致病真菌几丁质合成调控的研究进展

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本文综述了几丁质合成酶的分类,功能及其调控的最新进展,展望了将几丁质合成酶及其调控分子作为抗真菌药物作用靶点的潜在应用前景

第二军医大学学报

2014年5月第35卷第5期

//犺狋狋狑狑狑.犪狊犿犿狌.犮狀狆:犼

,MAcademicJournalofSecondMilitaredicalUniversita014,Vol.35,No.5yMyy2

· 1·

:/DOI10.3724SP.J.1008.2014.00000

·论 著·

致病真菌几丁质合成调控的研究进展

郑楠薪,胡丹丹,姜远英,王 彦

第二军医大学药学院,上海200433

摘要]是真菌细胞壁的必需成分。几丁质合成酶是几丁质生物合成中的关键  [ 几丁质广泛存在于致病真菌的细胞壁,酶,其活性被严格地调控。几丁质合成酶及其调控分子有望成为抗真菌药物作用的靶点。本文综述了几丁质合成酶的分类、功能及其调控的最新进展,展望了将几丁质合成酶及其调控分子作为抗真菌药物作用靶点的潜在应用前景。关键词]壳多糖;壳多糖合酶;调控机制;药物靶点  [ 真菌;

中图分类号]文献标志码]文章编号])379   [258879X(201405  [ R A   [ 0

:犚犲狌犾犪狋犻狅狀狅犳犮犺犻狋犻狀狊狀狋犺犲狊犻狊犻狀狆犪狋犺狅犲狀犻犮犳狌狀犻犪狀狌犱犪狋犲犵狔犵犵狆

,HUD,,WANGYZHENGNanxinandanJIANGYuaninanyg

,,ColleeofPharmacSecondMilitaredicalUniversitShanhai200433,ChinagyyMyg

],,)犃犫狊狋狉犪犮狋hitinanessentialcomonentofthecellwallexistswidelinpathoenicfuni.Chitinsnthase(CHSisa  [ Cpyggy,a;kenzmeforbiosnthesisofchitinnditsactivitsstrictleulatedthereforeitcanbeinferredthatCHSanditsyeyyyiyrg,reulationfactorsarepotentialtaretsofantifunalthera.Thisarticlereviewstherecentresearchproressonclassificationgggpyg,functionandreulationofCHS,anddiscussesthepossibilitiesofusinSanditsreulationfactorsasantifunaltarets.ggCHggg];;;犓犲狅狉犱狊funichitinchitinsnthasereulationmechanism;druaret  [ gyggtg狔狑

[,():]AcadJSecMilMedUniv2014,355

造血干细胞移植、实  随着生物医学科学的进步,

体器官移植、高强度免疫抑制剂的应用、癌症患者的放疗/化疗、广谱抗生素的大量使用以及艾滋病在全球的持续蔓延,深部真菌感染的发病率及死亡率在

]1

全球呈显著上升趋势[。当前治疗深部真菌感染的

景。棘白菌素类药物(如卡泊芬净、米卡芬净和阿尼芬净)通过抑制β(葡聚糖合成影响细胞壁,1,3)D

3]

发挥抗真菌作用[。目前还没有作用于几丁质或者

但抑制几丁质合甘露聚糖的药物成功应用于临床,

成或影响其合成调控被公认为理想的抗真菌药物作

6]用靶点[。鉴于此,本文对几丁质合成及其调控的

药物品种有限,主要包括三唑类、多烯类、氟胞嘧5

]2

啶和棘白菌素类药物[。随着深部真菌感染发病率

研究进展做一综述。

,)1 几丁质和几丁质合成酶(犮犺犻狋犻狀狊狀狋犺犪狊犲犆犎犛狔1.1 几丁质是真菌细胞壁的重要组成成分 真菌几丁质是N乙酰葡糖胺()通过βGlcNAc1,4糖苷键链状聚合而成的聚糖,分布于细胞壁的内层。几丁质微丝与β(葡聚糖共价交联,形成真菌1,3)D细胞壁的三维网状结构,共同抵御渗透压和机械

5]

力[。一部分几丁质在一种或多种几丁质脱酰酶的

的增加,抗真菌药物的市场份额与日俱增。然而,目前的抗真菌药物尚存在毒性大、有效率低、价格昂贵

24]

或者耐药性严重等问题[,困扰着临床抗真菌治疗

的有效实施,因此抗真菌新药的开发显得尤为重要。

细胞壁是真菌抵御渗透压和机械力损伤的重要

5]屏障[。真菌细胞壁主要由葡聚糖、甘露聚糖和几

丁质等组成。作用于真菌细胞壁的药物由于对哺乳动物细胞的影响小、不良反应少,具有良好的应用前

[收稿日期]接受日期]0131118    [0140416 2 2

[基金项目]),国家重点基础研究发展计划(,上海市教育发展基金会晨81273558,81072678,811736352013CB531602) 国家自然科学基金(光计划(,N2007CG51).SuortedbationalNaturalScienceFoundationofChina(81273558,81072678,81173635)ationalKeasicppyNyB),)2013CB531602andChenuanlanofShanhaiEducationalDevelomentFoundation(2007CG51.ResearchProramofChina(ggPgpg[作者简介]第二军医大学临床医学八年制2:009级学员.Emailznxsmmu63.com 郑楠薪,@1

通信作者()::Corresondinuthor.Tel02181871359,Emailwanansmmu26.com@1pgagy

本文综述了几丁质合成酶的分类,功能及其调控的最新进展,展望了将几丁质合成酶及其调控分子作为抗真菌药物作用靶点的潜在应用前景

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第二军医大学学报 2第3014年5月,5卷

作用下,去乙酰化生成脱乙酰几丁质,脱乙酰几丁质也参与细胞壁的构成。

合成反应1.2 CHS 几丁质的合成过程非常复杂,

7]大致分为三个阶段[。前两个阶段的反应在细胞质

相关。在丝状真菌构巢曲霉(犃狊犲狉犻犾犾狌狊狀犻犱狌犾犪狀狊)狆犵中,犃狀犆犎犛犃、犃狀犆犎犛犅、犃狀犆犎犛犆和犃狀犆犎犛犇基但在分生孢因在菌丝中的基础表达水平并不相同,

[18]19]

子受精时,它们的表达会同时增加[。Rogg等

为第三阶段的反应提供UD乙酰葡糖内完成的,PN

[8]

胺()。第三阶段的反应在细胞膜上UDPGlcNAc

发现构巢曲霉经棘白菌素处理后犃狀犆犎犛犃和

犃狀犆犎犛犆基因的转录水平增加。犃狀犆犎犛犆的转录由转录因子AbaA激活,AnCHSA的转录激活可能

[0]

也与A。baA有关2

以UD乙酰葡糖胺为原料聚合生成几丁进行,PN

]9

质[。CH催化几丁质S是第三阶段反应的关键酶,7]生物合成特有的反应[。

2.2 CHS的表达受到多条信号通路的调控 在白CHS数量很多,利用NinoVeg

a和Roncero的分类方法,可以将CHS分为七类[1

011]

。不同种类的CHS可能在不同的真菌中起不同的作用。Ⅰ类CHS合成的几丁质仅占细胞壁几丁质的很少一部

分[6

]。虽然Ⅱ类CHS合成几丁质的量也很少,但是某些Ⅱ类CHS对真菌的生命过程有重要影响[1

2]

。Ⅳ类CH

S是合成细胞壁几丁质的主力,某些Ⅳ类CHS的缺失会导致真菌致病力的减弱[13]

。Ⅲ、Ⅴ、

Ⅵ、Ⅶ类CH

S只存在于丝状真菌和部分双相真菌,对这些真菌的生命过程可能有重要影响[6

]。以灰霉

(犅狅狋狉狔狋犻狊犮犻狀犲狉犲犪)为例,属于Ⅲ类CHS的BcChs3a对灰霉的致病力有显著影响,属于Ⅶ类CHS的cChs7在灰霉致病过程中发挥作用,

而属于Ⅵ类CHS的BcChs6是灰霉生长发育必需的[1

4]

。 犆犎犛在多个环节受到调控

在真菌生长、应激和形态改变的过程中,细胞壁的组成成分和精细结构会发生动态变化,细胞壁组分合成相关的酶在转录、蛋白活化等多个环节受到

调控[6]

。另外,几丁质和其他细胞壁组分的合成大

多是在极化生长的位置发生,因此,CHS的功能还

与其所在空间位置息息相关[15

]。

.1 CHS在转录水平受到调控 CHS在转录水平

与细胞周期和细胞状态相关。Sp

ellman等[16]

研究了酿酒酵母(犛犪犮犮犺犪狉狅犿狔犮犲狊犮犲狉犲狏犻狊犻犪犲)的mRNA水平与细胞周期的相关性,结果表明犛犮犆犎犛2的表达在M期达到高峰,而犛犮犆犎犛1的表达在M/G1期达到高峰,基因表达高峰出现的时期可能与基因功

能有对应关系。Cte等的研究[1

7]表明,白念珠菌(Candidaalbicans)在G2期时,其犆犪犆犎犛1(与酿酒酵母的犛犮犆犎犛2同源)、犆犪犆犎犛8和犆犪犆犎犛3的表达达到峰值。CHS的转录表达水平还与细胞状态

念珠菌中,PKC、HOG和MAP这三条信号通路,以及钙调神经磷酸酶通路共同调节犆犎犛基因的表

达[21]

。在酿酒酵母中,跨膜蛋白ScWsc1和ScMid2

起着监测细胞壁的作用,当酿酒酵母细胞壁发生异常时,ScWsc1和ScMid2招募鸟苷酸交换因子Rom2向小G蛋白Rho1发出信号,Rho1激活包括PKC在内的诸多因子,触发MAPK的级联反应,

最终作用于转录因子,影响细胞壁相关基因的表达[7

]。

此外,酿酒酵母的HOG通路也能影响MAPK通

路,调控细胞壁组分的生物合成[22]

2.3 蛋白酶解步骤调控CHS的成熟 据推测,CHS存在两种状态:

一种是没有活性的酶原状态,一种是有活性的激活状态[7

]。在酿酒酵母中,3种

CHS酶ScChs1、ScChs2和ScChs3都具有酶原的性

质[7]。就ScChs2而言,

已证明胰蛋白酶可以作用于一种未知的可溶性蛋白酶,

这种蛋白酶一旦被激活,就能进而激活ScChs2的活性[23]

。就ScChs3而言,Meissner等[24]

的研究表明,蛋白酶ScSte24在

ScChs3介导的几丁质生物合成中起重要作用,而ScSte24恰恰是一种存在于内质网上的金属蛋白

酶[25]

2.4 CHS的细胞内定位受到调控 真菌细胞对几丁质生物合成的控制还可以通过改变CHS在细胞内的定位实现,CHS会被运送到需要合成几丁质的位置(如极化生长处、菌丝处、细胞分裂隔壁形成处

和细胞表面等)[6]

。在白念珠菌中,Ⅳ类合成酶

CaChs3会被运送到出芽的芽尖处、

菌丝处,在细胞分裂前会被重新定位到隔壁形成的位置[6

]。在构巢

曲霉中,Ⅲ类合成酶AnChsB也是在极化生长处、菌丝处和分生孢子发育时隔壁形成的位置行使功

能[26]。在酿酒酵母胞质分裂过程中,ScChs2会被运送到隔壁位置,Wloka等[27]发现ScChs2借助Ⅱ型

B22

本文综述了几丁质合成酶的分类,功能及其调控的最新进展,展望了将几丁质合成酶及其调控分子作为抗真菌药物作用靶点的潜在应用前景

第5期.郑楠薪,等.致病真菌几丁质合成调控的研究进展

· 3·

41]

成的代偿性增高[。如前所述,几丁质合成的增加

肌球蛋白Mo1的脚手架作用参与隔壁的形成,Ohy

28]

等[发现ScChs2还会与位于胞质分裂位置的

受到P以及钙调KC通路、HOG通路、MAPK通路,

21]

神经磷酸酶通路调控[。在白念珠菌和烟曲霉菌

调控隔壁的形成。位于ScHof1蛋白发生相互作用,高尔基体外侧网络(的STGN)cChs3可以被运输到

[9]

细胞表面,发现内涵体的蛋白质外壳能调Starr等2

(中应用P犃狊犲狉犻犾犾狌狊犳狌犿犻犪狋狌狊)KC和钙调神经狆犵犵磷酸酶通路激活剂,菌株几丁质含量增加的同时,对

]41

卡泊芬净的敏感性降低[。此外,在某些细胞壁相

节这一运输过程。

2.5 化学修饰和分子间相互作用对CHS的影响 磷酸化和去磷酸化过程能控制CHS的细胞内定位。在白念珠菌中,CaChs3的正确定位受到磷酸

几丁质含量增高的关基因发生突变的白念珠菌中,

42]

同时也出现了对卡泊芬净的敏感性降低[。在高浓

度卡泊芬净中白念珠菌会形成耐药菌落,这些菌落化过程的严格调控[30]

。在酿酒酵母中,ScChs2的定位也受到磷酸化的影响[23],ScChs2被磷酸化后滞留于内质网[31]

。Jakobsen等[3

2]进一步的研究发现被CDK1磷酸化的ScChs2很难被包装入转运小泡,所以滞留于内质网;而被磷酸酶Cdc14p去磷酸化的cChs2能被选择性地包装入转运小泡,

进而被转运出内质网。Oh等[33]

的研究则表明ScChs2的磷酸

化可以由激酶Dbf2直接介导。

异戊烯化过程也能对CHS产生影响[3

4]

。酿酒酵母的ScChs4与ScChs3之间有密切关系,ScChs4不仅能激活ScChs3,还能介导ScChs3和ScBni4之间的相互作用,从而促进几丁质的生物合成并完成

几丁质的准确定位[3435]

。ScChs4的成熟过程中要

经历异戊烯化,只有异戊烯化的ScChs4才能够调节

cChs3的活性[3

4,35

],因此,在酿酒酵母中异戊烯化能通过影响ScChs4影响ScChs3,进而影响几丁质的生物合成和定位。

肌球蛋白马达样结构域(MMD)能帮助CHS准

确定位[3637

]。如果一种CHS的N端有MMD,C端

有CHS结构域,那么这种CHS大多被归类于Ⅴ类或Ⅶ类CHS。最典型的例子是构巢曲霉的AnCsmA和AnCsmB,它们分别属于Ⅴ类和Ⅶ类

CHS[3

1],其功能既存在差异又可能存在互补性[38]

。MMDs能通过将CHS锚定在肌动蛋白细胞骨架上

帮助CHS定位到极化增长的位置[3

9]

。 犆犎犛可作为抗真菌药物的作用靶点

.1 几丁质合成的代偿性增多能增强真菌对药物的耐受程度 真菌细胞壁的组分和微观结构处于动态变化中,阻止细胞壁中一种成分的合成会导致另

一种组分代偿性地增多[40]。例如在白念珠菌中,利

用卡泊芬净抑制β1,3

葡聚糖合成会导致几丁质合与野生型菌落相比具有更高的几丁质含量,

几丁质含量的增加可能是对卡泊芬净耐药的原因之一[41];

将耐药克隆在没有卡泊芬净选择压力的条件下培

养,几丁质的含量会回落[41]。上述现象表明白念珠

菌对卡泊芬净具有天然适应能力,这种适应能力可

能是通过代偿性地增加几丁质含量实现的[

41]

。几丁质含量增多不仅出现在白念珠菌中,在热带念珠菌(犆犪狀犱犻犱犪狋狉狅狆犻犮犪犾犻狊)、近平滑念珠菌(犆犪狀犱犻犱犪狆犪狉犪狆狊犻犾狅狊犻狊)、季也蒙念珠菌(犆犪狀犱犻犱犪狌犻犾犾犻犲狉犿狅狀犱犻犻)和烟曲霉菌的临床分离株中,也发现了给予卡泊芬净后几丁质含量增加的现象[

43

]。另外,这些种类的念珠菌在含卡泊芬净的培养基中培

养时,

出现反常性增长的概率也比较高[44

]。相比起来,光滑念珠菌(犆犪狀犱犻犱犪犵犾犪犫狉犪狋犪)和克柔念珠菌(犆犪狀犱犻犱犪犽狉狌狊犲犻)的分离株没有发现卡泊芬净处理后几丁质含量增加的现象,同时也很少或没有出现

反常性增长的现象[45]

.2 抑制CHS和相关信号通路是潜在的抗真菌靶标 几丁质和脱乙酰几丁质几乎存在于所有已知的致病真菌中,

但在哺乳动物细胞中并不存在,因此抑制几丁质生物合成不会对人体产生严重的不良反

应,这也是抗真菌药物研发的一条思路[6

]。此外,几

丁质合成的代偿性增多会导致对抗真菌药物的耐药,那么现有抗真菌药物与CHS抑制剂合用可能发

挥抗菌增效作用[40

]。

具体地说,现有的CHS抑制剂包括尼克霉素和多氧霉素类,它们能特异性地抑制Ⅰ类CHS,

但它们对其他类CHS无效,

体内抗真菌效果也不理想[6

],新型的CHS抑制剂有待研发。然而,现有的CHS抑制剂能增强棘白菌素类药物对病原真菌的抗菌能

力[46]:棘白菌素类药物单用对烟曲霉菌只具有抑制

作用,然而棘白菌素类药物与尼克霉素Z合用导致

S犵

S333

本文综述了几丁质合成酶的分类,功能及其调控的最新进展,展望了将几丁质合成酶及其调控分子作为抗真菌药物作用靶点的潜在应用前景

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第二军医大学学报 2第3014年5月,5卷

异常细胞壁的形成,进而导致孢子的极端肿胀,起到

[7]40,43]

。在C的体内实验协同杀菌作用[lemons等4

[] K3athiravanMK,SalakeAB,ChotheAS,DudhePB,

,WatodeRP,MuktaMSetal.Thebiolondchemgya:istrfantifunalaentsareview[J].BiooredyogggM2012,20:56785698.Chem,

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[] L6enardonMD,MunroCA,GowNA.Chitinsnthesisy

中,对鼠的肺部和系统性曲霉菌病进行治疗时,米卡芬净与尼克霉素Z合用,与单用米卡芬净相比,能显著提高小鼠的存活率。与此相似,对临床分离的白念珠菌、烟曲霉菌、根霉菌()和粗球犚犺犻狕狅狌狊狊狆狆狆.,阿尼芬净与尼克霉孢子菌(犆狅犮犮犻犱犻狅犻犱犲狊犻犿犿犻狋犻狊)素Z合用也能起到协同作用

[]40

。以上例子说明

均能起协同抗CHS抑制剂与棘白菌素类药物合用,真菌效果,这可能是因为CHS抑制剂与棘白菌素类药物分别抑制细胞壁的几丁质和β1,3葡聚糖的合成,

同时抑制2种真菌细胞壁骨架成分,对真菌细胞壁的完整性影响更大[40

]。除了CHS抑制剂,CHS

相关信号通路阻断剂和棘白菌素类药物合用,也具有成为协同抗真菌的潜力。在白念珠菌和烟曲霉菌中,

钙调神经磷酸酶通路阻断剂和棘白菌素类药物合用能产生协同抗真菌的效果[6]。

新的CHS抑制剂也在不断地被发现和合成。Yutani等

[48

]发现反式茴香脑能通过抑制CHS的活

性起到抗真菌作用。Magellan等[49]

发现2,3,5tri

Obenzyldribose和2,5functionalizedimidazole均具有抑制CHS的活性,通过麦胚凝集素(WGA)实验发现这2种化合物对灰霉的CHS有靶向抑制作用。

综上所述,几丁质是真菌细胞壁的必需成分,CHS是几丁质生物合成中的关键酶,其表达在各个水平受到调控。CHS和相关信号通路抑制剂有望成为抗真菌的靶标。 利益冲突

所有作者声明本文不涉及任何利益冲突。[参考文献]

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第二军医大学学报 2第3014年5月,5卷

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/057e.html

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