鲍曼不动杆菌外膜蛋白W(OmpW)的致病机制研究进展

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刘慧1通讯作者、朝鲁门其其格2、苏秦2、张晓蒙2、于航2

内蒙古医科大学,内蒙古呼和浩特市,010010

摘要

鲍曼不动杆菌是一种需氧、非乳糖发酵的革兰阴性球杆菌,约占我国临床分离不动杆菌的70%以上,现已成为院内感染最常见的条件致病菌之一。鲍曼不动杆菌致病机制复杂,其中外膜蛋白在其中发挥重要作用,也是近年来研究的热点,OmpW作为外膜蛋白家族中的一员,在鲍曼不动杆菌致病、耐药过程中均发挥着重要作用。现有研究表明OmpW通过参与细菌生物膜形成、促进宿主细胞凋亡、增强细菌侵袭力、帮助细菌抵抗宿主免疫、参与细菌物质转运等方式参与细菌的致病过程,本文通过查阅近年国际上相关文献,对基于目前研究下的鲍曼不动杆菌OmpW在致病过程中发挥的作用进行综述。


关键词

鲍曼不动杆菌、外膜蛋白W、致病机制

正文


基金项目:内蒙古自治区自然科学基金项目(2020MS08113);内蒙古医科大学面上项目(YKD2022MS008)


中图分类号:R378;文献标识码:A

 

  鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)属于奈瑟氏球菌科,不动杆菌属,是一种需氧、非乳糖发酵,没有芽孢及鞭毛,移动性不强,过氧化氢酶阳性,革兰染色阴性的短棒状球杆菌微生物,广泛存在于自然界,可在医院环境中长期定植,约占我国临床分离不动杆菌的70%以上,现已成为院内感染最常见的条件致病菌之一[1]外膜蛋白W(Outer membrane protein W, OmpW)作为鲍曼不动杆菌外膜蛋白家族中的成员之一,被证实是一种8链β桶,具有长窄的疏水通道的孔蛋白,基因序列具有较高的保守性[2] 90%以上,结构如图1所示。广泛存在于革兰氏阴性菌中,如鲍曼不动杆菌、大肠杆菌、嗜水气单胞菌、霍乱弧菌、大肠埃希菌、溶血弧菌、鸭源鸡杆菌等,在细菌致病过程中发挥着重要作用,具体综述如下。

 

1.鲍曼不动杆菌OmpW结构模式图

1.参与细菌生物膜的形成

生物膜(Biofilms)是微生物细胞及其产生的细胞外大分子多聚物所形

成的一种特殊细菌群落,是高度组织化的多细胞结构,对抗菌药物和宿主的防御体系具有天然的抵抗力。研究证实绝大多数鲍曼不动杆菌具有较强的生物膜形成能力,是鲍曼不动杆菌多重耐药以及致病性的重要机制之一[3]2022Gil-Marqués[4]通过构建鲍曼不动杆菌OmpW基因敲除株,通过对比野生株与基因敲除株生物膜形成能力的差异,证实在鲍曼不动杆菌中,OmpW促进生物膜的形成。2017年高吉娜[5]以阪崎克罗诺杆菌野生株和OmpW基因敲除株(ΔOmpW)为研究对象,建立了阪崎克罗诺杆菌野生株WT和ΔOmpW突变株在不同逆境胁迫下(渗透压胁迫下、氧化胁迫下、硫酸新霉素胁迫下)菌体与菌膜变化的模型,借助激光共聚焦和扫描电子显微镜分析逆境胁迫下野生株WT和ΔOmpW突变菌株的生物膜变化,结果显示[6],在渗透压胁迫、氧化胁迫和硫酸新霉素胁迫条件下,野生株WT和ΔOmpW突变菌株在菌株存活率、菌膜形成生物量有显著性差异,且菌体细胞的形态变化和生物膜表面结构的变化也不同,证实OmpW参与细菌生物膜的形成。

2.参与物质转运

OmpW是一种8链β桶,具有长窄的疏水通道的孔蛋白,被证实参与多种阳离子、疏水化合物、次氯酸等有害物质的转运,在细胞生存中发挥着重要作用。铁是病原菌毒力的关键调控因子,对绝大多数微生物和多细胞生物而言,是十分重要的微量元素,不仅参与多种新陈代谢过程,如呼吸作用、DNA合成和许多重要的酶反应,而且对氧气的运输也是至关重要的[7]。已哺乳动物宿主细胞通过糖蛋白、转铁蛋白和乳铁蛋白等铁结合蛋白来螯合细胞内的铁和隔离细胞外的铁,从而限制病原菌获取铁的能力将体液中的铁维持在极低水平被认为是一种原始而高效的宿主先天免疫策略2020年Zhang Pengfei[8]等对大肠埃希菌OmpW的研究中,探讨了OmpW的表达与铁离子的关系,证实OmpW参与铁离子的运输,且OmpW的表达受铁离子及铁转运蛋白(fur)的正向调节2017Dias[9]等通过将鲍曼不动杆菌OmpW基因敲除株与野生株分别置于放射性Fe55中1 h、3 h、6 h,检测细菌内铁含量,实验结果显示OmpW突变株与野生株中细菌铁含量均增加,但OmpW突变株中铁含量显著低于野生株证实了OmpW可形成小分子疏水通道,允许离子渗透参与铁离子摄取和吸收,同时影响铁在宿主体内的平衡Benz通过研究新月形弧菌的OmpW,证实OmpW在新月形弧菌中具有阳离子渗透通道的作用,且对二价阳离子具有一定的选择性,而阴离子却极少能通过。

3.促进宿主细胞凋亡

凋亡是细胞程序性死亡的一种严格控制模式,一定程度的细胞凋亡是细胞再生、自我修复和维持内环境稳定所必需的,但是过度的细胞凋亡会导致机体损伤。机体一方面可以通过诱导自身细胞凋亡来抵御病原体的入侵,但是另一方面,病原体也可以通过诱导过度的细胞凋亡引发机体损伤。王俊瑞等的研究通过体外基因克隆方法成功获得了纯化的鲍曼不动杆菌OmpW,与人喉上皮细胞Hep-2共孵育,发现鲍曼不动杆菌OmpW可体外诱导Hep-2细胞发生凋亡,经凋亡蛋白芯片证实 OmpW作用于Hep-2细胞后,多种促凋亡因子(bax、bcl-w、BIM等)表达水平呈上调趋势提示OmpW可能通过某种机制促进Hep-2细胞发生凋亡,进而促进鲍曼不动杆菌的侵袭 2022年Gil-Marqués[10]等通过构建鲍曼不动杆菌OmpW基因敲除株,分别将基因敲除株与野生株感染人肺上皮细胞A549,实验结果表明OmpW基因敲除株感染后的肺上皮细胞凋亡率较野生株明显降低,证实OmpW参与了鲍曼不动杆菌的细胞毒作用,可诱导A549 细胞凋亡,证实鲍曼不动杆菌OmpW促进宿主细胞凋亡[11]

结语:

鲍曼不动杆菌环境生存能力强,对化学品及紫外线消毒均有较强的耐受力,可在医院环境中长期定植,致病机制复杂,且耐药问题日趋严重,给临床治疗带来极大的挑战,充分认识和了解鲍曼不动杆菌的致病机制就显得至关重要,外膜蛋白家族作为致病机制中的重要环节,近年来成为研究的热点,OmpW作为外膜蛋白家族中的一员,目前对其的研究相对较少,但现有研究也证明其在致病过程中发挥重要作用,这就需要我们继续不断探索、研究,揭示其在致病过程中发挥作用的具体机制,为探索临床控制鲍曼不动杆菌感染的新途径,以及为后续新药的开发提供实验和理论依据。

参考文献:

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