第三节　创伤感染常见真菌种类、结构特点与致病机制

一、常见致病或条件致病真菌的种类

真菌属真核细胞类微生物，在自然界中分布广泛。少数真菌可感染人、动物或植物，引起真菌感染性疾病（真菌病）。

真菌病根据病变部位分成浅部真菌病和深部真菌病两大类。浅部真菌病主要侵犯含有角质的组织，如皮肤、毛发和指甲等处，引起各种癣病最常见的浅部真菌病的致病菌为红色毛癣菌，其次为须癣毛癣菌、犬小孢子菌、石膏样小孢子菌和絮状表皮癣菌等。深部真菌病侵犯皮肤深层和内脏，如肺、脑、消化道等器官，引起深部感染的致病真菌或条件致病真菌的种类多，主要为念珠菌、曲霉菌、隐球菌、毛霉菌、肺孢子菌、孢子丝菌等，因深部真菌病与创伤密切相关，因此本书主要介绍深部真菌病。

二、常见致病或条件致病真菌结构与致病作用

1. 真菌共同的结构特点

真菌为真核生物，除具有一般真核细胞的结构外，尚有些特殊的结构：部分酵母菌细胞壁外有一层与真菌的毒力和致病性密切相关低电子密度的黏液，如新生隐球菌的荚膜层即为此种物质，其化学组成为甘露糖、木糖及尿苷酸等；真菌细胞壁骨架以几丁质（chitin）和葡聚糖为主要成分，丝状菌骨架组成以几丁质的含量最高，酵母菌的骨架组成则以葡聚糖的含量最高。真菌细胞壁基质中的多糖种类很多，除外葡聚糖、几丁质，还有葡糖胺、葡萄糖和半乳糖等。真菌细胞壁蛋白质可单独或与多糖组成糖蛋白存在，细胞壁中的糖蛋白具有酶活性，其中以水解酶居多，可分解基质，使营养物质易于进入胞内，糖蛋白也是细胞壁抗原的分子基础。

2. 常见真菌结构特点与致病作用

（1） 念珠菌（Candida）：

以白念珠菌（Candida albicans）最常见，为条件致病菌，常存在于正常个体。当机体抵抗力下降或菌群失调时可导致多种白色念珠病，如皮肤感染、内脏感染、黏膜感染等。其致病主要与黏附能力、受体、形态转换、胞外酶等有关。

（2） 曲霉菌（Aspergillus）：

以烟曲霉最常见，为条件致病菌。当机体抵抗力降低时，经受损的皮肤黏膜或呼吸道侵入机体，并导致曲霉菌病，其中以肺部曲霉菌病最为多见。有的曲霉菌可产生毒性很强的毒素，食用后可引起中毒并有明显的致癌作用。根据机制不同可分为侵袭性、超敏性和中毒性曲霉菌病，其致病性主要与菌体成分、超敏反应及其毒素相关。

（3） 隐球菌（Cryptococcus）：

以新生隐球菌最常见，为条件致病菌。新生隐球菌可侵犯人和动物，引起中枢神经系统、皮肤黏膜、淋巴结等处的慢性炎症和脓肿，即隐球菌病。荚膜多糖是新生隐球菌的主要致病物质，具有抗吞噬、诱使动物免疫无反应性、降低机体免疫功能等功能。

（4） 毛霉菌（Mucor）：

以丝生毛霉菌最常见，为条件致病菌。毛霉菌病主要继发于糖尿病、白血病、免疫缺陷等，主要侵犯血管壁引起血栓形成及组织坏死，并随着血流侵入全身各组织器官，发病死亡率高。

（5） 肺孢子菌（Pneumocystis）：

以卡氏肺孢子菌和伊氏肺孢子菌最常见，为条件致病菌。肺孢子菌经呼吸道吸入，多为隐性感染。当机体抵抗力低下时，发展为肺孢子菌肺炎，病情发展迅速，死亡率高。

（6） 孢子丝菌（Sporotrichum）：

以申克孢子丝菌最常见。申克孢子丝菌广泛存在于自然界，通过有创伤的皮肤接触染菌的土壤或植物引起感染，可引起急慢性肉芽肿，称为孢子丝菌性下疳；也可通过消化道或呼吸道感染，随血液循环播散到其他脏器。

三、真菌常见致病因子的结构及致病机制

真菌的致病力一般较弱，不产生外毒素，其致病作用可能与真菌在体内繁殖引起的机械性损伤以及所产生的酶类、酸性代谢产物有关。影响其致病力有关的因素主要是感染量和毒力，感染途径和机体免疫状态。与细菌类似，真菌致病机制也主要与真菌的黏附、定植、侵袭、免疫逃避机制等相关。

1. 真菌结构物质

（1） 荚膜（Capsule）：

主要由葡糖醛酸木糖甘露聚糖、少量的半乳糖木糖甘露聚糖以及甘露糖蛋白构成，是新型隐球菌最重要的毒性因子之一。多糖荚膜形成凝胶状缓冲带将新生隐球菌细胞与外部相分隔，避免其他隐球菌细胞成分被免疫系统识别：隐球菌荚膜体积与抗体和补体介导的巨噬细胞吞噬作用呈负相关，即荚膜越大越不易被吞噬，且荚膜增大后内层原有荚膜密度增大可明显减少外源性物质的渗透，无荚膜的突变株对鼠缺乏毒性。虽然荚膜可以诱导补体激活的替代途径，但荚膜成分也可以加速补体成分C3b退化，以及上调巨噬细胞等抗原呈递细胞的FasL诱导凋亡来降低免疫反应。这些机制有效地减轻了免疫识别进程，使得新生隐球菌在宿主体内逃避免疫、长期生存。

（2） 甘露聚糖（Mannan，Mn）或甘露聚-糖蛋白质复合物（M-P）：

真菌的Mn或M-P为细胞壁的主要成分，甘露糖蛋白为放射状突出的致密网状纤维位于细菌壁最外层。Mn或M-P可通过与宿主细胞表面受体的相互作用，影响和干扰细胞因子的形成：体外研究发现白念珠菌磷酸酯甘露聚糖通过TLR2、TLR4和TLR6依赖的方式刺激巨噬细胞分泌TNF；酵母相白念珠菌可以通过TLR2、TLR4信号通路刺激巨噬细胞分泌干扰素和TNF；芽管相细胞能诱发TLR2依赖的反应。此外研究也发现黏附能力强的白念珠菌有较高的疏水性，较亲水性白念珠菌黏附的细胞范围广泛；现有研究认为白念珠菌孢子的壁蛋白和菌丝壁 M-P即为菌体表面的疏水分子。

（3） 几丁质：

几丁质是β-葡聚糖与N-乙酰葡萄糖胺化合成的立体空间结构多聚体，主要分布于孢子的芽痕和菌丝分隔处，几丁质与真菌的毒力关系密切。白念珠菌的β-葡聚糖能够促进机体以树突状细胞相关性C型植物血凝素（dendritic cell associated C type lectin1，Dectin1）依赖的方式产生环氧合酶-2和花生四烯酸。几丁质合成酶缺陷突变株，感染小鼠后死亡率较无缺陷株的死亡率低。用几丁质合成酶抑制剂多氧霉素D作用于白念珠菌后，此菌的黏附能力明显降低。

（4） 黏附素家族：

凝集素样黏附素1（ALAI）、凝集素样序列1（ALSI）、菌丝孔蛋白1（HWPI）及整联蛋白I（INFI）等编码基因编码的糖蛋白。ALAI介导的黏附步骤首先是白念珠菌迅速附着于细胞外基质蛋白上，然后细胞与细胞相互作用；而HWPI能与颊上皮细胞的未确定的蛋白质交联。这两种方式可组合成一个二阶段模式的黏附：首先由传统的黏附素将芽生孢子固定在受损的上皮、内皮细胞或血栓上形成芽管；当宿主的防御能力降低时，真菌生长，一旦局部微环境中含有了宿主颊上皮转谷氨酰胺酶（TGase），即由非传统的黏附素不可逆地附着于宿主蛋白质上。

（5） 糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白（Glycosylphosphatidyl inositol-anchored protein）：

是目前已知的影响烟霉菌黏附的关键因子，通过丝氨酸-苏氨酸的糖基磷脂酰肌醇锚定在细胞膜和细胞壁上。该类蛋白的编码基因由多个家族组成，其中GEL家族中的GEL1、GEL2、GEL3的编码蛋白主要参与β-1，3-葡聚糖链的延长，另一个基因afpig-a编码GPI锚基生物合成酶的催化亚基。

（6） α-1，3-葡聚糖：

是细胞壁主要组成成分之一，被认为与多种真菌病原体的致病力相关。在烟曲霉中，AGS1 AGS2和AGS3被确认是合成细胞壁α-1，3-葡聚糖的主要基因。有研究表明，敲除ags1和ags2的菌株致病力并没有明显减弱，而敲除ags3的菌株在小鼠模型中致病力增强，这种致病力的增强可能与烟曲霉孢子细胞壁上黑色素成分的增加相关。

2. 胞外酶

（1） 分泌型酸性蛋白酶（Secreted aspartyl proteinase SAP，又称胞外天冬氨酸酶）：

SAP具有很高的蛋白水解酶活性，能水解多种蛋白，如细胞外基质、角蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白和免疫球蛋白等进一步侵及宿主组织。蛋白质类可诱导白念珠菌分泌SAP导致组织的破坏，SAP还可分解胶原蛋白和角蛋白为氮源，从而在皮肤和深部组织中生长繁殖；并且SAP可以趋化中性粒细胞、淋巴细胞等。

（2） 碱性丝氨酸蛋白酶（Alkaline serine protease）、金属蛋白酶（Metalloprotease，MEP）：

具有溶胶原和溶蛋白活性的酶在曲霉菌感染中有重要作用，包括碱性丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶：研究者从烟曲霉菌培养液中可分离出的碱性丝氨酸蛋白酶能迅速分解人肺组织Ⅰ型、Ⅱ型胶原，将此酶注入小鼠气管内可导致下呼吸道的明显破坏；烟曲霉菌、黄曲霉菌产生的金属蛋白酶与侵袭性肺曲霉病有关，不产生MEP的烟曲霉菌株引起的感染死亡率明显低于产生MEP的菌株。此外新生隐球菌可以通过吞噬细胞溶解而离开细胞，原因可能是隐球菌胞外蛋白酶对细胞造成了破坏。

（3） 磷脂酶（Phospholipase，PL）：

与多种真菌的侵袭力密切相关。分泌至细胞外发挥作用许多分泌型PL具有糖基化基团，可以促进细胞膜和（或）细胞壁结合和分泌。磷脂酶可以促进白念珠菌在体内的入侵存活和致病，还可逃避宿主免疫防御机制。研究者比较感染小鼠的白念菌的9种毒力因子，包括磷脂酶、蛋白酶、黏附、出芽、生长速率和破坏内皮细胞的能力，仅磷脂酶活力与实验鼠的致死率密切相关。烟曲霉菌中已分离出3种磷脂酶，分别为PLA、PLB、PLC，其中PLB起主要作用，体外实验证实PLB对培养的肺泡细胞有广泛的溶解作用。新型隐球菌也能分泌磷脂酶，该酶具有磷脂酶B、磷脂酶水解酶以及磷脂酶转移酶三者的活性，其活性与小鼠模型中隐球菌的毒性有关。

（4） 脂肪酶（Lipase，Lip）：

白念珠菌和近平滑念珠菌的Lip是重要的毒力因子。细胞外Lip的作用包括为获取营养消化脂类，黏附宿主细胞和组织，协同与其他酶的相互作用，通过影响免疫细胞启动炎症反应和通过溶解竞争菌群达到自我防御目的。研究发现在巨噬细胞和肝细胞中，细胞外Lip直接诱导细胞毒性和促进脂滴在细胞质沉积。

（5） 抗ROS酶：

ROS如H2O2或超氧离子参与破坏孢子，所以能够控制ROS作用的酶被认为是烟曲霉的致病因子，如过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶等。烟曲霉产生3种过氧化氢酶：CatAp、Cat1p、Cat2p。多种念珠菌属体内存在过氧化氢酶，在白念珠菌目前发现一种过氧化氢酶基因cat 1。在新生隐球菌中发现4个过氧化氢酶基因家族：cat 1、cat 2、cat 3和cat 4，cat 1和cat3 编码芽孢的特异性过氧化氢酶，cat 2编码过氧化物酶体的过氧化氢酶，cat 4编码细胞质的过氧化氢酶。

3. 真菌毒素

影响深部感染的真菌毒素主要是来源于曲霉菌等。

（1） 烟曲霉酸能影响巨噬细胞的氧化爆发和低密度脂蛋白的氧化代谢，使纤毛运动停滞；而烟曲霉素能抑制血管生成。

（2） 孢子毒素扩散物质可影响有活性的巨噬细胞，抑制呼吸爆发和吞噬作用及巨噬细胞表面细胞因子的表达。

（3） 胶霉毒素具有较强的毒性，对巨噬细胞和粒细胞NADPH氧化酶有抑制作用、诱导单核细胞凋亡并可阻碍纤毛运动，破坏呼吸道上皮。

（4） 烟曲霉文C为生物碱类物质，是DNA合成的抑制因子并可抑制巨噬细胞的激活与增殖，减少细胞因子的产生。

（5） 核糖毒素包括局限曲霉素、束格孢素等，可通过催化灭活核糖体大亚基而抑制蛋白合成，对哺乳细胞产生高度毒性作用。

4. 黑色素

已发现多种菌株如曲霉菌、新型隐球菌、巴西芽生菌均可产生与毒力密切相关的黑色素。黑色素也是新生隐球菌第一个确认的致病性毒力因子，对维持隐球菌细胞壁荚膜结构抗吞噬作用和抗氧化剂活性很重要。黑色素是一种强效自由基清除剂，可以保护孢子逃避机体免疫防御系统，如补体C3介导的调理作用、中性粒细胞介导的吞噬作用，从而延长菌株体内存活时间。此外，黑色素能与真菌的水解酶稳定结合并在靠近真菌的细胞壁处聚集，使得水解酶的作用效率得到提高。

（李斌　覃容欣　蒋为薇　周红）