真菌群体感应分子法尼醇及其作用机制.DOC

1、第 8 卷 第 3 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol. 8 No. 32017 年 3 月 Journal of Food Safety and Quality Mar. , 2017基 金 项 目 : 浙江省自然科学基金 (LR13C200002)Fund: Supported by the Natural Science Foundation of Zhejiang Province (LR13C200002)*通 讯 作 者 : 陈 启 和 , 教 授 、博 士 生 导 师 , 主 要 研 究 方 向 为 食 品 生 物 安 全 与 生 物 技 术 。E-mail: *

2、Corresponding author: CHEN Qi-He, Professor, Department of Food Science and Nutrition, Fuli Institute of Food Science, Zhejiang University, No.866, Yuhangtang Road, Xihu District, Hangzhou 310058, China. E-mail: 真 菌 群 体 感 应 分 子 法 尼 醇 及 其 作 用 机 制柯 慧 慧 , 牛 永 武 , 吴 嘉 南 , 陈 启 和 *(浙 江 大 学 食 品 科 学 与 营 养 系

3、 , 杭 州 310058)摘 要 : 群 体 感 应 (quorum sensing, QS)是 取 决 于 细 胞 密 度 的 微 生 物 通 信 机 制 , 可 调 节 细 菌 毒 力 因 子 分 泌 、生 物膜 形 成 、感 受 态 和 生 物 发 光 等 行 为 。真 菌 群 体 感 应 系 统 10 年 前 在 法 尼 醇 控 制 致 病 多 态 性 真 菌 白 色 念 珠 菌 中 的细 丝 化 研 究 中 被 发 现 。研 究 显 示 法 尼 醇 作 为 群 体 感 应 分 子 (QSM)对 宿 主 和 其 他 微 生 物 发 挥 多 种 作 用 ; 还 发 现 芳香 醇 酪 醇

4、 是 控 制 白 色 念 珠 菌 生 长 、形 态 发 生 和 生 物 膜 形 成 的 另 一 群 体 感 应 分 子 。在 酿 酒 酵 母 中 , 发 现 另 两 种 芳香 醇 苯 乙 醇 和 色 氨 酸 是 在 氮 饥 饿 条 件 下 调 节 形 态 发 生 的 群 体 感 应 分 子 。此 外 , 类 似 于 群 体 感 应 的 种 群 密 度 依 赖性 行 为 已 在 几 种 其 他 真 菌 中 描 述 。本 篇 综 述 总 结 了 目 前 发 现 群 体 感 应 效 应 的 几 种 关 键 真 菌 物 种 , 并 重 点 陈 述 了研 究 较 多 的 白 色 念 珠 菌 和 法 尼

5、醇 作 用 的 微 观 机 制 研 究 进 展 。关 键 词 : 真 菌 ; 群 体 感 应 ; 信 号 分 子 ; 白 色 念 珠 菌 ; 法 尼 醇Quorum sensing molecule, farnesol and its action mechanism in fungiKE Hui-Hui, NIU Yong-Wu, WU Jia-Nan, CHEN Qi-He*(Department of Food Science and Nutrition, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)ABSTRACT: Quorum sensi

6、ng (QS) is a mechanism of microbial communication dependent on cell density that can regulate several behaviors in bacteria such as secretion of virulence factors, biofilm formation, competence and bioluminescence. In the past study, farnesol has been shown to play multiple roles in Candida albicans

7、 physiology as a signaling molecule and induce different effects on other microbes. In addition to farnesol, the aromatic alcohol tyrosol was also found to be a Candida albicans QS molecule (QSM) controlling growth, morphogenesis and biofilm formation. In Saccharomyces cerevisiae, other two aromatic

8、 alcohols, phenylethanol and tryptophol were found to be QSMs regulating morphogenesis during nitrogen starvation conditions. Additionally, population density dependent behaviors that resemble QS had been described in several other fungal species. The fungal species that had discovered QS behaviors

9、were reviewed in this paper, and the physiological effects and mechanisms of farnesol in Candida albicans were mainly introduced.KEY WORDS: fungi; quorum sensing; quorum sensing molecule; Candida albicans; farnesol1 引 言许 多 生 物 体 呈 现 的 化 学 通 讯 现 象 是 现 今 化 学 -微 生 物学 界 最 突 出 的 研 究 领 域 之 一 , 20 多 年 来 ,

10、已 认 识 到 不 同 细菌 利 用 信 号 分 子 协 调 表 型 表 达 以 实 现 其 在 植 物 、宿 主 动 物及 人 类 环 境 中 成 功 建 群 的 能 力 。群 体 感 应 (quorum sensing, QS)是 微 生 物 响 应 群 体 密 度 和 /或 其 他 微 生 物 种 类 的 存 在 来协 调 基 因 表 达 的 通 信 系 统 , 由 称 为 自 体 诱 导 物 或 群 体 感 应分 子 (quorum sensing molecule, QSM)的 外 源 信 号 分 子 介 导 。这 些 分 子 在 细 胞 生 长 期 间 积 累 , 达 到 阈 值

11、浓 度 后 诱 导 引 发2 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 8 卷群 体 合 作 的 微 生 物 基 因 表 达 的 变 化 1,2, 已 显 示 其 调 节 细菌 毒 力 因 子 的 表 达 及 其 他 几 个 重 要 的 过 程 2。QS 的 真 核 调 节 直 到 报 告 法 尼 醇 和 酪 醇 是 白 色 念 珠 菌的 QSMs 才 被 发 现 3,4, 这 些 分 子 调 节 细 胞 形 态 、生 长 、生物 膜 形 成 、抗 氧 化 应 激 和 菌 体 生 活 的 其 他 过 程 3-6。目 前 , 虽 然 与 QS 一 致 的 现 象 在 其 他 几 种 真 菌 中

12、 已 有 报 道 , 但 被描 述 的 只 有 少 数 真 核 QSMs7-10。本 文 总 结 了 目 前 发 现 QS效 应 的 几 种 关 键 真 菌 物 种 , 并 重 点 阐 述 了 研 究 较 多 的 白 色念 珠 菌 和 法 尼 醇 作 用 的 微 观 机 制 研 究 进 展 。2 真 菌 类 群 体 感 应 分 子2.1 白 色 念 珠 菌 (Candida albicans)白 色 念 珠 菌 是 通 常 在 人 类 微 生 物 群 中 发 现 的 多 态 性真 菌 , 酵 母 、菌 丝 、假 菌 丝 之 间 的 多 态 性 对 其 毒 力 至 关 重要 。长 期 以 来 观

13、 察 到 , 细 胞 密 度 低 于 106个 /mL 时 , 白 色 念珠 菌 呈 丝 状 生 长 , 而 密 度 较 高 时 以 出 芽 酵 母 形 态 生 长 , Hornby 等 3发 现 这 种 行 为 是 由 QSM 类 异 戊 二 烯 法 尼 醇 控制 的 ; 同 年 Oh 等 11在 不 同 白 色 念 珠 菌 中 发 现 , 法 尼 酸 也可 作 为 自 我 调 节 物 质 (autoregulatory substance, ARS)抑 制菌 丝 化 ; 早 在 分 离 法 尼 醇 和 法 尼 酸 之 前 , Hazen 和 Cutler12分 离 形 态 发 生 的 自

14、调 节 物 质 (morphogenic autoregulatory substance, MARS), 这 种 分 子 对 白 色 念 珠 菌 的 细 丝 化 有 类似 作 用 , 然 而 其 化 学 特 征 不 同 于 法 尼 醇 和 法 尼 酸 , 特 性 尚未 确 定 13。酪 醇 是 白 色 念 珠 菌 另 一 QSM, 可 缩 短 生 长 滞 后期 , 并 刺 激 菌 丝 体 和 生 物 膜 形 成 。然 而 这 些 效 应 在 法 尼 醇存 在 下 被 抑 制 , 表 明 精 细 的 QS 介 导 的 控 制 4,6。此 外 , 酪醇 对 嗜 中 性 粒 细 胞 表 现 出 抑

15、 制 活 性 , 这 是 通 过 干 扰 这 些 吞噬 细 胞 的 氧 化 迸 发 做 到 的 14。2.2 其 他 真 菌 中 QSMsChen 和 Fink7报 道 芳 香 醇 苯 乙 醇 和 色 氨 醇 是 酿 酒 酵母 (Saccharomyces cerevisiae)响 应 氮 饥 饿 状 态 下 分 泌 的 形态 变 化 QSMs, 表 明 与 细 菌 中 的 发 现 类 似 , 营 养 感 应 和 QS相 互 关 联 , 且 苯 乙 醇 和 色 氨 醇 诱 导 菌 丝 体 生 长 的 效 应 可 能具 有 协 同 作 用 7。受 氮 营 养 缺 乏 激 活 的 信 号 转 导

16、途 径 之 一Ras-cAMP 依 赖 的 蛋 白 激 酶 (PKA)途 径 影 响 , 在 这 一 过 程中 主 导 丝 状 生 长 的 基 因 Flo11 的 表 达 量 提 高 5 倍 多 7。此外 有 研 究 者 指 出 , 酿 酒 酵 母 菌 的 细 胞 凋 亡 机 制 与 群 体 感 应有 关 , 群 体 密 度 影 响 诱 发 细 胞 凋 亡 的 基 因 损 伤 临 界 值 , 其通 信 分 子 是 信 息 素 和 氨 15。新 型 隐 球 菌 (Cryptococcus neoformans)血 清 型 D 的 一 般 阻 抑 物 TUP1 的 突 变 体 也 存在 QS 行

17、为 16, 突 变 体 显 示 出 由 寡 肽 介 导 的 细 胞 密 度 依 赖性 生 长 。当 接 种 密 度 低 于 103个 细 胞 /mL 时 突 变 体 不 生 长 , 加 入 含 有 与 其 活 性 相 关 寡 肽 的 突 变 体 高 密 度 培 养 物 CM可 以 使 突 变 体 恢 复 生 长 。但 这 种 群 体 感 应 现 象 存 在 特 异 性 , 在 野 生 菌 株 中 并 未 发 现 16。Albuquerque 等 17观 察 到 新 型低 密 度 下 CM 可 诱 导 隐 球 酵 母 细 胞 的 生 长 、黑 化 和 GXM分 泌 等 , 对 CM 成 分 进

18、行 质 谱 分 析 表 明 起 作 用 的 物 质 是 泛酸 (pantothenic acid, PA), 还 发 现 CM 也 能 促 进 白 隐 球 酵 母 、白 色 念 珠 菌 、酿 酒 酵 母 菌 生 长 。3 法 尼 醇 的 生 理 效 应3.1 影 响 菌 丝 形 成Hornby 等 3表 示 , 商 业 和 条 件 培 养 基 (conditioned media, CM)纯 化 的 法 尼 醇 由 3 种 不 同 的 芽 管 形 成 诱 导 物(germ tube formation inducers)触 发 抑 制 菌 体 从 酵 母 向 菌 丝体 转 化 : L-脯 氨

19、酸 , N-乙 酰 葡 萄 糖 胺 和 血 清 。宏 观 表 现 为 , 细 胞 密 度 低 于 106个 /mL 时 , 白 色 念 珠 菌 呈 丝 状 生 长 , 而密 度 较 高 时 以 出 芽 酵 母 形 态 生 长 3。然 而 其 对 真 菌 生 长 速率 无 影 响 3, 对 已 经 待 发 育 成 菌 丝 体 的 细 胞 也 没 有 作 用 18。3.2 影 响 生 物 膜 形 成法 尼 醇 可 影 响 生 物 膜 形 成 的 多 个 阶 段 , 包 括 细 胞 粘附 到 基 底 、成 熟 生 物 膜 的 构 建 及 生 物 膜 细 胞 的 离 散 。Ramage 等 19首 次

20、 证 实 了 法 尼 醇 对 生 物 膜 发 育 的 影 响 , 他们 发 现 法 尼 醇 抑 制 生 物 膜 的 效 果 与 生 物 膜 的 时 相 有 关 。其可 以 抑 制 早 期 粘 附 阶 段 (02 h)及 成 熟 阶 段 (24 h)的 生 物 膜 , 但 对 微 克 隆 及 菌 丝 形 成 阶 段 (26 h)的 生 物 膜 无 影 响 。目 前 , 法 尼 醇 抑 制 白 色 念 珠 菌 生 物 膜 形 成 的 机 制 尚 未 完 全 清 楚 , 但 体 外 实 验 提 示 可 能 与 其 影 响 菌 体 形 态 转 换 及 粘 附 性 能 有关 。法 尼 醇 作 用 的 生

21、 物 膜 的 微 阵 列 分 析 显 示 , 除 了 与 菌 丝形 成 相 关 的 基 因 之 外 , 与 抗 药 性 、细 胞 壁 维 持 、细 胞 表 面亲 水 性 、铁 转 运 和 热 休 克 蛋 白 相 关 的 基 因 也 受 影 响 20。3.3 氧 化 应 激Westwater 等 5研 究 表 明 , 来 自 白 色 念 珠 菌 固 定 相 培养 物 的 条 件 培 养 基 赋 予 过 氧 化 氢 和 超 氧 阴 离 子 产 生 剂 甲萘 醌 和 黄 体 素 诱 导 的 氧 化 应 激 保 护 作 用 , 纯 化 的 法 尼 醇部 分 重 现 了 CM 的 作 用 , 这 表 明

22、 法 尼 醇 作 为 抗 氧 化 剂 的功 能 。Shirtliff 等 21研 究 表 明 40 mol/L 或 100 mol/L 的法 尼 醇 能 够 诱 导 白 色 念 珠 菌 中 参 与 防 止 氧 化 应 激 反 应 的蛋 白 的 上 调 。3.4 调 节 药 物 流 出Sharma 等 22首 先 发 现 法 尼 醇 是 白 色 念 珠 菌 药 物 外 排泵 蛋 白 的 调 节 因 子 , 其 特 异 性 调 节 由 三 磷 酸 腺 苷 结 合 体 转运 子 (adenosine triphosphate binding cassette, ABC)介 导 的白 色 念 珠 菌

23、药 物 流 出 , 而 不 影 响 主 要 促 进 剂 超 家 族 (major facilitator super family, MFS)多 药 物 挤 出 泵 蛋 白 CaMdr1p。此 外 , 法 尼 醇 通 过 增 加 活 性 氧 (ROS)水 平 白 色 念 珠 菌 来 增强 对 唑 类 和 多 烯 的 作 用 22。Yu 等 23通 过 体 外 诱 导 氟 康 唑耐 药 株 研 究 法 尼 醇 对 白 色 念 珠 菌 耐 药 性 的 影 响 , 发 现 其 抑制 甾 醇 合 成 途 径 ERG 基 因 的 表 达 , 可 减 弱 白 色 念 珠 菌 对氟 康 唑 的 耐 药 性

24、3.5 白 色 念 珠 菌 活 性法 尼 醇 对 白 色 念 珠 菌 不 仅 是 群 体 感 应 分 子 也 是 毒 性介 质 体 外 实 验 发 现 2050 mol/L 的 法 尼 醇 可 以 抑 制 甚 至杀 死 多 种 哺 乳 动 物 类 细 胞 系 某 些 细 菌 及 真 菌 24但 白 色念 珠 菌 对 法 尼 醇 异 常 耐 受 , 300 mol/L 的 法 尼 醇 亦 不 能 改变 其 增 长 率 3,19。Langford 等 25发 现 白 色 念 珠 菌 对 法 尼 醇第 3 期 柯 慧 慧 , 等 : 真 菌 群 体 感 应 分 子 法 尼 醇 及 其 作 用 机 制

25、 3的 敏 感 性 受 环 境 条 件 和 自 身 生 长 阶 段 影 响 , 指 数 生 长 期 的白 色 念 珠 菌 较 稳 定 生 长 期 的 耐 受 研 究 还 发 现 培 养 基 营 养丰 富 的 白 色 念 珠 菌 对 法 尼 醇 的 耐 受 性 强 , 提 示 能 源 在 法 尼醇 耐 受 中 起 一 定 作 用 25有 研 究 显 示 , 法 尼 醇 具 诱 发 白 色念 珠 菌 细 胞 凋 亡 的 作 用 。Shirtliff 等 21提 出 法 尼 醇 通 过 活化 白 色 念 珠 菌 中 一 种 推 定 存 在 的 半 胱 天 冬 酶 诱 导 菌 体 凋 亡 , Zhu

26、等 26进 一 步 报 道 Cdr-1 调 节 的 谷 胱 甘 肽 外 排 可 能 是 法尼 醇 诱 导 白 色 念 珠 菌 凋 亡 的 机 制 之 一 Lger 等 27提 出 类半 胱 天 冬 酶 细 胞 凋 亡 酶 (metacaspase)Mca1p 可 能 是 联 系 白色 念 珠 菌 固 有 凋 亡 和 非 固 有 凋 亡 的 枢 纽 , 在 法 尼 醇 诱 导 的凋 亡 中 起 双 重 作 用 3.6 对 其 他 微 生 物 的 作 用Machida 等 28报 道 , 25 mol/L 的 法 尼 醇 抑 制 酿 酒 酵母 生 长 而 不 损 害 细 胞 活 力 , 这 种 抑

27、 制 与 G1 细 胞 周 期 停 滞和 细 胞 内 二 酰 基 甘 油 (DAG)水 平 显 着 降 低 有 关 。DAG 水 平降 低 导 致 调 节 细 胞 增 殖 和 响 应 DAG 生 长 的 蛋 白 激 酶C(PKC)信 号 通 路 失 活 。他 们 还 表 示 法 尼 醇 通 过 抑 制 酿 酒 酵母 中 的 线 粒 体 电 子 传 递 链 诱 导 ROS 形 成 , 因 此 认 为 ROS生 成 是 导 致 依 赖 于 PKC 途 径 的 细 胞 阻 滞 的 替 代 信 号 29。已 报 道 , 法 尼 醇 触 发 构 巢 曲 霉 (Aspergillus nidulans)真

28、 菌 凋亡 的 机 制 依 赖 于 线 粒 体 功 能 , 并 涉 及 ROS、FadA 异 源 三聚 体 G 蛋 白 和 (ADP-核 糖 )聚 合 酶 (PARP)的 产 生 (作 用 于DNA 损 伤 )30。Salvodi 等 31发 现 可 形 成 自 噬 体 的 ATG8 基因 的 突 变 体 对 法 尼 醇 作 用 敏 感 , 而 蛋 白 激 酶 c 突 变 体(calC2)更 具 抗 性 , 提 示 这 种 凋 亡 可 能 依 赖 于 自 噬 和 蛋 白 激酶 C(pkcA)功 能 。法 尼 醇 影 响 黑 曲 霉 (Aspergillus niger)形态 , 浓 度 高 于

29、 10 mmol/L 的 法 尼 醇 就 可 完 全 抑 制 分 生 孢 子生 长 并 导 致 环 腺 苷 酸 (cAMP)水 平 十 倍 地 下 降 32。Dichtl 等33研 究 表 明 法 尼 醇 抑 制 人 类 病 原 体 烟 曲 霉 (Aspergillus fumigatus)野 生 型 细 胞 生 长 , 作 为 细 胞 壁 应 激 剂 , 抑 制 细 胞壁 完 整 性 信 号 通 路 , 导 致 tiplocalized Rho 蛋 白 错 误 放 置 , 引 发 菌 丝 形 态 问 题 。法 尼 醇 对 禾 谷 镰 刀 菌 (Candida dubliniensis)具 有

30、 诱 导 细 胞 凋 亡 和 影 响 大 分 生 孢 子 产 生 、发育 、萌 发 、存 活 的 作 用 , 因 此 可 作 为 潜 在 的 新 型 抗 真 菌 剂 34。法 尼 醇 抑 制 假 丝 酵 母 (Candida dubliniensis)中 菌 丝 和 假 菌丝 的 形 成 35。外 源 添 加 法 尼 醇 可 引 起 近 平 滑 假 丝 酵 母(Candida parapsilosis)短 暂 性 生 长 停 滞 36, 在 暴 露 于 50 mol/L 的 法 尼 醇 2 h 后 , 20%的 Candida parapsilosis 细 胞死 亡 , 此 效 应 可 能 与

31、 参 与 细 胞 衰 老 的 基 因 过 表 达 相 关 36。同 时 法 尼 醇 还 抑 制 Candida parapsilosis 生 物 膜 形 成 , 对 比白 色 念 珠 菌 基 因 表 达 研 究 , 法 尼 醇 对 Candida parapsilosis主 要 影 响 是 氧 化 还 原 酶 和 参 与 甾 醇 代 谢 的 基 因 表 达 的 改 变36。法 尼 醇 能 抑 制 耻 垢 分 枝 杆 菌 (Mycobacterium smegmatis)多药 物 外 排 泵 , 降 低 溴 化 乙 锭 和 利 福 平 对 耻 垢 分 枝 杆 菌 的 最小 抑 制 浓 度 37;

32、 其 还 可 抑 制 铜 绿 假 单 胞 菌 (Pseudomonas aeruginosa)喹 诺 酮 信 号 (Pseudomonas quinolone signal, PQS)的生 物 合 成 , 从 而 减 少 PQS 调 节 的 毒 力 因 子 绿 脓 菌 素 产 生 38。研 究 认 为 法 尼 醇 的 作 用 是 由 于 ROS 诱 导 , 因 为 抗 氧 化 剂存 在 时 效 应 降 低 , 并 且 类 似 于 铜 绿 假 单 胞 菌 添 加 过 氧 化 氢时 反 应 39。另 一 方 面 , 研 究 指 出 铜 绿 假 单 胞 菌 通 过 信 号 分子 3-oxo-C12-

33、HSL 抑 制 白 色 念 珠 菌 形 态 转 换 40, 这 表 明 真菌 间 存 在 信 号 分 子 介 导 的 跨 界 相 互 作 用 。法 尼 醇 可 降 低 哺乳 动 物 宿 主 细 胞 Th1 细 胞 因 子 IFN-和 IL-12 的 水 平 , 诱导 Th2 细 胞 因 子 IL-5 表 达 , 这 表 明 其 也 可 以 抑 制 白 色 念珠 菌 的 全 身 感 染 免 疫 应 答 41。此 外 , 法 尼 醇 还 增 加 白 色 念珠 菌 细 胞 壁 病 原 体 相 关 分 子 模 式 (pathogen-associated molecular patterns, PAM

34、Ps)的 反 应 , 增 加 炎 症 和 调 节 细 胞因 子 在 小 鼠 巨 噬 细 胞 细 胞 系 中 的 体 外 表 达 42。在 细 胞 壁 病原 体 相 关 分 子 模 式 缺 失 下 , 法 尼 醇 抑 制 抵 抗 粘 膜 和 全 身 性念 珠 菌 病 的 关 键 细 胞 因 子 IL-6 产 生 42,43; 其 还 通 过 诱 导巨 噬 细 胞 的 氧 化 应 激 和 凋 亡 来 抑 制 鼠 巨 噬 细 胞 对 白 色 念 珠菌 的 抗 菌 活 性 44; 其 诱 导 人 精 子 的 凋 亡 和 坏 死 , 表 明 微 生物 和 宿 主 不 育 之 间 可 能 联 系 45。4

35、 QS 信 号 通 路 和 受 体法 尼 醇 在 白 色 念 珠 菌 中 的 信 号 通 路 和 受 体 是 目 前 研究 进 展 较 多 的 领 域 , 本 部 分 将 以 法 尼 醇 为 例 阐 述 QS 中 群体 感 应 分 子 微 观 作 用 机 制 。4.1 法 尼 醇 调 控 白 色 念 珠 菌 形 态 转 换 和 生 物 膜 形 成目 前 , 认 为 法 尼 醇 通 过 至 少 3 条 信 号 通 路 影 响 白 色念 珠 菌 形 态 转 换 (图 1)。Cek1 促 分 裂 素 原 活 化 蛋 白 激 酶(mitogen-activated protein kinase, MA

36、PK)信 号 通 路 在 白 色念 珠 菌 中 参 与 菌 丝 形 成 , 法 尼 醇 在 白 色 念 珠 菌 的 Cek1p 磷酸 化 中 起 抑 制 作 用 , 从 而 调 控 菌 体 形 态 转 换 46。Sato 等 47使 用 RT-PCR 分 析 发 现 法 尼 醇 处 理 后 的 白 色 念 珠 菌 细 胞中 MAPK 级 联 中 的 信 使 核 糖 核 苷 酸 (HST7 和 CPH1)显 著降 低 , 推 测 法 尼 醇 通 过 HST7/CPH1 MAPK 级 联 通 路 抑 制菌 丝 形 成 ; 进 一 步 研 究 发 现 , CPH1 可 能 只 是 法 尼 醇 作 用

37、 的次 要 靶 点 , 因 为 法 尼 醇 对 cph1 缺 陷 株 的 酵 母 -菌 丝 转 换 同样 有 抑 制 效 果 48。参 与 菌 丝 形 成 的 Ras1p-cAMP-PKA 信号 通 路 是 目 前 研 究 最 多 的 信 号 通 路 , 很 多 实 验 证 实 法 尼 醇通 过 下 调 Rasp1p 信 号 通 路 抑 制 酵 母 -菌 丝 转 换 。法 尼 醇 通过 直 接 抑 制 腺 苷 酸 环 化 酶 (Cyr1p)活 化 49或 影 响 Rasp1p 膜定 位 50, 从 而 影 响 环 磷 酸 腺 苷 (cAMP)信 号 通 路 , 抑 制 菌 丝生 长 。Davi

38、s-Hanna 等 48实 验 表 明 外 源 加 入 cAMP 的 类 似物 如 联 丁 酰 基 环 磷 酸 腺 苷 (db-cAMP)可 抵 消 法 尼 醇 作 用 , 恢 复 菌 丝 生 长 。Ras1 信 号 通 路 下 游 信 号 分 子 Czf1 也 被 证实 参 与 法 尼 醇 调 节 的 白 色 念 珠 菌 形 态 转 换 51。Lu 等 52研究 发 现 , 菌 丝 形 成 启 动 既 需 要 下 调 依 赖 cAMP-PKA 信 号通 路 的 基 因 NRG1 转 录 , 又 需 要 Sok1 调 节 的 Nrg1 蛋 白 的降 解 , 后 者 被 泛 素 连 接 酶 Ub

39、r1 调 节 的 Cup9 降 解 激 活 因此 , 法 尼 醇 是 通 过 抑 制 Cup9 降 解 控 制 白 色 念 珠 菌 的 菌 丝形 成 启 动 双 组 分 信 号 转 导 蛋 白 Chk153和 转 录 阻 抑 蛋 白Tup140在 法 尼 醇 抑 制 白 色 念 珠 菌 丝 状 形 成 中 也 起 着 重 要作 用 , 但 上 游 信 号 尚 有 待 进 一 步 研 究 此 外 , Lindsay 等 54首 次 提 出 法 尼 醇 可 促 进 固 体 及 液 体 培 养 基 中 的 白 色 念 珠 菌菌 丝 -酵 母 转 换 , 可 能 是 通 过 抑 制 cAMP 信 号

40、通 路 来 调 节已 存 在 的 菌 丝 细 胞 的 形 态 。深 入 研 究 发 现 , 法 尼 醇 引 起 鸟4 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 8 卷嘌 呤 核 苷 酸 结 合 蛋 白 Ras1 裂 解 形 态 增 多 , 参 与 菌 丝 -酵 母转 化 55。法 尼 醇 抑 制 白 色 念 珠 菌 生 物 膜 形 成 的 机 制 尚 未 完 全清 楚 , 体 外 实 验 揭 示 可 能 与 其 影 响 白 色 念 珠 菌 形 态 转 换 及粘 附 性 能 有 关 。粘 附 主 要 通 过 一 类 名 为 粘 附 素 的 细 胞 壁 蛋白 介 导 , 法 尼 醇 可 以 阻

41、止 白 色 念 珠 菌 粘 附 至 固 体 表 面 或 细胞 间 粘 附 56,57。白 色 念 珠 菌 通 过 几 种 与 菌 丝 形 成 相 关 的 信号 级 联 通 路 , 如 Ras1p-cAMP-PKA 及 MAPK 信 号 通 路 58控 制 不 同 粘 附 素 的 合 成 法 尼 醇 可 能 通 过 调 节 上 述 与 菌 丝形 成 相 关 的 信 号 通 路 , 或 下 调 分 泌 型 天 冬 氨 酸 蛋 白 酶Sap2Sap4Sap5Sap6 来 抑 制 白 色 念 珠 菌 的 粘 附 能 力 59白 色 念 珠 菌 的 粘 附 能 力 与 菌 丝 形 成 能 力 紧 密 相

42、 关 , 因 此 关于 法 尼 醇 抑 制 生 物 膜 形 成 的 研 究 多 侧 重 于 讨 论 法 尼 醇 影 响菌 丝 形 成 的 机 制 4.2 法 尼 醇 调 控 白 色 念 珠 菌 抗 氧 化 应 激 反 应目 前 法 尼醇增强白色念珠菌抗氧化应激能力的机制研究较少, 主要涉及以下几条重要的信号通路。Smith 等 60证实法尼醇可诱导 HOG1 促 分 裂 原 活 化 蛋 白 (mitogen-activated protein, MAP)激 酶 磷 酸 化 , 继 而 激 活 应 激 相 关 基 因 的 转 录 参与 应 对 高 水 平 的 氧 化 应 激 Deveau 等 6

43、1发 现 , 法 尼 醇 通 过 抑制 cAMP 信 号 通 路 增 强 白 色 念 珠 菌 抗 氧 化 应 激 反 应 能 力Cp 等 62提 到 法 尼 醇 诱 导 的 高 浓 度 的 活 性 氧 和 可 透 过 膜 的过 氧 化 氢 可 能 作 为 另 一 种 细 胞 间 信 号 分 子 参 与 法 尼 醇 信 号 通路 图 1 法 尼 醇 调 控 白 色 念 珠 菌 形 态 转 换 信 号 通 路 和 受 体 图Fig.1 Signaling pathways and receptors of farnesol in Candida albicans morphological reg

44、ulation第 3 期 柯 慧 慧 , 等 : 真 菌 群 体 感 应 分 子 法 尼 醇 及 其 作 用 机 制 5图 2 法 尼 醇 调 控 白 色 念 珠 菌 抗 氧 化 应 激 信 号 通 路 和 受 体 图Fig. 2 Signaling pathways and receptors of farnesol against oxidative stress in Candida albicans4.3 法 尼 醇 其 他 生 理 效 应 作 用 机 制除 以 上 提 及 到 的 法 尼 醇 发 挥 生 理 效 用 作 用 的 靶 点 和参 与 的 信 号 通 路 外 , 法 尼 醇

45、 也 通 过 参 与 其 他 不 同 的 途 径 调节 白 色 念 珠 菌 等 真 菌 。如 法 尼 醇 诱 导 白 色 念 珠 菌 凋 亡 的 机制 之 一 即 是 Cdr-1 调 节 的 谷 胱 甘 肽 外 排 26, 法 尼 醇 诱 导 的构 巢 曲 霉 凋 亡 可 能 依 赖 于 自 噬 和 蛋 白 激 酶 C(pkcA)功 能 31。在 抑 制 人 类 病 原 体 烟 曲 霉 野 生 型 细 胞 的 生 长 中 , 法 尼 醇 作为 细 胞 壁 应 激 剂 , 抑 制 细 胞 壁 完 整 性 信 号 通 路 , 导 致tiplocalized Rho 蛋 白 错 误 放 置 , 引

46、发 菌 丝 形 态 问 题 33。法尼 醇 通 过 降 低 Th1 细 胞 因 子 IFN-和 IL-12 水 平 , 诱 导Th2 细 胞 因 子 IL-5 表 达 抑 制 白 色 念 珠 菌 的 全 身 感 染 免 疫应 答 41; 其 可 通 过 抑 制 甾 醇 合 成 途 径 的 ERG 基 因 的 表 达 , 减 弱 白 色 念 珠 菌 对 氟 康 唑 的 耐 药 性 5 结 论 与 展 望与 细 菌 群 体 感 应 系 统 相 比 , 真 菌 群 体 感 应 系 统 的 研究 刚 刚 开 始 , 诸 如 真 菌 群 体 感 应 信 号 分 子 的 受 体 或 靶 标 蛋白 、转 录

47、 因 子 以 及 信 号 转 导 途 径 、靶 基 因 的 调 控 和 其 它 生物 学 功 能 都 有 待 进 一 步 研 究 。一 旦 确 定 了 真 菌 群 体 感 应 对病 原 真 菌 致 病 性 的 重 要 作 用 和 作 用 机 制 , 就 可 以 开 发 以 真菌 群 体 感 应 为 靶 点 的 新 型 抗 菌 药 物 或 技 术 手 段 , 从 而 达 到有 益 于 人 类 的 目 的 。参 考 文 献1 Bassler BL. How bacteria talk to each other: regulation of gene expression by quorum se

48、nsing J. Curr Opin Microbiol, 1999, 2(6): 582587.2 De Kievit TR, Iglewski BH. Bacterial quorum sensing in pathogenic relationships J. Infect Immun, 2000, 68(9): 48394849.3 Hornby JM, Jensen EC, Lisec AD, et al. Quorum sensing in the dimorphic fungus Candida albicans is mediated by farnesol J. App En

49、viron Microb, 2001, 67(7): 29822992.4 Chen H, Fujita M, Feng Q, et al. Tyrosol is a quorum-sensing molecule in Candida albicans J. PNAS, 2004, 101(14): 50485052.5 Westwater C, Balish E, Schofield DA. Candida albicans-conditioned medium protects yeast cells from oxidative stress: a possible link between quorum sensing and oxi