Acinetobacter baumannii (A. baumannii) orsakar sjukhusförvärvade infektioner (Hai), såsom ventilatorassocierad lunginflammation, bakteremi, urinvägsinfektioner, meningit och kirurgiska sårinfektioner, vilket leder till en ökande dödlighet hos patienter. Riskfaktorer för dessa infektioner inkluderar mekanisk ventilation, användning av bredspektrum antibiotika, ICU-vistelsetid och koma . Statistiskt sett smittades cirka 1 000 000 människor globalt med A. baumannii varje år, och hälften av dessa infektioner orsakades av multidrugsresistenta (MDR) stammar . Dödligheten för A. baumannii-infektion i ICU var 45~60% och nådde till och med 84,3% när patienter infekterades med omfattande läkemedelsresistens (XDR) A. baumannii . I 2017, karbapenem-resistent A. baumannii (krabba) rankades först när det gäller hot mot människors hälsa och brådskande att utveckla relevanta antibiotika, enligt den läkemedelsresistenta bakterielistan som släpptes av WHO .

kolistin (CST) och tegacyklin, de vanligaste antibiotika mot karbapenemasproducerande GNB, har emellertid blivit ineffektiva på grund av antibiotikaresistens . För att uppnå klinisk effektivitet måste läkare öka dosen av CST och kombinera den med tegacyklin . Tyvärr, för bakteremi och allvarliga luftvägsinfektioner orsakade av krabba och XDR-A. baumannii respektive kombinationsterapi fungerade fortfarande inte effektivt . Mot bakgrund av den allvarliga bakterieresistensen har forskare insett att det är angeläget att utveckla nya antibakteriella strategier snarare än att förlita sig på traditionella antibiotika.

generellt finns det två sätt att designa nya antimikrobiella medel. Den ena är att hämma produktionen av väsentlig substans för bakterieöverlevnad ; den andra är att hämma virulensfaktorer eller antibiotikaresistensgener av patogena bakterier för att undertrycka patogenicitet eller förbättra deras känslighet för antibiotika . Att hämma en enda väsentlig komponent leder emellertid oundvikligen till stort evolutionärt tryck på bakterier och främjar utvecklingen av läkemedelsresistenta stammar på hög nivå . Därför är den nya interventionsstrategin riktad mot icke-ensidiga processer nyckeln till att övervinna bakteriell resistens . Till exempel blockerar hämning av AbaI/AbaR kvorumavkänningssystem med naturligt eller syntetiskt hämmarmedel kommunikationen mellan bakterier och hämmar biofilmsbildning . Som en klass av viktiga virulensfaktorer i bakterier har yttre membranproteiner (OMPs) väckt mycket mer uppmärksamhet.

OMPs är en klass av unika integrerade membranproteiner som är förankrade i OM, vars strukturer i ett fat av 8 till 26 strängar bildades. Det finns stora, förlängda slingor mellan strängarna på den extracellulära sidan och korta slingor på periplasmiska sidan. Dessa egenskaper ger OMPs hög stabilitet i membran och förmåga att slåss mot extremt hårda miljöer . Även om olika OMPs har olika sekvenser och funktioner, de delar liknande struktur och biologiska egenskaper . OMPs av bakterier består av jämnt antal strängar, och viktigare är funktionen och stativet skjuvnummer beroende av deras sekvenser. Till exempel, som virulensrelaterade proteiner, komplementbindande protein OmpX i E. coli och fibronektin-och heparinbindande protein Ail i Yersinia pestis delar jämförbar liknande struktur, men deras sekvensidentitet var lägre än 45%. Mångfalden av OMPs sekvens sker vid N terminal väsentligen mer än C terminal, och den konserverade bisexussignalen styr vikning och korrekt montering av OMPs .

men hittills har typerna av OMPs i A. baumannii inte identifierats tydligt, och endast några spridda rapporter var tillgängliga, främst inklusive BamA, LptD, Omp33–36, OmpW. CarO och OprD. BamA själv som en OMP automatiskt kan infoga i OM och är ansvarig för montering av andra OMPs ; LptD förmedlar transporten av LPS till yttre membran (OM), vars förlust kan orsaka ackumulering av mellanprodukter och felplacering av LPS, och så småningom leda till störning av bakteriell membranintegritet ; Omp33–36 är en kanal för passage av vatten, vilket kan inducera apoptos av värdceller genom att aktivera caspase och reglera autofagi ; OmpW är ett slags hydrofobt porin som finns i OM och cytoplasma och spelar en viktig roll vid modulering av homeostas av järnjon i bakterier ; CarO och OprD är relaterade till resistens hos karbapenem .

bland de OMPs av A. baumannii, OmpA är den mest djupt studerade virulensfaktorn som spelar nyckelroller för att reglera vidhäftning, aggressivitet och biofilmbildning av A. baumannii och immunsvar hos värd. Överproduktion av OmpA är en oberoende riskfaktor för dödligheten av nosokomial lunginflammation och bakteremi orsakad av A. baumannii . Dessutom kan expressionsnivån för OmpA mätt med qRT-PCR användas som ett snabbt diagnostiskt index för antibiotikaresistent A. baumannii, genom vilket resultaten är mycket förenliga med de genom traditionell MIC-analys .

denna översyn överskådade strukturen, funktionen och patogenesen av AbOmpA, sammanfattade terapeutiska strategier riktade mot AbOmpA och lyfte fram varför AbOmpA är ett potentiellt mål för behandling av A. baumannii.

OmpA struktur och funktion

ompa identifierades först som ett värmemodifierbart protein i Escherichia coli (E. coli) 1974 och renades ursprungligen 1977. Dess molekylmassa sträcker sig från 28 kDa till 36 kDa . OmpA-familjen är en grupp av ytbehandla-exponerade, porin proteiner med kick-kopierar numrerar i Omps av GNB. N-terminaldomänen för OmpA är en antiparallell struktur med en struktur som består av åtta transmembransträngar för att bäddas in i det yttre membranet. De åtta strängarna är förbundna med fyra långa slingor på ytan av det yttre membranet och tre korta varv i periplasmisk domän som bildar globulär C-terminal . Även i en specifik bakteriestam är aminosyrasekvenserna av OmpA olika bland flera underklasser .

under de senaste åren, med förtydligande av Abompas ursprungliga struktur, har forskare funnit att aminosyrorna i AbOmpA från en mängd olika kliniska isolat är mycket konserverade (> 89%), medan de inte är homologa med humant proteom . Genom att jämföra olika ompa-liknande proteiner identifierades de två konservativa aminosyrorna, R286 och Asp271, som är belägna i C-terminal domän av OmpA. Båda aminosyrorna binder icke-kovalent till diaminopimelataminosyra (DAP), en komponent av peptidoglykan (PGN) . Denna interaktion antyder att OmpA spelar en nyckelroll för att upprätthålla bakteriell ytintegritet. I allmänhet stabiliserar OMPA i GNB-arter sin struktur genom självdimerisering, vilket förhindrar att böjningsförbindelserna mellan strukturen hos en fat och en periplasmisk struktur lyseras .

AbOmpA är viktigt för A. baumannii att hålla sig till och invadera epitelceller

A. baumannii kan komma in och kvarstå i värdceller. För det första klibbar den värdceller, invaderar och translokerar sedan in i kärnan. Efter att ha dödat värdceller sprids det i blodomloppet och vävnaderna . AbOmpA förmedlar vidhäftningen och invasionen av A. baumannii till epitelceller (Fig. 1A, övre panelen). Jämfört med vildtypsbakterier är den isogena AbOmpA-mutanta stammen svårare att invadera värdceller. Förinkubation med rekombinant AbOmpA (rAbOmpA) hämmar dramatiskt vidhäftning och invasion av mycket invasiv A. baumannii 05KA103 till epitelceller. Och in vivo fördröjs patogenesen av mutationen av AbOmpA, eftersom bevis visade att mindre bakteriell börda i blod av en Murin lunginflammationsmodell . För vidhäftningsmekanismen för OmpA, Smani et al. fann att det var lättare för A. baumannii att fästa 96-brunnsplattorna belagda med fibronektion än den belagda med BSA, och de identifierade proteinbindningen med fibronektion var OmpA, vilket indikerar att bindningen av OmpA till firbronektin var det första steget i interaktionen mellan A. baumannii med värdceller.

funktioner av OmpA i A. baumannii. en övre panel. Vid kontakt med epitelceller hemligheter bakterier OmpA i dessa celler. OmpA kan translokera i kärna och mitokondrier och stimulera mitokondrier att frigöra cytokrom c. sedan främjar cytokrom c apoptos inducerande faktor (AIF) att translokera i kärnan och orsakar slutligen apoptos av epitelceller. Nedre panelen. OmpA ökar produktionen av kväveoxidsyntas (iNOS) och ytuttryck av Toll-liknande receptor 2 (TLR2) i epitelceller, som båda utlöser värdcelldöd. b vid låg koncentration aktiverar OmpA DCs som sedan stimulerar CD4 + T-celler att utöva Th1-svar, medan vid hög koncentration; OmpA dödar DCs genom att inducera mitokondrier att släppa ROS. C AbOmpA kan arrestera serumfaktor H i serum, vilket orsakar förlamning av komplementsvar. D AbOmpA spelar en dominerande roll för att fästa abiotiska ytor och bilda biofilmmatris. e AbOmpA är ett porin-protein som lokaliseras i yttre membran, vilket selektivt tillåter genomträngning av små molekylära föreningar

AbOmpA kan direkt orsaka värdceller död om de levereras till värdceller via yttre membranvesiklar (omv) . Såsom visas i Fig. 1a, efter att ha kommit in i värdceller, kan AbOmpA lokaliseras till mitokondrier, vilket leder till frisättning av molekyler (såsom cytokrom C, apoptosinducerande faktor (AIF)) i tidigt stadium av A. baumannii-infektion, AIF försämrar kromosomens DNA och underlättar apoptos av epitelceller . Dessutom kan OmpA också translokera till kärnan i värdceller beroende på dess monopartite nuclear localization signal (NLS)-”KTKEGRAMNRR”, som ligger mellan rester 320 och 330 av OmpA. Denna subcellulära inriktning av rAbOmpA kan inducera apoptos hos värdceller, men den specifika underliggande mekanismen är inte klar . rAbOmpA renad från A. baumannii ATCC19606 vid en koncentration av 6 kg / mL är tillräcklig för att utöva cytotoxicitet till humana laryngeala epiteliala HEp-2-celler . AbOmpA främjar A. baumannii att vidhäfta och invadera värdceller, vilket leder till deras död genom att lokalisera i mitokondrier och kärnor, men om AbOmpA fungerar i andra organeller återstår att undersöka.

AbOmpA stimulerar medfödd immunsvar

AbOmpA påverkar också värdens immunsystem. Även om AbOmpA-behandling inte påverkar expressionsnivån för proinflammatoriska cytokiner eller kemokin, ökar den produktionen av kväveoxidsyntas (iNOS) och ytuttryck av Toll-liknande receptor 2 (TLR2) i HEp-2-celler (Fig. 1A, nedre panelen). Båda är viktiga i värdförsvarsmekanismen. Kväveoxid (NO) utövar bakteriostatiska och bakteriedödande funktioner vid lunginfektion , och denna oxidativa stress ger en annan orsaksfaktor till celldöd. Och TLRs känner igen patogenassocierade molekylära mönster (PAMPs) och utlöser immunsvar . Effekterna av AbOmpA på benmärgs-härledda dendritiska celler (DCs) illustreras i Fig. 1b. AbOmpA i en koncentration av 200 ng/mL aktiverar DCs via TLR2, MAPK och NF-kB-vägen, vilket stimulerar CD4+T-celler mot ett Th1-svar . AbOmpA tenderar emellertid att döda DCs vid höga koncentrationer (3 occurg/mL) genom att öka de reaktiva syrearterna (ROS) från mitokondrier . Inokulering med rAbOmpA kan inducera stype 2-immunsvar hos möss, vilket skadade balansen mellan IL-4 och INF-c och ledde till infektion . Dessutom förlamade AbOmpA komplementsvarssystemet genom att arrestera serumfaktor H (Fig. 1c).

AbOmpA inducerar biofilmbildning

Biofilm möjliggör A. baumannii att överleva under fientliga förhållanden, huvudsakligen bestående av protein, extracellulärt DNA och polysackarider. Enligt statistiken från National Institutes of Health och Center for Disease and Prevention orsakades 65-80% mänskliga infektioner av biofilmbildande bakterier . Baserat på de multifunktionella egenskaperna hos biofilmbildning identifierades en serie gener associerade med bakteriell vidhäftning och biofilmbildning, såsom AbOmpA, beta-laktamas PER-1 (blaPER-1) och biofilmassocierat protein (Bap) . Faktum är att OmpA av A. baumannii ATCC19606 spelar en dominerande roll för att bilda stabil biofilm på plastytan (Fig. 1d). AbOmpA mutantstammar misslyckas med att bilda biofilm, medan påfyllning av AbOmpA allel effektivt återställer förmågan .

genomträngning av små molekylära antibiotika genom AbOmpA

Poriner är endast proteiner från det yttre membranet av GNB. AbOmpA är den vanligaste porin associerad med läkemedelsresistens, epitelceller fastsättning och biofilmbildning . Smani et al. först visade effekten av AbOmpA på fenotypen av multiresistent A. baumannii och fann att utarmningen av OmpA-genen minskade Mic: erna av kloramfenikol, aztreonam och nalidixic med 8, 8 respektive 2, 67 gånger. Dessa data tyder på att OmpA kan delta i extrudering av antibakteriell förening från periplasmiska regionen och par med utflödessystem i inre membran . Transmembrantransporten kontrollerad av poriner är ett viktigt sätt att leverera näringsämnen och liten molekylär hydrofil antibakteriell förening till bakterier . Ramkumar et al. fann att AbOmpA selektivt tillät passage av små molekylära antibiotika (Fig. 1e). Exempelvis penetrerar etx2514, den bredspektrumacuril-laktamashämmaren, genom AbOmpA och förbättrar den antibakteriella aktiviteten hos sulbactam på ett AbOmpA-beroende sätt. I framtiden kommer klargörande AbOmpA kristallstruktur att avslöja förhållandet mellan preliminär struktur av substrat, porin protein och permeation, vilket ger mer information för design av små molekylära substrat .

reglering av AbOmpA-uttryck

bland GNB kännetecknas de faktorer som påverkar OmpA-uttrycket mestadels i Escherichia coli, såsom näringsämnen, odlingsförhållanden, bakteriofaginfektion och metaboliska enzymer . Emellertid undersöks de OmpA-reglerande mekanismerna för A. baumannii fortfarande. Även om OmpA i GNB har en liknande tvådelad struktur, är aminosyrasekvenser belägna på bakteriens yttre yta olika bland olika släkter . Förutom att lära av studierna av E. coli, ska vi utforska egenskaper hos OmpA i A. baumannii. Under de senaste åren har det visat sig att AbOmpA är ett stressrelaterat yttre membranprotein, vars uttryck påverkas av bakteriens inre och yttre miljö . Under studien av effekterna av temperatur, torrhet och näringsbrist på den långsiktiga överlevnaden av känslig stam ATCC19606 och kliniska isolat, Bravo Z et al. fann att vidhäftnings-och biofilmbildningsrelaterade gener, OmpA, bfmR och csuAB alla nedreglerades i svälta celler, vilket ledde till svårigheter att bilda biofilmer och sprida A. baumannii i blod . HFQ-protein, en värdbakteriefaktor som först upptäcktes i E. coi, är oumbärlig för RNA-syntes av bakteriofag Qb, , och nu betraktas det som en transkriptionsregulator relaterad till stressresponser. Hfq-brist fördröjer celltillväxt och förbättrar cellulär känslighet för miljöstress. Expressionsnivån för OmpA i HFQ-mutantstam är dramatiskt lägre än i en vild typstam . Dessutom finns det en orsakssamband mellan biofilmbildning och AbOmpA-uttryck i A. baumannii under behandling av antibiotika vid subminimala hämmande koncentrationer (MIC). Yoshinori et al. inkuberade ATCC19606 och kliniska isolat med 1/2 MIC av polymyxin B (PMB) och kolistin (CST) för 24 h, respektive, och fann att det fanns en positiv korrelation mellan mRNA-nivån av AbOmpA och antalet biofilmceller i CST behandlade ATCC19606 stam. Samma resultat observerades i R3 kliniska isolat i närvaro av PMB . Meropenem vid en koncentration av 64 occurg/mL och 128 occurg/mL ökade AbOmpA uttryck med 1,81 och 1,63 veck, respektive .

sammantaget finns det tre faktorer som huvudsakligen är involverade i regleringen av AbOmpA i de senaste studierna. För det första, missgynnade miljöer såsom svält, minskar produktionen av AbOmpA, vilket gör det svårt för A. baumannii att bilda biofilm och hålla sig till värdceller; för det andra, Hfq, en transkriptionsregulator, vars uttrycksnivå är nära relaterad till Abompas; slutligen främjar vissa antibiotika vid sub-MIC AbOmpA-uttryck och biofilmbildning. Även om flera faktorer har bevisats associerade med OmpA exppresion i A. baumannii, de underliggande mekanismerna återstår att undersökas.

terapeutiska strategier riktade mot AbOmpA

polypeptid

numera har den syntetiska lilla polypeptiden som specifikt binder till OmpA utformats för att förhindra A. baumannii från kontakt med värdceller. AOA-2, en cyklisk hexapeptid som ett blockeringsmedel för AbOmpA utan bakteriedödande aktivitet minskar vidhäftningen av A. baumannii, Pseudomonas aeruginosa och E. coli till ytorna av biotiska och abiotiska och ökar signifikant känsligheten hos A. baumannii till CST i koncentrationen av 125 baccarg/mL. In vivo förbättrade den intraperitoneala injektionen av AOA-2 (10 mg/kg) i kombination med CST (10 mg/kg) överlevnadsgraden hos möss med bakteriemi med 20% . Dessutom har vissa klassiska antimikrobiella peptider (ampere) som interagerar med AbOmpA gradvis upptäckts, vilka är en serie endogena försvarspeptider för att döda bakterier och svampar . Till exempel dödade bovin myeloid antimikrobiell peptid (BMAP-28) och dess analoga peptider MDR-A. baumannii genom att interagera med AbOmpA. Dessa föreningar började förstöra A. baumannii vid en koncentration av 40 oC/mL inom endast 15 min, och efter 30 min var bakteriecellerna uppenbarligen skadade med läckande cytoplasma . Dessutom interagerade LL-37 Med aminosyraresterna 74-84 av AbOmpA på ett dosberoende sätt, vilket minskade vidhäftningen av A. baumannii till värdceller. Denna hämmande effekt av LL – 37 på vidhäftning reducerades emellertid kraftigt efter abompa-radering . Human defensing-5 (HD5) är en endogen peptid som dödar MDR-A. baumannii. För att förbättra den antibakteriella aktiviteten hos HD5 ersattes icke-katjoniska och icke-hydrofoba rester av positivt laddat arginin för att erhålla ett derivat som heter HD5d5, vilket starkt kunde binda till AbOmpA och sedan utöva sin toxinneutraliserande funktion . Även om det finns bevis för att MDR-Staphylococcus aureus är resistenta mot LL-37 genom att producera kataboliska enzymer , huruvida A. baumannii kan utveckla resistens mot naturliga förstärkare har inte rapporterats. Den syntetiska lilla peptiden, som specifikt riktar sig mot AbOmpA utan bakteriedödande aktivitet, kan undvika att utlösa bakteriellt utvecklingstryck och kan användas ensamt eller kombinerat med andra antibakteriella föreningar för att utöva synergistiska effekter.

vaccin

som ett idealiskt antigen av vaccin bevaras AbOmpA bland olika kliniska stammar med genomet som skiljer sig från humant genom . Luo G et al. fann att immuniserande möss med 3 ACC rOmpA i 0,1% aluminiumhydroxid (Al (OH)3) förbättrade signifikant överlevnadsgraden hos diabetiska djur infekterade av A. baumannii HUMC1 med 40% och minskade antalet bakteriekolonier i alla organ (utom lunga) med tio gånger jämfört med kontroll. Dessutom förbättrades IgG-antikroppen mot rOmpA i serum dramatiskt . Badmasti F et al. visade att överlevnadsgraden hos möss med disseminerad sepsis inducerad av ATCC19606 förbättrades anmärkningsvärt (70%) efter behandling med rekombinant konserverad immunodominant region av AbOmpA (8-346aa), och dessutom ökade kombinationen med Bap(1-487aa) också överlevnadsgraden (> 80%) av möss infekterade av MDR AB-44 . Vidare designades vissa derivat av AbOmpA med högre antigenicitet och lägre toxicitet av bioinformatiska och immuninformatiska verktyg. Exempelvis erhölls en ny immunogen modell med 12 strängar genom att modifiera aminosyrasekvenser av OmpA, i vilka K320 och K322 ersattes av alanin, ”NADEEFWN” ersattes av ”YKYDFDGVNRGTRGTSEEGTL”, ”VVQPGQEAAAAAAQ” belägen vid C-terminal och position 1-24 av N – terminal avlägsnades. Detta AbOmpA-härledda antigen kunde utlösa produktionen av antikroppar som dödar Pseudomonas aeruginosa och A. baumannii . Ett annat sätt är att utveckla DNA-vaccin, vilket har väckt mer uppmärksamhet på grund av effektiviteten och hållbarheten. DNA-vaccin är betydligt säkert och tolerabelt eftersom det inte innehåller försvagad eller död patogen under sin produktion . Hossein et al. klonad AbOmpA-gen och infogade den i en eukaryot uttrycksvektor pBudCE4.1 för att erhålla den rekombinanta pBudCE4.1–ompA. Efter transfekterad med denna rekombinanta plasmid uttryckte humana dermala fibroblastceller (HDF) effektivt AbOmpA . Därefter utvärderade de den immunogena potentialen hos pBudCE4.1-ompA i mössmodell. Efter immunisering med detta vaccin ökade IL-2, IL-4, IL-12, IgM, IgG och INF-GHz alla dramatiskt i serum och fler djur överlevde jämfört med kontrollgruppen . Vi bör emellertid inte ignorera den onkogena potentialen hos rekombinanta molekyler på grund av dess slumpmässiga integration i värdgenomet.

monoklonala antikroppar (mAbs)

det är allmänt accepterat att antikroppar kan användas för att försvara mot mikrobiella infektioner. Passiv immunisering inducerad av antikroppar riktade mot AbOmpA brukade betraktas som en potentiell terapeutisk metod för MDR-och XDR-A. baumannii-infektioner . Behandling med polyklonal anti-OmpA sera har emellertid visat många oundvikliga brister, såsom immunkomplexöverkänslighet, lågt innehåll av specifika antikroppar och den potentiella risken för infektionssjukdomar sprids . Nyligen bidrar monoklonal antikroppsteknik (mAb) till utvecklingen av antibakteriella mAbs. Jämfört med polyklonala anti-OmpA sera har mAbs fler fördelar, såsom högre säkerhet, bättre homologi och mer specifika mål . MAbs-inriktningen ompa främjar makrofager för att döda A. baumannii 307.30 (AB307.30), förutom de som är täckta med tjock kapsel, särskilt XDR-A. baumannii. Bevis visade att bindningen av mAbs till kliniska isolat var mycket svagare än mellan mABs och ATCC19606. Huruvida kapseln över cellväggen hindrar mAbs från att binda till XDR-A. baumannii? Den K1 kapselnegativa mutantstammen (AB307 .30) starkt kombinerad med Anti-OmpA mAbs, vilket tyder på att kapselpolysackarider kan skydda bindningsställena för OmpA. Den dåliga kombinationen mellan mAbs och XDR-A. baumannii måste lösas ytterligare, och mAbs kan också användas för andra konserverade epitoper av A. baumannii.