中国实验诊断学20O9年1月第13卷第1期 ・--——137・——— [19]Shen KZ,Lagrutta A,Davies NW,Standen NB,Adelman JP,North RA. teinase-like domain attheCOOHtennitlu8ofSlo,q ̄ ̄calcimu-activated Tetmethylanm',tmium block of Slowpoke calcium-activated potassium Imtsesimu channels[J].Gen Phy ̄ol,1996,108(6):473. channel expressed in Xenopus ooeytse:effclence for tetramefie channel [22]& ent CA,Grove ̄GJ,Antnoaccio MJ,McCullough JR.The cardiopro— fommfinoEJ].Pflugers Arch,1994,426(5):440. tcotiv ̄,vasorelaxant and dectrophysiological pP0 ̄l ̄ofthe 1a condue— [20]Harvey AL,Vatarqanor H,Rowan EG,Pinkasfeld S,Vita C,Menes A, tanee calcium-activab ̄d optassimu channel晖 Ns-0o4[j].Pharmacol Martin Eauclaire MF.Structure- ̄ ̄tlvity studise on scorpion toxins that Exp Ther,1993,266(3):1422. blcok optassimu channels[J].Toxicon,1995,33(4):425. [23]Schubea D,Klier fE.sIlbsbmnlm regulation ofneurite fasciculation[J]. [21]Moss GW,Marshall J,Moczydlowski E.Hypothesis for a serine pro- Brain Res,1991,549(2):305. (收稿日期;2007—11—11) 文章编号:1007—4287(2009)01—0137—04 铜绿假单胞菌生物被膜研究进展 张连波 ,高庆国 ,张广 (1.吉林大学中13联谊医院整形外科;2.甲状腺外科,吉林长春130033) 细菌生物被膜(Bacterial Bioifh=)是指细菌黏附 蛋白、多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白等多糖蛋白复合 于惰性或者活性实体表面、繁殖、分化并分泌大量胞 物,与物体表面受体聚集在一起黏附于其表面,粘结 外多聚基质包被其外形成的微菌落聚集体,是细菌 单个细胞形成微菌落,它们中的一些或全体是细菌 相互粘连并将其自身克隆聚集缠绕其中形成的膜样 寄居的受体。可以以静电力非特异或特异的粘连方 物[11。这些物质可以是无生命的物质或有生命的物 式在细胞之间或细胞与表面粘连,一旦粘连于基质 质如给排水管道、生物材料及植入的各种导管、人体 则形成大量的不溶解的细胞外聚合物,这些细菌聚 组织表面如牙龈、支气管、尿道等 J。临床上许多难 合物能够混合其他种类的细胞外多聚体、宿主细胞 治性感染与此相关,它在院内感染中占到了6o%以 或血小板形成混合的生物被膜,抵抗宿主的免疫反 上【3,3j是细菌为适应环境、有利于生存而特有的生命 应及抗生素的攻击。藻酸盐被铜绿假单胞菌在活体 现象。然而游离的单个细胞却是实验室的主要研究 内产生,而且藻酸盐抗体在铜绿假单胞菌感染住院 对象[ 。早在1943年,Zobell就提出生物被膜并对 病人体内检测到 5,这些多糖藻酸盐结构主要成份 其进行过描述,生物被膜相关理论是1978年由 是甘露糖醛酸和古洛糖醛酸【66。研究表明铜绿假单 JCosterton等人首次提出的,但直到20世纪80年代 胞菌可以分成粘液型及非粘液型两种表型,粘液型 初,人们才对生物被膜进行深入的研究,1987年他 铜绿假单胞菌可借助其表面分泌的藻酸盐,而黏附 又报道了细菌生物被膜的致病特性。 于异物表面。Sauer K等在流动的介质中建立的铜 据报道无论哪种细菌在成熟条件下都可以形成 绿假单胞菌生物被膜模型,发现粘液型菌株的生物 生物被膜,一种生物被膜可由同种或不同种微生物 被膜为塔状或蘑菇状,非粘液型菌株的生物被膜为 形成。生物被膜的性质不同于浮游有机体,生物被膜 薄膜状[ 。藻酸盐是由甘露糖醛酸以6-1,4糖苷键 对抗生素及宿主的免疫反应是不敏感的,临床上发现 连接而成的多糖醛酸,与多数多糖一样,经强酸处理 即使反复试验证明有效的药物,但也不能清除生物被 可脱水生成糠醛或其衍生物,再与酚类、胺类化合物 膜,导致感染迁延不愈,浪费了大量的人力及物力,形 作用,生成有特殊颜色的物质,从而得以定量。 成了公共卫生问题,因而有关生物被膜的研究亦日益 据报道生物被膜中的结构细菌及粘附的基底层 增多起来。本文拟对铜绿假单胞菌生物被膜做以综 均带负电荷,互相排斥,但因为范德华力和疏水力可 述,为铜绿假单胞菌病因学的研究提供参考。 使细菌靠近基底层面便于其粘附,同时粘附素与受 1生物被膜的组成成分 体之间的作用也促进细菌粘附,接着细菌分泌细胞 生物被膜的组成成分包括粘液多糖蛋白及表面 外基质与基底层牢固结合,使粘附更牢固而不可逆; 此外,由于大多数多糖蛋白复合物带负电荷,可从周 *通讯作者 围环境中吸引各种有机物或无机物,所以不同细菌 一138一 Chin J Lab Di蜊,January,2009。V0l 13,No.1 及不同环境下生物被膜形态有所不同,如铜绿假单 细菌产生的水解酶如j3一内酰胺酶、过氧化氢酶等被 胞菌表面形成一种柔韧的、有一定厚度的、并突向介 质内的多糖蛋白复合物;而克雷伯杆菌的多糖复合 吸附其上,也可水解或钝化一部分抗菌药物,从而使 渗入并接触生物被膜的抗菌药物大大减少,达不到 物则僵硬且均匀完整地分布于细菌表面;然而不同 生物被膜却有着相似的结构,都由水化的多阴离子 基质和不同浓度的包绕于其中的细菌细胞所组成。 2生物被膜的形态学 抑菌、杀菌浓度;另外,多糖蛋白复合物还可以延缓 大多数抗菌药物的扩散,并且其溶解物在生物被膜 内的扩散要远比其在水中的扩散慢【10],所以细胞外 7O年代通过扫描电镜观察到了细菌生物被膜 的存在,显示生物被膜为纤维膜或薄膜样结构;被钉 蛋白多糖的屏障作用曾被认为是生物被膜耐药的主 要机制。但是当蛋白多糖的结合位点饱和、灭活酶 消耗尽时抗菌药物仍能进入内部,甚至到达深层,但 红染色及透射电子显微术证实生物被膜的特征是细 胞外多聚体而不是细胞L8J,为多糖包围细菌,电子显 微镜下显示细的丝状物质连接细胞于表面或者是大 片的非晶状物质在表面;SEM显示与基质相似的结 构或者带有铜绿假单胞菌聚集物的细菌絮状物,这 些结构符合多糖的分析L9j,显示野生型铜绿假单胞 菌生物被膜呈大片状较厚,有孔状通道的成熟生物 被膜结构,而RhlR/LasR或Lasl/RhlI突变株生物被 膜则是稀薄的;细菌生物被膜被结晶紫染色后,共焦 点显微镜可以观察含水的横的或垂直的生物被膜切 片以及有生命的生物被膜结构,且分析是无害的,以 原位观察活体生物被膜时,发现生物被膜并非一层 致密的膜,而是内有相互交通的水通道,代谢产物也 可以经此排出,能运送直径0.3 p.m物质通过生物被 膜,生物被膜内水通道及其内液体对流的发现是生 物被膜结构认识上的重大突破。有人认为水通道类 似于高级生物的循环系统,足以让细菌生长需要的 营养物质进入被膜深层,代谢废物也可由此排出;然 而CLSM不能应用于不透明的材料中,而且ATP生 物发光及光比色法也不适用于生物被膜的定量研 究[10 】。 3生物被膜中的细菌对抗茵药物抵抗的原因 细菌在生物被膜中是抵抗抗生素的,即使针对 微生物的最小有效抑菌浓度对生物被膜来说也是低 的,在生物被膜中的铜绿假单胞菌可以耐受1000~ 2000倍的浮游菌MIC的浓度H 。显示生物被膜是 细菌抵抗抗生素的主要因素,具体的耐药机制还不 是很清楚,可能与以下因素有关: 3.1细胞外蛋白多糖(exopolysaccharide,EPS)的屏 蔽作用生物被膜的特有结构带有大量的阴离子, 可以通过氢键、共价键、范德华力吸附一部分带有阳 离子的抗菌药物,阻止抗菌物质的渗入;并能结合、 滞留一部分抗菌药物而削弱其杀菌作用;而且还带 有许多钝化酶、水解酶、过氧化氢酶而能灭活部分抗 菌药物;同时,许多易于固定在多糖蛋白复合物上的 还是无法消灭生物被膜,故还可能有其他的耐药机 制存在。 3.2生物被膜中细菌的生理状态在生物被膜内 细菌具有较多的代谢状态,因而在不同条件下均可 有部分菌存活[3,12J,在生物被膜表层的细菌容易获 得营养而代谢相对活跃,菌体相对较大,与浮游菌性 质相似。但细菌的毒力总体下降,这是所有生物被 膜菌的共同特性,因为在生物被膜深层的细菌繁殖 能力弱且体积小,被多糖蛋白复合物包绕而与外界 沟通机会少,自然获取的营养也少,且其代谢产物堆 积,所以基本上处于一个低营养物质、低氧分压及高 代谢产物的微环境,因而细菌生长速度缓慢,大多数 处于Go期;一部分细菌呈类似芽孢菌的分化状态, 代谢活性低,几乎处于休眠状态。生物被膜内细菌 对各种物理、化学、生物学等应激反应不敏感,自然 对药物也不敏感[nJ。除了细菌本身生理状态差异 外,特定营养成分的缺失也可以影响细菌的生理状 态,如在缺镁的情况下铜绿假单胞菌对氨基糖苷类 药物、多粘菌素B和EDTA的耐药性显著升高;此 外,生物被膜周围的钙质、血小板、红细胞及纤维蛋 白的沉积,也可增强生物被膜的强度,促使其耐药。 3.3生物被膜对抗生素及消毒剂的抵抗特性单 个生物被膜中可有多种微生物共生,彼此具有协同 保护作用,如产生B一内酰胺酶的菌种可保护不产生 此酶的微生物免遭青霉素杀伤,同时生物被膜具有 使抗氧化剂,次氯酸盐,过氧化氢等失活的能力,且 其失活的速度高于其生物被膜扩散的速度,使生物 被膜内的细菌得以启动耐药基因,如抗生素水解酶 的表达【 引。 3.4藻酸盐的作用 藻酸盐是生物被膜的主要成 分之一,它的机械屏障作用是其抗药的机制之一,可 以使原来敏感的抗生素很难穿透藻酸盐膜,无法与 细菌接触;此外,还可通过氢键、范德华力、共价键吸 附一部分抗菌药物;藻酸盐还可以直接抑制中性粒 细胞、巨噬细胞趋化及吞噬作用,引起免疫逃逸;阻 中国实验诊断学2OO9年1月第13卷第1期 断中性粒细胞的钙通道,同时避免与巨噬细胞相互 作用,使中性粒细胞不能表达与趋化性有关的受体, 趋化性减弱,菌膜周边组织的炎性反应减弱,白细胞 释放因子减少;藻酸盐有很强的免疫原性,刺激机体 发生免疫反应,产生IL-8、IL-12、IFN一7及白细胞源性 B4产物,刺激炎症反应。 3.5生物被膜的分散临床上在治疗细菌感染性 疾病时显示临床治愈,但其体内的细菌并未清除掉, 当身体抵抗力降低、停用抗生素及外界环境改变时, 这些细菌又从生物被膜中游离出来,加速繁殖,引起 再次感染发作,如生物被膜的特殊结构具有使细菌 从成熟生物被膜的脱落、分散的特性,与临床感染性 疾病的难治性有很大关系。 4影响生物被膜形成的因素 4.1细菌附着于固体及液体表面的时间 微生物 必须长时间附着于固体或液体的表面以产生不可逆 的附着,Hinsa等证实开始的生物被膜是松弛的不稳 定的可逆性附着,随后变为稳定的不可逆的黏 。5l。 4.2鞭毛及其摆动功能是形成生物被膜的必要因 素铜绿假单胞菌具有悬浮及涌动的能力,即四型 鞭毛介导的表面粘着能力,这些能力促进细菌的寄 居而促成致病过程。铜绿假单胞菌Ⅳ型纤毛是由 15 KDa的菌毛单体构成的,且黏着于宿主细胞也是 通过Ⅳ型纤毛,特别是介导Ⅳ型纤毛的C末端ll 。 鞭毛可以吸收结合与生物被膜形成有关的聚磷酸 脂,结合后鞭毛回缩,将聚磷酸脂运输到膜的感受器 处[17],纤毛介导的DNA的结合在生物被膜形成上 也起到很重要的作用_18_。 4.3中性粒细胞促进铜绿假单胞菌生物被膜的生 物合成铜绿假单胞菌为了抵抗中性粒细胞的监 视,加速生物被膜的形成u 。体外试验显示当中性 粒细胞存在时细菌贴壁增多,且生物被膜厚,加入 DNA酶则分解肌动蛋白DNA,且分解铜绿假单胞菌 细胞,抑制生物被膜的形成。 4.4切力的影响许多的生物被膜在体外静止状态 下的研究被执行是为了研究铜绿假单胞菌的病原 性[ ,事实上生物被膜形成过程是有血流的作用在 其中的,因此动态的条件能够模拟真实的过程,切力 应该是评价细菌生长、附着、生物被膜形成的一个参 数 21,有切力的存在将影响生物被膜的形成。 4.5生物被膜形成与No浓度及MucA基因有关 微点阵研究显示铜绿假单胞菌暴露于NO时黏着 反应减少[笼 ;Yoon[矧显示细菌寄居在缺氧的生物被 ___——139---—— 膜内和rhl基因缺乏时会被NO代谢自杀;H202可 以使MucA基因突变,MucA基因编码抗转录因子, 使生物被膜中的细菌向粘液型转变,MucA基因突变 将减少生物被膜的形成。目前认为MucA基因可以 调节藻酸盐合成基因algO的表达,与藻酸盐的生物 合成有关,调节生物被膜形成【24]。 5密度感应系统(Quomn f ̄llSillg)对生物被膜形 成的影响 最近发现quorum sensing QS系统在铜绿假单胞 菌致病因子的表达、抗生素的敏感性以及生物被膜 分化、形成上起至关重要的作用;这致病因子的产生 由细胞与细胞之间的信号调节,细菌在生长过程中 分泌一种信号分子到菌体周围环境中,而且随着细 菌数量的增多,这种信号分子分泌增加,一旦浓度到 一定阈值,即可激发一套特定基因表达,这种类型细 胞与细胞的交流叫QS调节系统。最近几年指出, 铜绿假单胞菌的许多致病因子的表达及生物被膜的 形成都是由QS系统控制的[蚓。 6生物被膜的治疗现状 生物被膜在最近十年被大量的研究是因为两个 原因,首先细菌是怎样生长和生活的群落;第二,细 菌在生物被膜中是对抗多种消毒剂、抗生素及机体 免疫系统的。生物被膜的形成是引起慢性难治性感 染的重要因素之一,它对抗菌药不敏感并能逃避免 疫系统的清除作用,故生物被膜相关感染具有难治 性的特点。临床上许多顽固性、难治性感染可能与 生物被膜形成有关,细菌生物被膜相关感染的防治 仍是临床上一个有待解决的难题。目前应用的抗菌 药物并不能完全清除细菌生物被膜,应加强基础与 临床研究。 参考文献: [1]Costertno.Introductionto bioiflm[J].nIt JAntimicrobAgents,1999,11(3 —4):217. 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(收稿日期:20o8一O1—22) 文章编号:1007—4287(2009)01—0140—02 超敏C反应蛋白和低密度脂蛋白 对糖尿病肾病患者的临床意义 罗 军,胡晓芳李言 (沈阳市陆军总医院检验科,辽宁沈阳110031) 糖尿病(DM)是一种常见的内分泌性疾病,而糖尿病肾 病(DN)是糖尿病的严重微血管并发症,也是引起DM病人死 亡的主要原因之一【1 J。已有许多报道证实,在2型糖尿病患 者体内存在炎症反应。超敏c反应蛋白(1lscRP)是一种由肝 脏产生的急性时相反应蛋白,已证实与糖尿病并发症的发生 (NA,UAER<30 m#Z4 h)74例,男20例,女34例,年龄44— 67岁;微量蛋白尿组(MA,UAER 30—300ms/Z4 h)52例,男l6 例,女20例,年龄48—76岁;临床蛋白尿组(CP,UAER ̄>300 ms/24 h)44例,男24例,女20例,年龄50—74岁。正常对照 组(Nc)为本院体检健康者64例,男40例,女24例,年龄41 —发展有关。本研究对170例不同时期DN患者血清进行 hsCRP和LDL-C的检测,以探讨其在DN中的临床意义。 1资料与方法 68岁。所有研究对象均排除肿瘤、感染或相关疾病、 tl,、 所有研究对象均采空腹静脉血,分离血清 肝、肾等疾病患者。 1.2检测方法后一20qC冰箱保存。hsCRP测定采用免疫射比浊法,LDL-C 的测定为一步法,仪器为日立7170A全自动生化分析仪,试 1.1一般资料 170例DN患者均为本院内分泌科住院病 人,糖尿病诊断符合1999年WHO的诊断标准。根据24小时 尿白蛋白排泄率(UAER)将病人分为三组:正常蛋白尿组 剂由维日康生物科技有限公司提供。