曲霉屬是最常見的侵入性真菌病原體之一，在美國約占侵入性真菌感染的20%。根據(jù)目前的估計全世界每年發(fā)生超過300,000例危及生命的侵襲性肺曲霉病(IPA)病例，報告的死亡率為30%至95%。，曲霉菌病包括多種由曲霉菌引起的疾病種，如非侵入性曲霉菌病、過敏性支氣管肺曲霉病(ABPA)、慢性肺曲霉病(CPA)、慢性壞死性肺曲霉病(CNPA)、IPA、真菌致敏性嚴重哮喘(SAFS)和肺外曲霉病。在過去幾十年中，在臨床環(huán)境中越來越多地發(fā)現(xiàn)曲霉菌的隱性種感染。曲霉寄生在堅果、谷物、豆類和干果等作物上，這會導(dǎo)致腐敗。曲霉菌對人類健康的影響是廣泛的，但由于死亡率高和目前基于唑類的療法存在缺陷。曲霉屬分生孢子可以在室內(nèi)和室外的空氣中作為生物氣溶膠存在。因此，它們對免疫功能低下和/或免疫缺陷的人構(gòu)成明顯的風險，并且在高濃度時對健康人群也是如此。隨著患者體內(nèi)出現(xiàn)耐藥性更強的煙曲霉菌，開發(fā)新的抗真菌藥物成為治療曲霉病的權(quán)宜之計。考慮到發(fā)芽對煙曲霉致病性的作用，以阻止發(fā)芽為目的的抗真菌藥物將大有可為。隨著發(fā)芽、唑類抗性以及特別關(guān)注曲霉發(fā)芽的基因組和轉(zhuǎn)錄組學研究的擴展知識，可以取得更多進展。截至目前新的抗真菌藥有多種擬議目標。本研究的目的是在考慮抗真菌藥物的特性和產(chǎn)生的耐藥性的情況下，梳理目前提出的靶點并發(fā)現(xiàn)煙曲霉中潛在的新抗發(fā)芽靶點。
丹麥Biosense微生物生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用
曲霉屬是一組多樣化的真菌，它們都經(jīng)歷無性生命周期并產(chǎn)生分生孢子。分生孢子可抵抗許多應(yīng)激源，例如溫度驟變、干旱、低營養(yǎng)有效性以及滲透壓和氧化應(yīng)激。應(yīng)用Biosense微生物動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測煙曲霉的生長過程，獲得煙曲霉孢子生長過程中的四種形態(tài)。煙曲霉的休眠或休眠分生孢子構(gòu)成第一個萌發(fā)形態(tài)類型，它們是最小的，直徑約為2–3μm。第二種形態(tài)是休眠的破壞，它是不可見的，但以分生孢子的轉(zhuǎn)錄變化為特征。在第三種形態(tài)中，發(fā)生各向同性生長，分生孢子膨脹到原來大小的兩倍左右。第四種形態(tài)類型是從各向同性到極化生長的轉(zhuǎn)變。芽管也稱為極管。
實驗結(jié)論:
本研究針對分生孢子萌發(fā)的特定形態(tài)類型來開發(fā)新的曲霉菌抗真菌治療方法?？拐婢帟ｉT針對曲霉菌，因此可以預(yù)期患者的毒性會低于目前的抗真菌藥。依賴于免疫狀態(tài)的個性化治療可以提供一種預(yù)防耐藥性以及特定和廣泛活動的方法。主要針對中性粒細胞減少患者，這類患者經(jīng)常出現(xiàn)唑類耐藥，目前的治療手段嚴重不足。分生孢子是這些感染最重要的病原體，因為它們很容易散布，一旦被吸入就會到達肺部深處。發(fā)現(xiàn)煙曲霉通過延遲發(fā)芽和調(diào)節(jié)基因表達來適應(yīng)周圍環(huán)境，識別嗜中性粒細胞或上皮細胞。作為發(fā)芽延遲的直接后果，與黑曲霉相比，煙曲霉分生孢子受巨噬細胞和嗜中性粒細胞的影響較小，同時免疫反應(yīng)降低，肺上皮細胞更有效地內(nèi)化。
圖1、由曲霉引起的常見肺部疾病的示意圖。代表性肺泡、帶有紅細胞的毛細血管和免疫細胞參與了曲霉病的直接病理學，例如變應(yīng)性支氣管肺曲霉菌病(ABPA)和伴有真菌致敏的嚴重哮喘(SAFS)。
圖2、曲霉分生孢子萌發(fā)的形態(tài)類型。使用oCelloScope隨時間拍攝的煙曲霉分生孢子的圖示（上）和Fluidscope TM圖像（下）
圖3、用于治療曲霉病的常用抗真菌藥物。伊曲康唑和氟康唑?qū)儆诘谝淮蝾愃幬?。第二代唑類包括伏立康唑、泊沙康唑和艾沙康唑。CYP450作為目標意味著麥角甾醇的合成受到影響，這對細胞膜至關(guān)重要。通過抑制CYP450所依賴的14α羊毛甾醇脫甲基酶來實現(xiàn)的。
圖4、煙曲霉（NCBI分類ID：746128）中查詢蛋白Gel4（紅色節(jié)點）的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)，圖例減少。每個節(jié)點代表一種蛋白質(zhì)。填充節(jié)點具有已知或預(yù)測的3D結(jié)構(gòu)，而空節(jié)點則沒有。邊緣代表蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，顏色表示已知、預(yù)測或其他相互作用。
總結(jié)
分生孢子的萌發(fā)是曲霉菌生命周期中的一個重要過程，在宿主感染過程中起著重要作用。分生孢子在休眠時能夠避免被大多數(shù)白細胞檢測到。發(fā)芽會導(dǎo)致嚴重的健康問題，特別是在免疫功能低下的人群中。曲霉病最常由煙曲霉并影響中性粒細胞減少癥患者以及囊性纖維化(CF)患者。這些患者通常無法有效檢測和清除分生孢子或菌絲，并可能發(fā)展為慢性非侵入性和/或侵入性感染或過敏性炎癥反應(yīng)。目前使用三唑治療可以非常有效地對抗各種真菌感染。然而，對現(xiàn)有唑類藥物的耐藥性已經(jīng)出現(xiàn)，并且自1998年以來一直在增加。因此感染耐藥性煙曲霉的患者據(jù)報道，死亡率為88%至100%。特別是隨著攜帶耐唑曲霉菌的患者數(shù)量不斷增加，新型抗真菌藥物可以提供替代方案。曲霉菌的定義特征不同，但分生孢子的萌發(fā)是為數(shù)不多的共同點之一。通過使用新型抗真菌劑專門針對分生孢子萌發(fā)，早期干預(yù)可能成為可能。研究人員提出了幾種破壞分生孢子萌發(fā)的形態(tài)類型，以及潛在的目標。Biosense微生物動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可自動監(jiān)測孢子的萌發(fā)及孢子發(fā)芽過程，對分生孢子的萌發(fā)進行了及時監(jiān)測。在不對稱模型中將數(shù)據(jù)用作輸入，描述描述腫脹和胚芽管形成的過程。研究人員希望通過使用這種研究方法針對此類目標的新型抗真菌藥能夠有助于干擾曲霉菌發(fā)芽和生長的能力，從而減輕患者的真菌負擔。
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