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肺炎克雷伯菌毒力因子概况及铁载体介绍

学术   2024-11-01 08:25   上海  

毒力因子是能够增强微生物致病潜力的毒力基因产物。与耐药基因不同，毒力基因的水平基因转移并没有那么频繁，因此细菌的毒力因子通常具有高度的物种特异性。比如肺炎克雷伯菌常见的毒力因子就包括荚膜多糖、脂多糖、铁载体和菌毛等。然而我们可以发现肺克的这些毒力因子除了脂多糖外都不属于毒素，那它们是怎么表现出毒力的呢？

在研究毒力因子之前，我们首先需要理解的是，并非只有能够起直接杀伤性作用的毒素才与病原菌的毒力相关，病原菌的致病能力更多的表现在病原菌的侵袭力以及与宿主免疫系统的对抗上。因此在细菌的毒力研究中我们不能仅关注于toxin型的毒力因子，也需要了解其它毒力因子在病原菌致病性中所发挥的作用。

临床上肺炎克雷伯菌由于毒力水平和其它临床表现上的差异，通常被分为2个群体，即经典肺炎克雷伯菌（cKp）和高毒力肺炎克雷伯菌（hvKp），因此毒力因子在肺炎克雷伯菌研究中具有比较重要的地位。目前大多数的研究认为肺炎克雷伯菌的高毒力主要与荚膜多糖（cps）的过量产生和多种铁载体相关，分别涉及rmpA/rmpA2基因以及iucABCDiutA/iroBCDN基因簇。而编码荚膜多糖的cps基因簇、编码脂多糖的lps基因簇、1型和3型菌毛以及铁载体肠杆菌素（enterobactin）、耶尔森菌素（yersiniabactin）在hvKp和cKp中都广泛存在。此外，除了这些常见的毒力因子以外，部分研究也报道显示外毒素Colibactin、外排泵AcrAB、VI型分泌系统等参与肺炎克雷伯菌的毒力。

图1 cKp与hvKp毒力因子概况

铁载体（Siderophores）是微生物或植物合成并分泌的一种螯合三价铁离子的低分子量化合物。在自然环境中，生物的多种代谢活动都需要铁的参与，但铁本身的生物利用性很低，竞争非常激烈。因此，为了适应低铁环境下生长代谢对铁的需求，微生物开发出了铁载体来更高效地进行铁吸收。其原理是通过螯合形成铁载体-Fe3+复合物，然后被特定外膜受体识别并转运进入细胞中供自身使用。

铁载体是影响肺炎克雷伯菌高毒力的重要因素之一。它对于细菌个体和群落存活具有重要意义，能引起细菌间的合作、利用、竞争等相互作用。目前在肺炎克雷伯菌中已发现4种不同的铁载体，它们分别为气杆菌素（aerobactin）、沙门菌素（salmochelin）、耶尔森菌素和肠杆菌素。其中气杆菌素编码基因簇iucABCDiutA通常仅出现在高毒质粒上，沙门菌素的编码基因簇不仅出现在高毒质粒上，也被发现于ICEkp1，耶尔森菌素编码基因簇一般位于ICEkp，肠杆菌素通常由染色体编码。有研究认为气杆菌素是这4种铁载体中最主要的毒力贡献者。总的来说，肺炎克雷伯菌的铁载体编码基因簇一般较为保守，但不同铁载体的结构表现出较大的差异，且铁载体的合成与转运受铁吸收调控蛋白等多种机制影响。而除了对毒力的贡献以外，铁载体也被发现在药物呈递上发挥着重要作用，研究发现铁载体可用于改善细胞膜通透性从而引起抗生素耐药性的下降。


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