碳酸酐酶Nce103介导耳念珠菌皮肤定植与两性霉素B耐药的新机制

本研究针对耳念珠菌(C. auris)皮肤趋向性和泛耐药性难题，通过整合蛋白质组学与转录组学分析，发现碳酸酐酶Nce103及其转录因子Rca1/Efg1组成的二氧化碳感受通路(CSP)通过调节线粒体能量代谢调控两性霉素B(AMB)耐药性。该通路将CO2转化为碳酸氢盐维持皮肤定植所需能量代谢，且皮肤菌群可通过脲酶释放CO2增强真菌适应性。研究为逆转AMB耐药和阻断皮肤定植提供了新靶点。

在人类与病原微生物的持久战中，耳念珠菌(Candida auris)无疑是最令人担忧的新兴威胁之一。这种2009年才被识别的真菌病原体，在短短十余年间已蔓延至全球50多个国家，造成重症监护室和养老院的聚集性感染，死亡率高达30%-72%。更棘手的是，耳念珠菌展现出对临床常用所有抗真菌药物（包括唑类、两性霉素B、棘白菌素和氟胞嘧啶）的泛耐药特性，其中对两性霉素B(AMB)的耐药率高达30%-60%，成为临床治疗的重大挑战。

尽管既往研究尝试通过基因突变解释AMB耐药性，但这类突变在临床分离株中较为罕见，提示存在未知的耐药机制。更令人困惑的是，大多数AMB耐药菌株并未出现明显的适应性代价，甚至在某些情况下生长能力更强。这些未解之谜促使研究人员深入探索耳念珠菌耐药性的分子基础。

在这项发表于《Nature Microbiology》的研究中，Trinh Phan-Canh等研究人员采用整合蛋白质组学和转录组学方法，对比耐药(R)和敏感(S)临床分离株，发现一条全新的二氧化碳感受通路(CSP)在调控AMB耐药性和皮肤定植中起关键作用。该通路以碳酸酐酶Nce103为核心，受转录因子Rca1和Efg1调控，通过将CO₂转化为碳酸氢盐，维持线粒体能量代谢，从而影响真菌的耐药性和适应性。

研究人员主要运用了以下关键技术：整合蛋白质组学和转录组学分析耐药机制；基因敲除和CRISPR-Cas9技术构建突变体；临床菌株来源包括不同进化枝的耳念珠菌分离株；小鼠体内感染模型和人类皮肤外植体验证皮肤定植能力；脂质组学分析膜脂组成；细菌-真菌共培养研究微生物互作。

蛋白质组学揭示多药耐药机制

通过对比耐药株(R1)和敏感株(S)的蛋白质组学数据，研究人员发现碳酸酐酶Nce103是R1株中表达最丰富的蛋白之一，其转录调控因子Rca1同样高表达。基因本体论分析显示，羧酸代谢和细胞氧化还原稳态在耐药株中显著富集，提示耐药性与线粒体功能存在密切联系。

CSP调控AMB敏感性

基因功能验证表明，敲除RCA1可使clade III菌株(AR384)的AMB最低抑菌浓度(MIC)降低2倍，clade I多药耐药株降低4倍；EFG1敲除导致AMB MIC降低2倍。值得注意的是，在模拟皮肤高CO₂环境(5.5% CO₂)下，rca1Δ、efg1Δ突变体和敏感株S均能恢复AMB耐药性，证实Rca1和Efg1通过碳感受调控AMB敏感性。

碳酸酐酶Nce103的关键作用

Nce103在环境空气中为必需蛋白，其缺失导致生长缺陷，但在CO₂补充下可逐渐恢复。nce103Δ突变体在1.5% CO₂下表现出与rca1Δ相同的AMB MIC值，而rca1Δ nce103Δ双突变体未显示叠加效应，表明Rca1和Nce103在同一通路中发挥作用。

CSP通过代谢和线粒体功能影响AMB耐药

机制研究表明，CSP缺失突变体对细胞膜应激剂(SDS)、线粒体复合体III抑制剂抗霉素A(AA)和氧化应激剂(H₂2O₂)敏感性增加，而过表达NCE103可增强耐受性。补充抗氧化剂维生素C可部分恢复AMB耐受性，但ROS积累并非CSP介导AMB敏感性的唯一原因。

靶向线粒体细胞色素bc₁增强AMB疗效

研究发现，敲除线粒体细胞色素bc₁复合体催化亚基RIP1可降低AMB MIC约2倍。使用真菌选择性细胞色素bc₁抑制剂Inz-5可协同增强AMB对抗多种念珠菌和新型隐球菌的效果，提示该靶点具有治疗潜力。

CSP是皮肤定植的关键因子

在营养限制条件下，CSP突变体表现出严重生长缺陷，而NCE103过表达显著促进真菌生长。值得注意的是，Nce103在培养早期高表达，随代谢源CO₂积累而下调，说明其在低细胞密度时维持生长至关重要。

耳念珠菌需要CSP在人类皮肤上生长

小鼠体内竞争实验显示，CSP对皮肤深层定植影响有限，但对皮肤表面初始定植至关重要。nce103Δ突变体在人和小鼠皮肤上的定植能力降低10-100倍，而rca1Δ和efg1Δ突变体定植能力下降更为显著，表明CSP是皮肤初始殖民的关键因素。

细菌代谢源CO₂促进耳念珠菌生长

研究发现，医院获得性细菌病原体如奇异变形杆菌和肺炎克雷伯菌可通过脲酶分解尿素产生CO₂，促进CSP突变体生长，而脲酶阴性突变株无此效应，证实皮肤微生物群可通过代谢互作支持耳念珠菌生长。

本研究系统阐明了耳念珠菌通过CSP调控AMB耐药性和皮肤定植的双重机制。该通路不仅通过维持线粒体能量代谢影响耐药性，还使真菌能够利用皮肤微环境中的CO₂（包括细菌源CO₂）增强适应性。这一发现为临床应对耳念珠菌感染提供了新思路：靶向CSP组分或细菌脲酶活性可能成为逆转耐药性和阻断传播的新策略。

研究还提示，临床使用的二氧化碳疗法（如伤口管理中的CO₂释放凝胶）可能潜在促进耳念珠菌生长，需引起重视。这项研究不仅解答了耳念珠菌生物学中关于AMB耐药性的关键问题，也为理解真菌-细菌-宿主三方互作提供了新视角，对控制医院内感染传播具有重要指导意义。