白念珠菌中轉(zhuǎn)錄因子Cap1的研究進展

劉映祿 馮文莉

(1.山西醫(yī)科大學第二臨床醫(yī)學院皮膚性病科，太原 030001；2.山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院皮膚性病科，太原 030001)

白念珠菌是人類的一種機會性致病真菌，在健康個體中以良性共生的形式存在。在原發(fā)或繼發(fā)于器官移植后接受化療及免疫抑制劑治療等免疫缺陷患者中，白念珠菌可突破宿主的保護性防御機制，導致淺部及系統(tǒng)性感染[1]。盡管抗真菌治療取得一定進展，但日益增多的耐藥性卻給臨床治療帶來困難。加帽蛋白(capping protein 1,Cap1)作為一種轉(zhuǎn)錄因子，其在白念珠菌耐藥過程中發(fā)揮重要作用，如對抗氧化應(yīng)激、促進藥物外排泵基因的表達以及誘導菌絲形成等。本文將對Cap1在白念珠菌中的研究進展進行闡述，旨在為進一步闡明白念珠菌的耐藥機制提供理論依據(jù)。

1 Cap1概述

轉(zhuǎn)錄因子Cap1首次發(fā)現(xiàn)于一項鑒定能增加釀酒酵母對抗真菌藥物氟康唑抗藥性的基因篩查中[2]。因發(fā)現(xiàn)其由基因CAP1編碼且與釀酒酵母轉(zhuǎn)錄因子Yap1在結(jié)構(gòu)和功能上具有高度同源性，故命名為Cap1，意為白念珠菌AP-1。和Yap1類似，Cap1也含有亮氨酸拉鏈的堿性區(qū)域(basic leucine zipper，BZip)，故又稱BZip轉(zhuǎn)錄因子[3]。研究報道Cap1靶點的過度表達參與了包括氧化應(yīng)激、藥物反應(yīng)、磷脂轉(zhuǎn)運以及氮利用調(diào)節(jié)等生物過程[4]。此外，Cap1也被稱作腺苷酸環(huán)化酶相關(guān)蛋白，因為Cap1可刺激cAMP的合成，在相關(guān)信號通路中發(fā)揮重要的調(diào)控作用[5]。

由于Cap1和Yap1高度同源，故Yap1的研究為Cap1提供了重要的啟示和參考。在釀酒酵母中，Yap1作為一種轉(zhuǎn)錄因子，在幾種藥物的抗藥性中起著明確的作用，而且也與多藥耐藥有關(guān)[6]?；诖?，Cap1的相關(guān)研究也被開展。需要注意的是，雖然二者高度同源，但仍然存在一定程度的差異，如Cap1不能完全補充Yap1菌株對H2O2的敏感性。

2 Cap1在白念珠菌氧化應(yīng)激中的作用

機體免疫細胞如巨噬細胞和中性粒細胞可通過產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species,ROS)，如H2O2、羥自由基和超氧陰離子等有毒化學物質(zhì)，使白念珠菌暴露于不利環(huán)境中從而將其殺滅[7]。與此同時，白念珠菌進化出的抗氧化適應(yīng)性反應(yīng)可削弱甚至逃避這些殺菌機制[8]。

2.1 Cap1可激活抗氧化應(yīng)激相關(guān)基因表達

Bhattacharya等[8]研究表明，與對照組相比，過表達Cap1組在暴露于化合物等誘導條件下更有助于存活；而白念珠菌Cap1基因的失活導致其對氧化應(yīng)激的耐受性降低。有研究報道，白念珠菌的Cap1缺失菌株對ROS非常敏感，而重新引入Cap1則可恢復對H2O2誘導的氧化應(yīng)激的正常耐受水平[9]。在Lv等[10]的一項研究中，用抗真菌化合物(4-苯基-1，3-噻唑-2-基肼)誘導白念珠菌氧化損傷，發(fā)現(xiàn)Cap1顯著上調(diào)?？梢娹D(zhuǎn)錄因子Cap1在氧化應(yīng)激反應(yīng)基因調(diào)控中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，提示Cap1可中和吞噬細胞產(chǎn)生的ROS[11-12]。已知激活抗氧化基因表達的一個關(guān)鍵機制主要由Cap1介導[13]，Patterson[14]團隊之前亦證實了H2O2誘導了CAP1基因的表達。在沒有誘導劑的情況下，Cap1以其非活性狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中[15-17]。暴露于H2O2后，Cap1的活性半胱氨酸殘基被氧化，使Cap1被激活并在細胞核中積累。在細胞核內(nèi)，Cap1被磷酸化,通過戊糖磷酸途徑誘導過氧化氫酶基因(CAT1)、谷胱甘肽還原酶基因(GLR1)、硫氧還原蛋白基因(TRX1)等抗氧化基因表達[17]，從而保護白念珠菌不受ROS的影響[13]。Dai等[18]研究結(jié)果顯示，與野生型菌株相比，在Cap1缺失突變體中谷胱甘肽(GSH)含量和GLR1表達降低，且與其活性氧積累和凋亡增加一致。可見Cap1通過調(diào)節(jié)其靶基因GLR1的表達增加GSH含量從而拮抗氧化應(yīng)激損傷導致的白念珠菌凋亡。

2.2 Cap1在介導氧化應(yīng)激適應(yīng)的同時可影響耐藥

白念珠菌的抗氧化系統(tǒng)成分與其致病機制和耐藥性有關(guān)。如Liu 等[15]研究表明，當被氧化應(yīng)激或功能增益突變激活時，Cap1可獨立于Mcm1誘導外排泵基因MDR1表達。Rossignol 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，兩性霉素B治療誘導的大多數(shù)氧化應(yīng)激反應(yīng)基因不是Cap1的靶基因，Cap1基因表達水平或蛋白水平的變化與兩性霉素B治療無關(guān)。Suchodolski 等[19]研究結(jié)果顯示，在葡萄糖處理的白念珠菌細胞中，Cap1的轉(zhuǎn)錄水平升高，且其對唑類抗真菌藥物的耐藥性和對氧化應(yīng)激的抵抗力增強；但Cap1的失活并不影響葡萄糖增加過氧化氫抗性的能力。表明，雖然Cap1可能參與了這一效應(yīng)，但不是必需的。

2.3 陽離子和氧化應(yīng)激組合及SAC6對Cap1核轉(zhuǎn)運的影響

中性粒細胞存在利用組合的陽離子和氧化應(yīng)激來有效地殺滅白念珠菌細胞的機制[7]。Kos等[20]研究發(fā)現(xiàn)，白念珠菌在同時暴露于H2O2和NaCl后，依賴于Cap1的基因表達明顯延遲；闡明了白念珠菌暴露于組合氧化和陽離子脅迫后，由于Cap1與核輸出因子Crm1之間的相互作用增強，導致其不能在細胞核中積累，以至Cap1依賴的抗氧化基因也不能被誘導。另外，纖毛蛋白SAC6的缺失促進了Cap1從胞漿到細胞核的轉(zhuǎn)運，而其過表達則抑制了這一轉(zhuǎn)運過程[21]。

3 Cap1與白念珠菌耐藥性的關(guān)系

將內(nèi)源性代謝物和外源性物質(zhì)運輸出細胞的外排泵的過度表達是從細菌到人類生物體中對藥物和其他有毒化合物產(chǎn)生耐藥性的常見機制[22]。

3.1 Cap1可調(diào)控多藥耐藥基因(multi-drug resistance 1)MDR1的表達

最近，轉(zhuǎn)錄因子Cap1被證明在體內(nèi)與MDR1啟動子結(jié)合[23]。胡等[11]研究證實，白念珠菌的Cap1缺失菌株對藥物非常敏感，Cap1的功能獲得性突變會促進其下游基因包括耐藥基因MDR1過表達，從而導致耐藥性出現(xiàn)。Sasse等[24]研究結(jié)果顯示，與敏感株相比，耐藥株Cap1的mRNA水平顯著升高，且Cap1與多藥耐藥基因MDR1的表達呈正相關(guān)，提示，耐藥可能與Cap1過表達介導的多藥外排泵MDR1過表達有關(guān)。此外，對氟康唑、伊曲康唑、伏立康唑產(chǎn)生交叉耐藥的菌株，雖然其CAP1和MDR1mRNA水平均顯著升高，但二者之間無相關(guān)性，提示這種情況下MDR1過表達可能不受CAP1過表達的調(diào)控，而可能受CAP1突變的調(diào)控[25]。Schubert等[23]的研究也報道了類似的結(jié)果，即在對化學物質(zhì)(如過氧化氫、苯菌靈)的反應(yīng)中，Cap1是H2O2誘導的MDR1表達所必需的，但表達高活性Cap1的菌株對氟康唑耐藥性的增加在MDR1缺失后并沒有完全消除，這表明Cap1可以MDR1非依賴性的方式介導白念珠菌對氟康唑的耐藥性。

Cap1與其他轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同誘導MDR1表達根據(jù)誘導條件的不同，白念珠菌可能與不同的轉(zhuǎn)錄因子組合，使用不同的機制上調(diào)MDR1外排泵的表達。例如，過度活躍的CAP1等位基因不僅可以獨立地增加耐藥性，也可以和其他轉(zhuǎn)錄因子如MRR1協(xié)同誘導MDR1的表達。又如，當被氧化應(yīng)激或功能增益突變激活時，Cap1可以獨立于Mcm1誘導MDR1表達，而MRR1需要活性Cap1來引起MDR1外排泵的過表達[15]。另外，CAP1與MRR1的激活突變對MDR1的表達和耐藥性具有累加效應(yīng)，但CAP1的功能增益突變可以獨立于Mrr1介導外排泵過表達和耐藥[23]。

Cap1對MDR1轉(zhuǎn)錄的激活機制 有研究表明，Cap1招募了Ada2(SAGA-ADA共激活子復合物的一個亞單位)到MDR1啟動子來誘導其轉(zhuǎn)錄[15]。C端截短、高活性的Cap1在野生型菌株中導致MDR1過表達，但在缺乏ADA2的突變體中僅微弱表達，也沒有觀察到對氟康唑的耐藥性增加[16]。表明，Cap1強烈需要Ada2來誘導MDR1的表達，Ada2還與許多受Cap1調(diào)控的基因結(jié)合，而在沒有Cap1的情況下結(jié)合減少。

3.2 Cap1可調(diào)節(jié)麥角甾醇生物合成相關(guān)基因的表達

白念珠菌對唑類藥物產(chǎn)生耐藥性的另一機制是藥物靶酶的改變，Salvatori等[5]研究結(jié)果顯示，在Cap1缺失突變體中，與麥角甾醇生物合成相關(guān)的ERG1和ERG11基因的表達量非常低。而在對唑類耐藥的白念珠菌臨床分離株中，ERG11的表達增加。表明，Cap1亦參與了麥角甾醇生物合成相關(guān)的耐藥過程。

4 Cap1對白念珠菌侵襲性及毒力的影響

4.1 在菌絲誘導中的作用

多種形式的生長似乎是一種毒性屬性，白念珠菌存在于酵母、假菌絲和菌絲三個生物相中。菌絲是疾病過程中的一個重要階段，可通過侵入黏膜上皮細胞引起組織損傷，進而導致血液感染[26]。它是由cAMP合成和降解的緊密耦合控制的，而cAMP的合成是由Cap1正向控制的，而磷酸二酯酶PDE2可以通過降解cAMP負性調(diào)節(jié)CAP1介導的菌絲形成過程。Cap1缺失突變體不會產(chǎn)生一過性的cAMP增加，并且在絲狀生長方面表現(xiàn)出嚴重的缺陷[27]。這一結(jié)果與之前的報告一致，即Cap1對于Cyr1的激活和菌絲生長是必不可少的[28]。Jenull等[29]研究表明，Cap1參與了白念珠菌的形態(tài)轉(zhuǎn)變過程。CAP1缺失突變體在含有瓊脂的培養(yǎng)基上，菌絲壁蛋白(HWP1)的表達量減少，缺乏絲狀生長。CAP1編碼白念珠菌的腺苷酸環(huán)化酶相關(guān)蛋白Cap1可促進cAMP合成，而cAMP通路在菌絲形成過程中的作用是已經(jīng)被報道的[30]。白念珠菌腺苷酸環(huán)化酶(Cyr1)調(diào)節(jié)因子Cap1可作為一個支架，通過其N端和C端分別持有Cyr1和G-actin形成復合物，相當于一個傳感器/效應(yīng)裝置，通過增強cAMP合成作出反應(yīng)，感知和處理菌絲誘導信號，其中Cyr1-Cap1的結(jié)合對于Cyr1的激活是必不可少的。另外，Cap1與G-actin的相互作用對白念珠菌菌絲形態(tài)發(fā)生亦具有調(diào)節(jié)作用[31]。另有研究發(fā)現(xiàn)，MH(米諾環(huán)素)可下調(diào)CAP1的表達，對白念珠菌產(chǎn)生抑制作用，而Cap1介導的轉(zhuǎn)錄調(diào)控與菌絲的形成密切相關(guān)[32]。

4.2 Cap1對毒力的影響

缺失CAP1或其調(diào)控因子GPX3和YBP1基因，會使白念珠菌的毒力有所減弱[11]。在動物感染模型中，CAP1基因缺陷的突變株對吞噬細胞殺傷敏感，毒力降低[13]。Jain 等[12]研究結(jié)果顯示，感染野生型白念珠菌的秀麗隱桿線蟲的平均壽命明顯短于感染CAP1缺失突變體，表明了感染持續(xù)存在并最終殺死宿主需要Cap1。在系統(tǒng)性念珠菌病的小鼠模型中，CAP1缺失突變體是無毒的[30]。這些發(fā)現(xiàn)表明，干擾Cap1介導的信號轉(zhuǎn)導的抗真菌策略對于預(yù)防或抑制念珠菌病將是重要的。

5 總 結(jié)

目前，關(guān)于Cap1在白念珠菌中的研究主要集中在其應(yīng)對氧化應(yīng)激、調(diào)控外排泵基因介導的耐藥性以及菌絲形成和毒力方面。另外，在白念珠菌感染的過程中，生物膜作為一種重要的屏障，具有錯綜復雜的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)為致病性和對傳統(tǒng)抗真菌治療的耐受性[33]。但目前有關(guān)Cap1與白念珠菌生物膜相關(guān)的研究報道較少，今后在該方面進行探索可能對于從Cap1的角度研究生物膜相關(guān)的耐藥性，以及尋求新的可能與Cap1有關(guān)的治療靶點產(chǎn)生有價值的發(fā)現(xiàn)?？傊?，轉(zhuǎn)錄因子Cap1在白念珠菌毒力致病及其耐藥過程中發(fā)揮了不可忽視的作用，但其具體機制仍需要進一步闡明。另外，未來的工作可以嘗試去發(fā)現(xiàn)針對Cap1的因素，這或許可以改善目前抗真菌藥物治療的不足，為更好地治療臨床白念珠菌感染提供重要的指導。