藥物的濫用、器官移植免疫抑制劑應(yīng)用、放化療增多、各種生物裝置體內(nèi)置入和導(dǎo)管留置等,使得免疫功能低下者不斷增多,白色念珠菌引起的醫(yī)院內(nèi)獲得性感染呈增多趨勢,已成為此類患者死亡的主要原因。國內(nèi)學(xué)者報道,臨床真菌感染患者中白色念珠菌感染占67.54%[3]。氟康唑、伏立康唑等唑類藥物抗真菌譜廣、毒性低、半衰期長[4],臨床上被廣泛用于防治真菌感染。在藥物選擇性壓力下,臨床分離的白色念珠菌對常用抗真菌藥物產(chǎn)生了一定耐藥性,導(dǎo)致藥物效能降低乃至失效,給臨床用藥安全帶來了巨大挑戰(zhàn)[5]。

        1 唑類藥物的作用靶點以及抗菌機制

        膽固醇是高等生物細(xì)胞膜的重要組分,為細(xì)胞膜發(fā)揮功能所必需。麥角固醇是膽固醇的同功異構(gòu)物,存在于真菌等真核細(xì)胞的細(xì)胞膜上,是此類細(xì)胞膜發(fā)揮功能所必需的固醇物質(zhì)之一。白色念珠菌細(xì)胞膜上含有麥角固醇,是白色念珠菌生長所必須的組分。白色念珠菌細(xì)胞合成麥角固醇時,細(xì)胞色素p450復(fù)合體中的14α-羊毛固醇去甲基酶(Erg11p)是關(guān)鍵限速酶。Erg11p由白色念珠菌的ERG11基因(又名CYP51基因)編碼[6]。一旦Erg11p酶活性受到干擾,細(xì)胞合成的麥角固醇減少,一方面導(dǎo)致膽固醇合成途徑中的有毒中間體物質(zhì)增加,另一方面造成細(xì)胞膜流動性以及細(xì)胞膜蛋白(例如參與細(xì)胞壁合成的酶以及轉(zhuǎn)運蛋白等)活性發(fā)生改變,真菌細(xì)胞生長受到抑制乃至死亡[4]。唑類抗真菌藥物的作用靶酶是Erg11p[7]。唑類抗真菌藥與Erg11p的血紅素鐵活性中心結(jié)合后,Erg11p酶活性受抑,麥角固醇合成被抑制或阻斷,引起真菌細(xì)胞作用生長受抑或死亡。

        2 真菌對唑類藥物的耐藥機制

        白色念珠菌對唑類抗真菌藥物的耐藥機制主要如下:①藥物作用靶酶(主要是Erg11p酶)基因突變或過度表達[8],使得Erg11p酶活性未受明顯影響,真菌細(xì)胞的麥角固醇合成繼續(xù)維持,真菌繼續(xù)生長。②藥物外排泵基因表達上調(diào),使得真菌細(xì)胞對藥物的主動外排能力增強,減少了藥物在真菌細(xì)胞內(nèi)的累積[9],真菌得以繼續(xù)生長。白色念珠菌通過主動耗能方式將氟康唑從細(xì)胞內(nèi)排出到細(xì)胞外,白色念珠菌多個基因表達產(chǎn)物參與了對藥物的主動外排。白色念珠菌藥物外排相關(guān)的泵蛋白主要包括兩類[9],一類是Abc轉(zhuǎn)運蛋白,由CDR基因編碼,含有ATP結(jié)合區(qū);另一類是易化子家族蛋白,由MDR基因編碼。白色念珠菌對藥物的敏感性與藥物外排泵蛋白基因表達水平有關(guān)。泵蛋白表達水平主要受到兩類基因的影響:一類是藥物外排泵蛋白編碼基因,編碼跨膜轉(zhuǎn)運蛋白,這些蛋白負(fù)責(zé)將藥物從細(xì)胞內(nèi)排出到細(xì)胞外;另一類是轉(zhuǎn)錄因子編碼基因,編碼轉(zhuǎn)錄因子,對上述泵蛋白的編碼基因表達發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,直接影響泵蛋白表達水平,從而影響藥物敏感性。

        3 UPC2基因在真菌對唑類藥物耐藥中的作用

        3.1 UPC2基因結(jié)構(gòu)特征白色念珠菌UPC2基因?qū)儆谝环N轉(zhuǎn)錄因子編碼基因,編碼產(chǎn)物為Upc2蛋白(Upc2 protein,Upc2p)。Upc2p為一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,屬于鋅簇家族轉(zhuǎn)錄因子成員,含有2個鋅離子和6個半胱氨酸殘基,對白色念珠菌的多個基因表達具有調(diào)節(jié)作用轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能[10],如調(diào)節(jié)ERG11基因轉(zhuǎn)錄與表達。鋅簇家族轉(zhuǎn)錄因子的其他成員參與調(diào)節(jié)白色念珠菌的其他新陳代謝活動,例如CAP1轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)真菌細(xì)胞應(yīng)對氧化應(yīng)激壓力,GAT1轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)氮元素代謝,CPH1、EFG1、TUP1等轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)節(jié)菌絲形態(tài)轉(zhuǎn)換[11]。UPC2基因5'端的啟動子區(qū)域存在兩個結(jié)構(gòu)域:ATG上游的-450~-350 bp區(qū)域為UDR(Upc2p-dependent region),ATG上游的-350~-250 bp區(qū)域為UIR(Upc2p-independent region)。UPC2基因啟動子中的這兩個元件都能夠結(jié)合Upc2p,因此,UPC2基因表達水平受到順式作用調(diào)節(jié)。接受轉(zhuǎn)錄因子Upc2p調(diào)節(jié)的靶基因的啟動子區(qū)域帶有固醇反應(yīng)元件(Sterol response element,SRE)。SRE含有7 bp的保守核心序列,正義鏈為5'-TCGTATA-3',反義鏈為5'-TATACGA-3'。體外實驗表明,Upc2p帶有DNA結(jié)合區(qū)域,能夠與靶基因的SRE直接結(jié)合,從而激活靶基因,上調(diào)靶基因表達。真菌某些對唑類藥物耐藥基因也帶有SRE元件,接受Upc2p的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[12]。

        3.2 UPC2基因編碼產(chǎn)物Upc2p的功能Upc2p參與白色念珠菌對唑類藥物耐藥主要與兩方面因素有關(guān):第一,Upc2p是真菌細(xì)胞膜麥角固醇合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子;第二,Upc2p通過調(diào)節(jié)藥物外排泵基因的表達水平來影響菌株對藥物的敏感性。

        3.2.1 野生型Upc2p上調(diào)ERG11基因表達在白色念珠菌臨床耐藥株的中,ERG11基因過度表達引起藥物靶酶Erg11p蛋白增加,是唑類藥物敏感性下降的主要原因。ERG11基因表達水平高低與Upc2p活性和ERG11基因突變有關(guān)[13]。在氟康唑耐藥的白色念珠菌中,ERG11基因產(chǎn)物增多,氟康唑無法阻止全部的酶活性,白色念珠菌繼續(xù)合成麥角固醇,得到存活。由于Upc2p能夠直接激活ERG11基因以及多個參與麥角固醇合成的ERG基因的轉(zhuǎn)錄與表達,因此白色念珠菌對唑類藥物耐藥與Upc2p活性改變密切相關(guān)。UPC2基因表達水平變化以及基因突變是Upc2p活性的重要影響因素。在氟康唑耐藥的臨床白色念珠菌中發(fā)現(xiàn),UPC2基因、ERG11基因以及參與麥角固醇合成的其他基因表達均發(fā)生了上調(diào),證實UPC2基因過度表達后激活ERG11基因表達,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Erg11p酶增加,引起白色念珠菌對唑類藥物耐藥。

        3.2.2 突變型Upc2p上調(diào)ERG11基因表達白色念珠菌UPC2基因發(fā)生有義突變后引起ERG11基因表達上調(diào),導(dǎo)致菌株產(chǎn)生耐藥性[14]。研究發(fā)現(xiàn),白色念珠菌Upc2p的C末端是重要的功能區(qū),是基因突變的熱點地區(qū),UPC2基因易發(fā)生G648D或A643T突變[15],兩種突變均會引起真菌對唑類藥物耐藥。將G648D突變型UPC2基因引入敏感株,突變型Upc2p活性增強,造成突變菌株ERG11基因持續(xù)性表達上調(diào),白色念珠菌對氟康唑呈現(xiàn)耐藥性。另有研究指出,白色念珠菌臨床耐藥株的UPC2基因發(fā)生了A643V突變。A643V突變型白色念珠菌的氟康唑MIC提高了兩倍,麥角固醇含量高于野生型菌株。QRT-PCR表明,突變型菌株的UPC2基因以及ERG2、3、5、6、9、10、11基因的mRNA水平均高于野生型。值得注意的是突變型菌株的ERG1基因的mRNA水平低于野生型。這些結(jié)果提示:UPC2基因的點突變,除了自身具有順式調(diào)節(jié)作用外,還發(fā)揮反式調(diào)節(jié)作用,調(diào)節(jié)其他ERG基因的轉(zhuǎn)錄[13]。

        3.2.3 Upc2p調(diào)節(jié)藥物外排泵基因表達在白色念珠菌臨床耐藥株中還觀察到,TAC1、MRR1等轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生功能性突變后會導(dǎo)致CDR1、MDR1等藥物外排泵蛋白過度表達,繼而引起菌株產(chǎn)生多重耐藥性[16]。這也提醒我們,Upc2p可能也具有類似功能,通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)某些藥物外排泵蛋白的表達,而誘導(dǎo)真菌對某些藥物產(chǎn)生多重耐藥性。另外,在白色念珠菌臨床耐藥株中還發(fā)現(xiàn),氟康唑類藥物的靶標(biāo)酶的編碼基因ERG基因發(fā)生點突變,也會引起ERG基因過度表達,從而使菌株產(chǎn)生耐藥。臨床研究已發(fā)現(xiàn),Erg11p有60多種突變型,其中的Y132H、G450E、G464S、R467K和S405F突變型與氟康唑和伏立康唑的敏感性有關(guān),與泊沙康唑敏感性無關(guān)[17]。

        綜上所述,白色念珠菌UPC2基因編碼的Upc2p是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,能對ERG基因以及某些藥物外排泵蛋白基因表達發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,從而誘導(dǎo)白色念珠菌對唑類藥物產(chǎn)生耐藥性。

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        R372

        A

        1003—6350(2014)17—2564—03

        10.3969/j.issn.1003-6350.2014.17.1001

        2014-03-25)

        南京軍區(qū)醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新項目(編號:12MA050)

        張曉云。E-mail:zhangxy167@163.com

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