细菌外囊泡的研究进展.pdf
《细菌外囊泡的研究进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《细菌外囊泡的研究进展.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 ,()中 国 人 兽 共 患 病 学 报C h i n e s eJ o u r n a l o fZ o o n o s e sD O I:/j i s s n 综述细菌外囊泡的研究进展郭金荣,雍浩蕾,贺雅宁,李沐晓,王丽梅郭金荣与雍浩蕾有共同贡献.通讯作者:王丽梅,E m a i l:l i mw a n g c o m;O R C I D:作者单位:空军军医大学基础医学院学员五大队,西安 ;空军军医大学基础医学院微生物学与病原生物学教研室,西安 摘要:细菌外囊泡(b a c t e r i a l e x t r a c e l l u l a rv e s i c l e s,B E
2、 V s)是由细菌分泌的球形双层脂质纳米颗粒,包含一系列来自亲本细菌的物质.B E V s是细菌和环境之间的重要信息传递者,其在细菌的生存和环境适应中发挥着多种作用,而且还能与宿主细胞膜作用,改变宿主细胞信号传导途径,从而影响宿主细胞的生理功能和疾病的发生与发展.本文综述了B E V s的生物发生机制、生物学功能及其对宿主细胞调节的最新研究进展,期望对深入研究B E V s的生物学功能和致病机制有所启示,并能够为其用于临床早期诊断、预防和治疗等方面研究提供新思路.关键词:细菌外囊泡;生物发生机制;生物学功能;调节;宿主细胞中图分类号:R 文献标识码:A文章编号:()R e c e n t a
3、d v a n c e s i nb a c t e r i a l e x t r a c e l l u l a rv e s i c l e sGUOJ i n r o n g,YONG H a o l e i,HEY a n i n g,L IM u x i a o,WANGL i m e i(N oC a d e tR e g i m e n t,S c h o o l o fB a s i cM e d i c a lS c i e n c e s,A i rF o r c eM e d i c a lU n i v e r s i t y,X ia n ,C h i n a;D
4、e p a r t m e n t o fM i c r o b i o l o g ya n dP a t h o g e n i cB i o l o g y,S c h o o l o fB a s i cM e d i c a lS c i e n c e s,A i rF o r c eM e d i c a lU n i v e r s i t y,X ia n ,C h i n a)A b s t r a c t:B a c t e r i a l e x t r a c e l l u l a r v e s i c l e s(B E V s)a r e s p h e r
5、i c a l l i p i db i l a y e rn a n o p a r t i c l e s s e c r e t e db yG r a mn e g a t i v eb a c t e r i a,G r a mp o s i t i v eb a c t e r i a,a n ds o m ea r c h a e a B E V sc o n t a i nas e r i e so fs u b s t a n c e sf r o mt h ep a r e n t a lb a c t e r i u m B E V sa r ei m p o r t a
6、 n t t r a n s m i t t e r so f i n f o r m a t i o nb e t w e e nb a c t e r i aa n dt h ee n v i r o n m e n t B E V sp l a yav a r i e t yo fr o l e s i nt h es u r v i v a la n da d a p t a t i o no fb a c t e r i a,a n da d d i t i o n a l l yr e g u l a t eh o s t c e l l s i g n a l i n gp a
7、t h w a y sb ya c t i n go nt h eh o s t c e l lm e m b r a n e,t h e r e b ya f f e c t i n gt h ep h y s i o l o g i c a l f u n c t i o no fh o s t c e l l s,a n dt h eo c c u r r e n c ea n dd e v e l o p m e n to fd i s e a s e s I nt h i sr e v i e w,w es u mm a r i z er e c e n t a d v a n c
8、e s i nu n d e r s t a n d i n go f t h eb i o g e n e s i sm e c h a n i s m sa n db i o l o g i c a l f u n c t i o n so fB E V s,a n dt h e i rr e g u l a t i o no fh o s tc e l l s T h e s ea d v a n c e sa r e e x p e c t e d t o i n s p i r e i n d e p t hs t u d i e so n t h eb i o l o g i c
9、a l f u n c t i o na n dp a t h o g e n e s i s o fB E V s,a n d t op r o v i d en e wi d e a s f o ra p p l i c a t i o n s i nc l i n i c a l d i a g n o s i s,p r e v e n t i o n,a n dt r e a t m e n t K e y w o r d s:b a c t e r i a l e x t r a c e l l u l a rv e s i c l e s;b i o g e n e s i sm
10、 e c h a n i s m;b i o l o g i c a l f u n c t i o n;r e g u l a t i o n;h o s t c e l l sG u oJ i n r o n ga n dY o n gH a o l e i c o n t r i b u i t e de q u a l l yt ot h i sp a p e r C o r r e s p o n d i n ga u t h o r:W a n gL i m e i,Em a i l:l i mw a n g c o m细菌外囊泡(b a c t e r i a le x t r
11、a c e l l u l a rv e s i c l e s,B E V s)是由细菌分泌的、直径为 n m的球形双层膜结构,其内携带有母源细菌来源的外膜蛋白、周质蛋白、肽聚糖、脂多糖、磷脂、D NA、R NA和毒性因子等物质,被认为是一种特殊形式的细菌分泌 .年,研究人员在一株营养缺陷的大肠埃希菌的电子显微镜图像中,首次观察到B E V s的产生.随后几十年,由于革兰阳性(G r a m p o s i t i v e,G)菌细胞壁较厚,被认为较难分泌B E V s,研究一直集 中 于 革 兰 阴 性(G r a m n e g a t i v e,G)菌 的B E V s.直到 年,L
12、 e e等才从金黄色葡萄球菌和枯草芽胞杆菌的培养上清液中分离出G菌的B E V s.随后,在古细菌中也发现有B E V s.B E V s在细菌的发生和进化中扮演着重要的角色,而且与人的正常生理功能和疾病的发生发展也具有密切的关系.本文从B E V s在细菌的环境耐受、防御作用、信号交流、物质运输以及细菌对宿主的免疫调节和发病机理等方面,对当前的B E V s研究进展进行了全面的综述,为B E V s的相关研究提供有用参考.B E V s的发生机制和结构组成不同细菌来源的B E V s,其生物发生途径不同,且具有不同的结构和组成.G菌的B E V s G菌的B E V s主要通过两种途径生成,
13、即通过细菌外膜(o u t e rm e m b r a n e,OM)的起泡生成或通过细菌裂解产生 .由此,G菌的B E V s可分为由外膜起泡产生的外膜囊泡(o u t e rm e m b r a n ev e s i c l e s,OMV s)和外内膜囊泡(o u t e r i n n e rm e m b r a n ev e s i c l e s,O I MV s),以及细菌裂解产生的外膜囊泡(e x p l o s i v eo u t e r m e m b r a n ev e s i c l e s,E OMV s)和外内膜囊泡(e x p l o s i v eo
14、u t e r i n n e rm e m b r a n ev e s i c l e s,E O I MV s).OMV s和O I MV sOMV s为一种球形颗粒,由内外两小叶构成.内小叶由磷脂组成,外小叶由脂多糖、外膜蛋白和膜出芽起泡过程中捕获的周质蛋白组成.OMV s是由于细菌外膜紊乱,如肽聚糖生物合成不平衡导致细菌OM与肽聚糖间的交联减少,周质间隙中错误折叠蛋白质或包膜成分的积累,脂多糖分子之间的阴离子电荷排斥以及疏水分子嵌入OM等因素,引起OMV s的产生,.所以,OMV s富含周质蛋白、外膜蛋白和OM特定的脂质.然而,OMV s随着细菌生长阶段和条件的不同,其携带的成分和含
15、量也存在差异 .O I MV s的发生是由于细菌自溶酶降解肽聚糖层后,细菌内膜突出到周质间隙,伴随胞质内容物进入囊泡并最终与周围的OM一起被挤压出去,从而产生O I MV s.O I MV s包含D NA、R NA和AT P等细胞质成分.不同细菌产生的O I MV s含量,在细菌分泌产生的总B E V s含量中所占的比例差异较大.如研究发现,囊状希瓦氏菌M 产生的O I MV s只占其总B E V s的大约,而海假交替单胞菌产生的O I MV s占其总B E V s的 左右 .E OMV s和E O I MV s 这两种B E V s的生物发生机制是由于细菌D NA损伤应激,诱导前噬菌体来源的
16、内溶素表达,从而降解细菌肽聚糖层并破坏细胞壁,从而导致细菌爆炸,出现膜碎片聚集并自组装形 成E OMV s和E O I MV s .E OMV s和E O I MV s也含有细菌细胞质成分和基因组D NA.研究发现,囊状希瓦氏菌M 在生长指数后期到稳定期 阶 段,会 产 生E OMV s和E O I MV s,而 且 其E O I MV s通常具有不同寻常的结构,如在一个较大的囊泡内有多个囊泡或不规则形状的内囊泡.G菌的B E V s 研究证实,G菌在不同条件和自然环境下都会产生B E V s,大小在 n m之间.G菌的B E V s的发生机制类似于G菌通过发生裂解产生B E V s的机制,是
17、由缺陷前噬菌体编码的内溶素降解肽聚糖层,破坏细胞壁,导致菌体发生肿胀,细胞膜包裹的细胞质内容物向外膨出而形成.所以,G菌的B E V s,又常被称为细胞质膜囊泡(c y t o p l a s m i c m e m b r a n c ev e s i c l e s,CMV s).由于G菌在此过程中并未完全解体,但细胞质膜完整性的丧失可导致部分细菌死亡,因此这一机制又被称为“起泡细胞死亡”.特殊类型的B E V s 管状膜结构(t u b e s h a p e dm e m b r a n o u ss t r u c t u r e s,T S M S s)是一种特殊类型的B E V
18、s,又被称为纳米管、纳米丝或纳米颗粒.目前对于T S M S s的形成机制尚不完全明确,一般认为T S M S s是由G菌的OM或G菌细胞质膜的管状突起而形成.结构最简单的T S M S s是由OMV s串联而形成.部分细菌还可将串联的OMV s进一步融合形成纳米管结构,如土拉弗朗西斯菌可在液 体 介 质 中 产 生OMV s和T S M S s.OMV s与T S M S s之间还可以相互转化,OMV s能够串联融合形成纳米管,而纳米管也可分解形成OMV s.B E V s的生物学功能B E V s是细菌的一种特殊形式分泌 ,在细菌的自身调节和细菌细菌之间相互作用中发挥着重要功能.但由于不同
19、来源的B E V s含有的内容物不同,因而也发挥着不同的生物学功能.摄取营养物质B E V s内含有水解酶,可催化降解环境中存在的蛋白质和复合多糖,帮助细菌摄取营养物质.此外,B E V s中还具有铁载体、锌载体、氨基酸和脂肪酸转运系统等,从而促进细菌对相关营养物质的摄取.如结核分枝杆菌分泌的B E V s携带分枝菌素,可帮助结核分枝杆菌远距离获取宿主中的铁成分,促进结核分枝杆菌的生长.防御作用B E V s可通过环境耐受、抑制抗生素的杀菌作用、拮抗噬菌体的作用等多种机制增强细菌对外界环境的防御能力.其一,在应激情况下,细菌可以通过调节B E V s的产量和内容物,以此缓解由错误折叠蛋白、肽聚
20、糖片段或脂多糖在周质间隙积累而引起的膜应激反应.如温度过高会导致蛋白质 变性,从而引 起细菌外膜 流动性增加,B E V s的分泌也随之增加.铁缺乏、氧化应激、酒中 国 人 兽 共 患 病 学 报 ,()精和盐等环境刺激也均会影响B E V s的分泌.其二,B E V s来源于细菌膜成分,可以保护细菌免受某些抗生素的侵害.研究证实,在抗生素环境中,分泌B E V s的细菌比不分泌的细菌存活时间更长.B E V s可通过结合、降解和排放等途径作用进入菌体中的抗生素,从而提高细菌对抗生素的防御力.如流感嗜血杆菌分泌的含内酰胺酶的B E V s,能够水解阿莫西林,保护A组链球菌免受阿莫西林的杀菌作用
21、.当鲍曼不动杆菌处于亚抑菌浓度的左氧氟沙星环境时,可以通过高外排泵的表达和B E V s的分泌,排出大量负载的抗生素囊泡,从而阻止抗生素的杀菌作用.B E V s也可通过包裹的耐药质粒,将抗生素抗性基因水平传递到其他细菌,从而增强细菌对抗生素的杀伤作用.如鲍氏不动杆菌可通过OMV s将内酰胺酶基因b l aO X A 传递给其阴性株,而使其获得青霉素和头孢类抗生素的抗性,从而增强鲍氏不动杆菌群落细菌对抗生素的抵抗力.其三,B E V s既可作为靶标吸引噬菌体的攻击,又可作为将噬菌体传递给其他细菌的载体,进而扩大 噬菌体的感 染范围.如大肠埃希 菌B E V s可结合并灭活大肠埃希菌特异性T 噬
22、菌体,从而降低环境中噬菌体的细菌感染率.信号交流B E V s可参与生物被膜的形成:细菌释放B E V s时,可导致细胞表面疏水性的增加,从而增强生物膜的形成,同时B E V s也可作为细胞外D NA的成核位点或者通过提供有益的蛋白如血红素利用蛋白Hm u Y,促进生物膜的形成.研究发现,幽门螺杆菌可被其分泌的B E V s诱导形成生物被膜,但具体机制尚不清楚.变异链球菌分泌的B E V s不仅可促进其自身生物被膜的形成,而且还有利于白色念珠菌生物被膜的形成.B E V s可传递、释放毒力因子:G菌分泌的B E V s中包含的大部分蛋白为酶、分子伴侣、毒力相关蛋白等毒力因子,且这些毒力因子在B
23、 E V s中的半衰期延长,因此B E V s在毒力因子的传递释放中具有重要作用.研究表明,铜绿假单胞菌分泌的B E V s通过与宿主质膜中的脂筏融合,可直接将内酰胺酶、碱性磷酸酶、溶血磷脂酶C等多种毒力因子传递到宿主细胞质内,影响宿主细胞的生物学功能,从而避免病原体和宿主细胞直接相互作用引起的细胞毒性作用.此外,肠出血性大肠埃希菌分泌的B E V s,其包裹的溶血素比游离的溶血素更稳定,前者半衰期长达 h,而后者半衰期仅 m i n.B E V s可提高细菌群体竞争力:群体感应是一种细菌间通讯机制,允许细菌相互交流,是许多病原菌毒力的重要驱动力.B E V s内所含的特异性酶能够区分自身菌和
24、非自身菌,进而靶向根除非自身菌,提高自身菌在环境中的竞争力.如铜绿假单胞菌分泌的B E V s通过递送细胞壁蛋白水解酶降解肽聚糖而杀死竞争性细菌;嗜酸乳杆菌B E V s内的细菌素可使德氏乳杆菌和大肠埃希菌的生长受到抑制.此外,共生菌特别是肠道微生物群可对宿主肠道进行免疫调节,共生菌分泌的B E V s可以杀死竞争细菌,影响竞争细菌产生细菌素,改善肠上皮屏障的功能,保护生态位,促进宿主免疫调节,从而为其亲本细菌提供选择优势.另外还有研究发现,在同一生态空间中的竞争性细菌还可分泌抗生素到B E V s内,选择性地杀伤其他种属的细菌.部分细菌可将糖苷酶和蛋白水解酶通过B E V s传递给竞争细菌,
25、将其杀灭以获取更多的营养物质.B E V s对宿主细胞的调节B E V s能够介导细菌和宿主细胞之间的相互作用,参与调节宿主细胞的功能,进而导致细菌感染性疾病的发生和发展.目前对B E V s调节宿主细胞功能的研究主要集中于免疫调节、介导细胞死亡和诱导肿瘤发生等过程.调节宿主细胞免疫功能由于B E V s的特殊发生机制,通常会携带有病原相关分子模式(p a t h o g e na s s o c i a t e d m o l e c u l a rp a t t e r n s,P AMP s).P AMP s可 被 宿 主 细 胞 的 模 式 识 别 受 体(p a t t e r nr
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 细菌 外囊泡 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。