葡萄球菌生物膜形成影响因素的研究进展
[摘要] 细菌感染已成为临床中不能完全避免的情况，包括致病菌和条件致病菌。细菌生物膜成为细菌的有效保护途径，增强了细菌对抗机体的免疫防御作用及对抗生素的抵抗性。葡萄球菌生物膜形成受多因素及多基因调控，外部环境因素主要是机体免疫反应及外界有机物，内部基因调控主要是sarA、agr、aap、ica。本文就葡萄球菌生物膜的形成及影响生物膜形成的外部环境因素和内部基因调控因素进行综述，为葡萄球菌生物膜的靶向药物研究与治疗提供参考。
[关键词] 细菌生物膜；基因调控；sarA蛋白；agr基因；ica操纵子
[中图分类号] R378 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）12（c）-0037-06
[Abstract] Bacterial infection has become a clinical situation that can"t completely avoid， including pathogens and conditioned pathogens. Bacterial biofilm becomes an effective way to protect bacteria， increases the bacteria against the body immune defense and the resistance to antibiotics. Staphylococcus biofilm formation affected by multiple factors and multi-gene regulation， including the external environmental factors， such as organism immune response and external organic matter， the internal genes regulation are mainly sarA， agr， aap， ica. This paper summarizes the formation of Staphylococcal biofilm， the external environmental factors and internal gene regulation factors that affecting biofilm formation， which can be used as a reference for the study and treatment of Staphylococcal biofilm targeted drugs.
[Key words] Bacteria biofilm； Gene regulation； SarA protein； Agr gene； Ica operon
致病细菌一旦通过人类呼吸道、伤口进入人体将会导致感染，引起一系列临床症状。据调查显示，有超过80%的人类伤口慢性感染是与生物膜相关的，这种感染最常见于表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和腸杆菌，如大肠埃希菌[1]。当细菌侵入机体后，可以附着在生物和非生物表面，并形成由黏多糖、蛋白质等组成的生物膜，生物膜一旦形成，细菌可适应机体微环境，引发耐药性和炎症，并导致持续性感染。
近年来，关于细菌生物膜形成机制、相关基因调控、导致持续性感染、抑制生物膜形成相关因素等方面的研究迅速发展。本文就关于葡萄球菌生物膜形成及其影响因素进行综述。
1 细菌生物膜定义及形成
细菌生物膜是细菌嵌入自身所产生的细胞外基质后所形成的一个多细胞的三维结构[2]，并且在生长速度和基因转录方面表现出特定的表型。生物膜包括三个基本成分：细菌本身、基质以及表面液体或液体-空气界面。生物膜基质由细菌产生，其主要成分由水和细胞外聚合物（也称多糖-蛋白质复合物或者黏液层）组成。生物膜基质为黏附群体提供了建筑结构和保护，赋予了自由浮动的细菌不可能完成的生理和代谢能力[3-4]。
金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌同属于葡萄球菌，前者能产生凝固酶，是致病菌，后者是条件致病菌，但是它们生物膜的形成过程是相似的。其生物膜形成主要包括4个步骤：黏附、聚集、成熟、播散。①黏附：生物膜形成的初始步骤是细菌对异物或者生物材料表面的黏附。细菌在黏附前的表面调节是生物膜形成的重要前提。如：生物材料植入血液中时，材料的表面被血液中的白蛋白、补体因子、黏蛋白等吸附，并且快速修饰，这种调节永久地改变了生物材料的表面，并且能够促进细菌的黏附[3]。而细菌自身产生的特异性蛋白也能介导其本身与非生物表面的结合，如葡萄球菌中的自溶蛋白（autocytolysin，AltE）。②聚集：细菌不可逆地附着在生物或非生物表面便开始形成非常独特的微生物聚集体，称为微菌落[5]。每个细菌都能产生自诱导物，细菌达到一定的密度，其周围环境信号分子累积，当达到阈水平时，细菌之间就能“交流”，最终使整个群体可以做出协调的反应，这就是群体感应。群体感应可以修改细菌群体行为，使其整体执行相应的功能。③成熟：随着细菌聚集、增殖以及细菌间群体感应的整体调节，生物膜的密度及其复杂性迅速增加，多层次的细菌形成，包埋在生物膜中的细菌会分泌许多生物膜“支架”，如蛋白质、DNA、多糖等，而且细胞外聚合物大量产生，这就形成了一个复杂的三维空间结构，细胞外聚合物形成的封闭三维空间散布着开放的通道，便于将必需营养物质和氧气输送到生物膜内生长的细胞中[3-6]。④播散：当生物膜达到一定的临界质量，在已形成的稳定生物膜的最外层的细菌可以通过解吸、脱离和分散，从生物膜释放并附着于其他生物或非生物表面。这一过程与群体感应系统的调控密切相关[7-8]。