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360'中华老年多器官疾病杂志2007年10月第6卷第5期ChinJMuItOrganDisElder1yOct2007V o16No5
综述?
细菌的体感应系统
王瑛综述陈良安审校
感染性疾病是临床最为常见也是最难解决的疾
病，抗生素是感染的主要手段.抗生素的广泛
使用，使得耐药率持续增加，感染成为人们面临的一
种越来越难的疾病.当细菌以体形式存在
时，如细菌生物被膜的产生，可使得细菌的生长模
式，代谢状态和耐药性发生显着的变化，是造成难治
性医院感染的主要原因.过去认为单个细胞对外界
海浪预报环境刺激的反应仅来源于周围环境中的化学信号,
现在认为这种细菌学的观点过于简单化，因为细菌
之间可以通过细菌本身释放的激素样有机化合
物——自诱导物(autoinducter,AI)来交流，从而改
变胞内遗传物质的转录和翻译，调节细菌的生长代
谢，并导致细菌毒力，耐药性的变化，此被称为体
感应(quorumsensing,Qs)信号系统，简称Qs系
统.QS现象是于1977年在一种海洋发光细菌
乃堆拉山口Vibriofischeri中首次发现的l1]，是细菌通过分泌可
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的信息交流机制，经过近十年的研究表明,Qs系统
在细菌的许多生理功能方面都有重要的作用，此系
统包括AI的产生，释放和检测l2]，通过检测周围细
菌的密度，当细菌密度达到一定的阈值时，细菌可以
通过调整相应的基因表达而改变自身生长方式及行
为，从而维持这种多种社区的稳定，甚至在种内或
种问产生冲突时，也发挥一定作用].其功能涉及
如生物发光，生物被膜的形成，游走，毒力因子的表
达，抗生素的产生,DNA的摄取，细菌的生存和致病
能力，这些已逐渐成为医学界研究的热点.
1革兰阴性菌QS系统SMN
费氏孤菌是最早发现并进行Qs系统研究的革
兰阴性菌，虽然每种革兰阴性菌所产生的体感应
收稿日期:20070615
作者单位:100853北京市，解放军总医院呼吸科
作者简介：王瑛，女,1971年10月生，山东省济南市人，在读博士研究生，主治医师.Tel*************
通讯作者：陈良安,Tel*************
的大多数革兰阴性菌都存在与之相同的Qs系统,
被称之LuxI—AHL型Qs系统].脂肪酰基高丝氨
酸内酯(acylhomoserinelactones,AHL)，是一类特
殊的小分子水溶性化合物，可作为Qs系统中的自
诱导剂,LuxI是一类可催化合成AI的胞内蛋白酶.
LuxI类蛋白酶可催化带有酰基的载体蛋白的酰基
侧链与s一腺苷蛋氨酸上的高丝氨酸结合生成
AHL.不同革兰阴性菌的LuxI—AHL型Qs系统
有所差别，其AHL类自诱导剂都是以高丝氨酸为
主体，差别只是酰基侧链的有无及侧链的长短不同
J
.作为革兰阴性菌特有的自诱导剂AHL可自由
出入于细胞内外]，随着细菌密度的增加，当细胞外
周环境中的细菌分泌的AHL积聚到一定浓度阈值
时，可与细胞质中的作为受体的IuxR蛋白的氨基
残端结合，激活所调控的基因表达.
在以AHL为自诱导剂的革兰阴性菌QS系统
中，信号传导途径具有多样性，目前以铜绿假单胞菌
研究最为成熟，它主要包含四套Qs体系：第一套
lasR/lasI体系，由转录激活因子LasR和乙酰高丝
氨酸内酯合成酶LasI蛋白组成,lasI能指导AIN一
3一氧代十二烷酰一高丝氨酸内酯(3-OXO—C一HSL)的
合成，并以主动转运的方式分泌到胞外，达到一定的
阈浓度时可结合LasR，并激活转录，增强包括碱性
蛋白酶，外毒素A，弹性蛋白酶在内的毒力因子的基
因转录，可以使铜绿假单胞菌毒力基因的表达增高.
第二套Qs体系rhlR/rhlI系统,rhlR是转录调节
子,rhlI可编码AHI合成酶，该系统产生的一种结
构为CHSL的高丝氨酸内酯类自体诱导物，可自
由通过细胞膜，调控大量基因的表达，如指导鼠李糖
脂溶血素，几丁质酶，，绿脓菌素等物质的产
生.2一庚基一3一羟基一4一喹诺酮(pseusomonas
qinolonesignal,PQs)是近期发现的铜绿假单胞菌
第三套Qs系统——喹喏酮信号系统的信号分子,
具有抗菌活性Ⅲ，不溶于水，关于它如何行使菌问信
号转导的机制尚不明确，可能是通过一种"胞吐"样
转运机制在细菌间传导PQS信号l8].PQS可以连
接Las和Rhl两个系统，一方面Las和Rhl控制着
中华老年多器官疾病杂志2007年1O月第6卷第5期ChinJMuhOrganDisElderlyOct2007V0l6N05?361?
PQS生成，另一方面PQs又影响着Las和Rh1的
基因表达，两者之间存在着微妙的平衡关系.此外PQS还在调整细菌密度及释放毒力因子方面起着一
定的作用.除上述三种QS系统，最近还发现了权责发生制原则
另一种铜绿假单胞菌Qs辅助系统GacS/GacA系统，且已证明在提高细菌游走能力，释放可可碱醋酸钠，促进生物被膜形成中发挥重要作用].
2革兰阳性菌QS系统
革兰阳性菌QS系统主要是用小分子多肽(oli—gopeptide)作为自诱导物(autoinducterpeptide, AIP)，不同的细菌其AIP分子大小也不同，不能自
由穿透细胞壁，需通过ABC转运系统(ATP—bind—ing—cassette)或其它膜通道蛋白作用，到达胞外行
使功能.位于膜上的AIP信号识别系统与AIP结
合后，激活膜上的组胺酸蛋白激酶，促进激酶中组氨酸残基磷酸化，磷酸化后的受体蛋白能与DNA特
定靶位点结合，从而激活一种或多种靶基因而行使功能j.AIP不仅能检测细菌密度，影响生物被膜
的形成，而且还能调控不同菌种之间的关系.以表
皮葡萄球菌的自体诱导物与4株金黄葡萄球菌的QS相互作用，结果有3株受到干扰；但相反，这4株菌的AIP对表皮葡萄球菌的Qs却均无影响u川. 3菌种间的信号传导
自然界中细菌所处的小生态环境是相当复杂
的，通常在一个很小的空间内有多种细菌共存，细菌间既有共生关系又有竞争关系，若细菌只能在同种之间进行信息交流，就很难建立一个在菌种数量上有一定比例，功能上有一定分工的多细菌落，很难
形成一个稳定的小生态环境.菌种间的信号传导是
通过IuxS信号系统完成的，以LuxS蛋白作为关键酶，合成前体分子DPD(4,5dihydroxy一2,3-pen—tanedione).DPD经催化生成信号分子自体诱导物
AI一2.AI一2是一种呋喃硼酸二酯分子，介导不同细菌间相互交流.因为大多数革兰阴性菌和革兰阳性
菌都能产生AI一2，有人把它称为细菌之间的世界
语12,13]，如果细菌的LuxS蛋白失活则不能产生AI一2～j.LuxS基因在大多数细菌的基因中是一段相
对保守的序列，不同细菌的DPD由于经过自发重排
会产生差异，形成具有一定特异性的AI一2分子.细
菌可识别自身生成的AI一2分子，也能识别由其他细菌生成的AI一2[15].在一项混合多种细菌共同培养研究中发现，当大肠杆菌产生过多AI一2时，周围的
其它细菌启动Qs系统，相应的控制增加细菌的行
为来保持微环境的稳态.
4结束语
目前认为密度感知信号系统与生物被膜的形成,
细菌毒力因子的释放及致病力有密切的关系，似乎有望为感染的提供新的途径.如何干扰细菌Qs
信号系统，防止生物被膜的产生及减弱致病力，缓解
耐药成为目前研究的热点.一种方法是研发可降解
信号分子或受体蛋白的药物，使其不能相互结合，从
而破坏细菌的Qs体系.另一种方法是通过合成一
些AI的结构类似物的拮抗剂，与相应的受体蛋白竞
争性结合.此外利用其它非致病菌来干扰致病菌Qs上海冶金矿山机械厂
系统也是一种值得研究的方法口.现阶段对细菌
Qs系统的研究大多还局限在体外，其机制还不是很
明确，涉及的菌种还很少，仅对铜绿假单胞，大肠埃希
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