真菌群體感應分子法尼醇及其作用機制

1、第8卷第3期食品安全質量檢測學報Vol.8No.32017年3月JournalofFoodSafetyQualityMar.2017基金項目:浙江省自然科學基金(LR13C200002)Fund:SupptedbytheNaturalScienceFoundationofZhejiangProvince(LR13C200002)通訊作者:陳啟和教授、博士生導師主要研究方向為食品生物安全與生物技術。Email:chenqh@zju.Cre

2、spondingauth:CHENQiHeProfessDepartmentofFoodScienceNutritionFuliInstituteofFoodScienceZhejiangUniversityNo.866YuhangtangRoadXihuDistrictHangzhou310058China.Email:chenqh@zju.真菌群體感應分子法尼醇及其作用機制柯慧慧牛永武吳嘉南陳啟和(浙江大學食品科學與營養(yǎng)系杭州310

3、058)摘要:群體感應(quumsensingQS)是取決于細胞密度的微生物通信機制可調節(jié)細菌毒力因子分泌、生物膜形成、感受態(tài)和生物發(fā)光等行為。真菌群體感應系統10年前在法尼醇控制致病多態(tài)性真菌白色念珠菌中的細絲化研究中被發(fā)現。研究顯示法尼醇作為群體感應分子(QSM)對宿主和其他微生物發(fā)揮多種作用還發(fā)現芳香醇酪醇是控制白色念珠菌生長、形態(tài)發(fā)生和生物膜形成的另一群體感應分子。在釀酒酵母中發(fā)現另兩種芳香醇苯乙醇和色氨酸是在氮饑餓條件下調節(jié)形

4、態(tài)發(fā)生的群體感應分子。此外類似于群體感應的種群密度依賴性行為已在幾種其他真菌中描述。本篇綜述總結了目前發(fā)現群體感應效應的幾種關鍵真菌物種并重點陳述了研究較多的白色念珠菌和法尼醇作用的微觀機制研究進展。關鍵詞:真菌群體感應信號分子白色念珠菌法尼醇QuumsensingmoleculefarnesolitsactionmechanisminfungiKEHuiHuiNIUYongWuWUJiaNanCHENQiHe(Departmentof

5、FoodScienceNutritionZhejiangUniversityHangzhou310058China)ABSTRACT:Quumsensing(QS)isamechanismofmicrobialcommunicationdependentoncelldensitythatcanregulateseveralbehavisinbacteriasuchassecretionofvirulencefactsbiofilmfma

6、tioncompetencebioluminescence.InthepaststudyfarnesolhasbeenshowntoplaymultiplerolesinCidaalbicansphysiologyasasignalingmoleculeinducedifferenteffectsonothermicrobes.Inadditiontofarnesolthearomaticalcoholtyrosolwasalsofou

7、ndtobeaCidaalbicansQSmolecule(QSM)controllinggrowthmphogenesisbiofilmfmation.InSacomycescerevisiaeothertwoaromaticalcoholsphenylethanoltryptopholwerefoundtobeQSMsregulatingmphogenesisduringnitrogenstarvationconditions.Ad

8、ditionallypopulationdensitydependentbehavisthatresembleQShadbeendescribedinseveralotherfungalspecies.ThefungalspeciesthathaddiscoveredQSbehaviswerereviewedinthispaperthephysiologicaleffectsmechanismsoffarnesolinCidaalbic

9、answeremainlyintroduced.KEYWDS:fungiquumsensingquumsensingmoleculeCidaalbicansfarnesol1引言許多生物體呈現的化學通訊現象是現今化學微生物學界最突出的研究領域之一20多年來已認識到不同細菌利用信號分子協調表型表達以實現其在植物、宿主動物及人類環(huán)境中成功建群的能力。群體感應(quumsensingQS)是微生物響應群體密度和或其他微生物種類的存在來協調基因

10、表達的通信系統由稱為自體誘導物或群體感應分子(quumsensingmoleculeQSM)的外源信號分子介導。這些分子在細胞生長期間積累達到閾值濃度后誘導引發(fā)第3期柯慧慧等:真菌群體感應分子法尼醇及其作用機制3的敏感性受環(huán)境條件和自身生長階段影響指數生長期的白色念珠菌較穩(wěn)定生長期的耐受?研究還發(fā)現培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富的白色念珠菌對法尼醇的耐受性強提示能源在法尼醇耐受中起一定作用[25]?有研究顯示法尼醇具誘發(fā)白色念珠菌細胞凋亡的作用。Shi

11、rtliff等[21]提出法尼醇通過活化白色念珠菌中一種推定存在的半胱天冬酶誘導菌體凋亡Zhu等[26]進一步報道Cdr1調節(jié)的谷胱甘肽外排可能是法尼醇誘導白色念珠菌凋亡的機制之一?Lger等[27]提出類半胱天冬酶細胞凋亡酶(metacaspase)Mca1p可能是聯系白色念珠菌固有凋亡和非固有凋亡的樞紐在法尼醇誘導的凋亡中起雙重作用?3.6對其他微生物的作用Machida等[28]報道25μmolL的法尼醇抑制釀酒酵母生長而不損害細

12、胞活力這種抑制與G1細胞周期停滯和細胞內二?；视?DAG)水平顯著降低有關。DAG水平降低導致調節(jié)細胞增殖和響應DAG生長的蛋白激酶C(PKC)信號通路失活。他們還表示法尼醇通過抑制釀酒酵母中的線粒體電子傳遞鏈誘導ROS形成因此認為ROS生成是導致依賴于PKC途徑的細胞阻滯的替代信號[29]。已報道法尼醇觸發(fā)構巢曲霉(Aspergillusnidulans)真菌凋亡的機制依賴于線粒體功能并涉及ROS、FadA異源三聚體G蛋白和(ADP

13、核糖)聚合酶(PARP)的產生(作用于DNA損傷)[30]。Salvodi等[31]發(fā)現可形成自噬體的ATG8基因的突變體對法尼醇作用敏感而蛋白激酶c突變體(calC2)更具抗性提示這種凋亡可能依賴于自噬和蛋白激酶C(pkcA)功能。法尼醇影響黑曲霉(Aspergillusniger)形態(tài)濃度高于10mmolL的法尼醇就可完全抑制分生孢子生長并導致環(huán)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類病

14、原體煙曲霉(Aspergillusfumigatus)野生型細胞生長作為細胞壁應激劑抑制細胞壁完整性信號通路導致tiplocalizedRho蛋白錯誤放置引發(fā)菌絲形態(tài)問題。法尼醇對禾谷鐮刀菌(Cidadubliniensis)具有誘導細胞凋亡和影響大分生孢子產生、發(fā)育、萌發(fā)、存活的作用因此可作為潛在的新型抗真菌劑[34]。法尼醇抑制假絲酵母(Cidadubliniensis)中菌絲和假菌絲的形成[35]。外源添加法尼醇可引起近平滑假絲酵

15、母(Cidaparapsilosis)短暫性生長停滯[36]在暴露于50μmolL的法尼醇2h后20%的Cidaparapsilosis細胞死亡此效應可能與參與細胞衰老的基因過表達相關[36]。同時法尼醇還抑制Cidaparapsilosis生物膜形成對比白色念珠菌基因表達研究法尼醇對Cidaparapsilosis主要影響是氧化還原酶和參與甾醇代謝的基因表達的改變[36]。法尼醇能抑制恥垢分枝桿菌(Mycobacteriumsmegm

16、atis)多藥物外排泵降低溴化乙錠和利福平對恥垢分枝桿菌的最小抑制濃度[37]其還可抑制銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)喹諾酮信號(PseudomonasquinolonesignalPQS)的生物合成從而減少PQS調節(jié)的毒力因子綠膿菌素產生[38]。研究認為法尼醇的作用是由于ROS誘導因為抗氧化劑存在時效應降低并且類似于銅綠假單胞菌添加過氧化氫時反應[39]。另一方面研究指出銅綠假單胞菌通過信號分子3oxoC

17、12HSL抑制白色念珠菌形態(tài)轉換[40]這表明真菌間存在信號分子介導的跨界相互作用。法尼醇可降低哺乳動物宿主細胞Th1細胞因子IFNγ和IL12的水平誘導Th2細胞因子IL5表達這表明其也可以抑制白色念珠菌的全身感染免疫應答[41]。此外法尼醇還增加白色念珠菌細胞壁病原體相關分子模式(pathogenassociatedmolecularpatternsPAMPs)的反應增加炎癥和調節(jié)細胞因子在小鼠巨噬細胞細胞系中的體外表達[42]。在

18、細胞壁病原體相關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關鍵細胞因子IL6產生[4243]其還通過誘導巨噬細胞的氧化應激和凋亡來抑制鼠巨噬細胞對白色念珠菌的抗菌活性[44]其誘導人精子的凋亡和壞死表明微生物和宿主不育之間可能聯系[45]。4QS信號通路和受體法尼醇在白色念珠菌中的信號通路和受體是目前研究進展較多的領域本部分將以法尼醇為例闡述QS中群體感應分子微觀作用機制。4.1法尼醇調控白色念珠菌形態(tài)轉換和生物膜形成目前認為法

19、尼醇通過至少3條信號通路影響白色念珠菌形態(tài)轉換(圖1)。Cek1促分裂素原活化蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinaseMAPK)信號通路在白色念珠菌中參與菌絲形成法尼醇在白色念珠菌的Cek1p磷酸化中起抑制作用從而調控菌體形態(tài)轉換[46]。Sato等[47]使用RTPCR分析發(fā)現法尼醇處理后的白色念珠菌細胞中MAPK級聯中的信使核糖核苷酸(HST7和CPH1)顯著降低推測法尼醇通過HST7CPH1MAPK級聯

20、通路抑制菌絲形成進一步研究發(fā)現CPH1可能只是法尼醇作用的次要靶點因為法尼醇對cph1缺陷株的酵母菌絲轉換同樣有抑制效果[48]。參與菌絲形成的Ras1pcAMPPKA信號通路是目前研究最多的信號通路很多實驗證實法尼醇通過下調Rasp1p信號通路抑制酵母菌絲轉換。法尼醇通過直接抑制腺苷酸環(huán)化酶(Cyr1p)活化[49]或影響Rasp1p膜定位[50]從而影響環(huán)磷酸腺苷(cAMP)信號通路抑制菌絲生長。DavisHanna等[48]實驗表

21、明外源加入cAMP的類似物如聯丁酰基環(huán)磷酸腺苷(dbcAMP)可抵消法尼醇作用恢復菌絲生長。Ras1信號通路下游信號分子Czf1也被證實參與法尼醇調節(jié)的白色念珠菌形態(tài)轉換[51]。Lu等[52]研究發(fā)現菌絲形成啟動既需要下調依賴cAMPPKA信號通路的基因NRG1轉錄又需要Sok1調節(jié)的Nrg1蛋白的降解后者被泛素連接酶Ubr1調節(jié)的Cup9降解激活?因此法尼醇是通過抑制Cup9降解控制白色念珠菌的菌絲形成啟動?雙組分信號轉導蛋白Chk