一
、前言
1.1 克雷白氏肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)
克雷白氏肺炎桿菌是革蘭氏陰性、兼性厭氧菌，外被厚重夾膜、呈桿狀外型 的伺機性腸內病原菌。存在正常人體的口和腸道中，其感染好發於免疫力低下的 中、高年齡層病患、慢性病患、酒精成癮者、或是接受治療病患，造成的症狀包 括上呼吸道感染、肺炎、敗血症、尿路感染及腦膜炎；也是造成院內感染的常見 的菌種之一(Su, Wu et al. 2001)。在台灣，克雷白氏肺炎桿菌感染與糖尿病患的 肝膿瘍及其它嚴重併發症有高度的相關性(Tsai, Huang et al. 2008)。近年來，新 種的抗藥性菌株在院內感染病例中明顯增加，使得藥物使用受到限制(Yong, Toleman et al. 2009)。流行病學研究指出，無論最終感染部位為何，造成最初感 染的克雷白氏肺炎桿菌經常源自病患腸胃道的常駐細菌(endogenous
colonization)(De Champs, Sauvant et al. 1989; Maroncle, Rich et al. 2006)。胃酸 (pH 1-3)是對抗經口而入人體病原菌的第一道防線，在這極酸的環境下，許多病 原菌如大腸桿菌(Escherichia coli)、沙門氏菌(Salmonella enterica)或胃幽門螺旋 桿菌(Helicobacter pylori)要感染胃腸道須具備特定抗酸機制來抵禦胃酸的傷害 (Smith 2003)。而從胃到小腸，除了酸鹼度的變化外，腸內菌發酵產生的有機酸 也是病原菌面臨的酸壓力(Rode, Moretro et al. 2010)，另外，腸內菌還需面臨滲 透壓與氧氣濃度的改變，因此，腸內病原菌如何感應環境中可能的致命威脅並經
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膜使細胞內的酸鹼值降低(Richard and Foster 2004)，酸性環境不利的影響包括蛋 白質變性(denature)、未摺疊(unfolding)和聚集(aggregation)，進而破壞正常的生 理功能或細胞結構，最終導致細胞死亡(Small, Blankenhorn et al. 1994; Smith 2003)。因此，細菌的抗酸程度與感染宿主的劑量呈負相關，大腸桿菌和痢疾桿 菌(Shigella flexneri)最耐酸，只需低劑量即造成感染(Lin, Lee et al. 1995; Foster 2004)，而霍亂弧菌(Vibrio cholerae)較不抗酸，需要較高的劑量才能感染 (Schmid-Hempel and Frank 2007)。
胃幽門桿菌可在胃黏膜生存並形成群體(Amieva and El-Omar 2008)，在弱酸 回補實驗證明其於抗酸反應扮演重要角色(Alvarez-Ordonez, Cummins et al.
2014)。同屬食源性病原的沙門氏菌具有多個酸誘導系統，在低酸鹼值環境下幫 助其生存(Lin, Lee et al. 1995; Kieboom and Abee 2006)，廣為研究的參與酸耐受 性反應(Acid tolerance response)的蛋白包含 AtrB、 AtrC (PolA)、AtrD 和 AtbR，
當細菌暴露適度酸當中會合成多種酸休克蛋白(acid shock protein)，雖然大部分 的蛋白功能尚且未知，但是他們會共同減輕低酸鹼值時過多氫離子造成的壓力 (Foster 1993)。酸耐受反應蛋白會受到一些廣泛調控蛋白所調控，在穩定生長期 (stationary phase)，RpoS 是酸耐受反應蛋白的主要調控蛋白(Lee, Lin et al. 1995;
Bearson, Wilson et al. 1998)；外膜蛋白 OmpR 對於酸耐受性反應蛋白也是一個酸 誘導調控者，在酸性環境下的 OmpR 轉錄會受到 H-NS(histone-like-protein)抑制
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且會受到 OmpR-P 自我誘導(Bang, Audia et al. 2002)。在對數生長期(log phase)，
沙門氏菌的毒性蛋白 PhoP、PhoQ 和 Fur 會調控酸耐受反應蛋白。Fur 在細胞面 臨有機酸時調控酸休克蛋白保護細胞，然而 PhoP 和 PhoQ 則是保護細胞免於無 機酸的傷害(Hall and Foster 1996; Bearson, Wilson et al. 1998)。
大腸桿菌有五種抗酸途徑分別為 AR(acid resistance)1~AR5。AR1 的活性受 RpoS 與 CRP(cAMP receptor protein)調控，並受葡萄糖抑制(Kashiwagi, Miyamoto et al. 1992)。AR2~AR5 都是以胺基酸去梭酸基酵素(amino acid decarboxylase)消 耗特定胺基酸與氫離子，產生終產物胺類與二氧化碳而提高 pH 值。一般而言，
厭氧的酸性環境能夠誘導胺基酸去梭酸酵素的作用。AR2 及 AR3 作用於 pH2.5 的強酸環境；AR4 及 AR5 的抗酸系統則與細菌在 pH4.5 環境下的生存相關。AR2 為谷胺酸(glutamate)去梭酸酵素系統，其為大腸桿菌對抗極酸環境(pH2.5)的主 要系統。AR2 包含 GadA、GadB 與位於內膜的反向轉運蛋白(antiporter)GadC，
另外 GadE 為 AR2 主要的轉錄啟動因子。作用機制是 GadA 及 GadB 藉由消耗細 胞 內 的 氫 離 子 提 升 細 胞 質 之 酸 鹼 值 ， 同 時 把 麩 胺 酸 轉 換 成 胺 基 丁 酸 (gamma-amino butyric acid, GABA)與二氧化碳，GadC 再將胺基丁酸送至細胞外，
並交換麩胺酸進入細胞使反應持續(Bergholz, Tarr et al. 2007) 。AR3 為精胺酸 (arginine)去梭基酵素系統，由精胺酸去梭基酵素 AdiA 與反向運輸蛋白 AdiC，
其作用機制類似 AR2。AR3 消耗精胺酸與氫離子以增加細胞內酸鹼值，AdiA 轉 換精胺酸為胍丁胺(agmatine)與二氧化碳，AdiC 則將胍丁胺運送至細胞外，並交 換精胺酸進入細胞使反應持續。在 pH2.5 極酸環境時，AR2 與 AR3 能夠提升細 胞至約 pH4.5，而失去 AR2 與 AR3 的菌株細胞降為 pH3.5(Zhao and Houry 2010)。
AR4 為 離 胺 酸 (lysine) 去 梭 酸 基 酵 素 系 統 ， 其 包 含 離 胺 酸 去 梭 酸 基 酵 素 LdcI(CadA)與反向轉運蛋白 CadB，CadA 轉換離胺酸為屍胺(cadaverine)與二氧 化碳，以降低細胞內氫離子濃度，CadB 將屍胺運送至細胞外並交換離胺酸進入 細胞內(Moreau 2007)。
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霍亂弧菌和創傷弧菌也同樣具有酸耐受性反應(Acid tolerance response, ATR) 來對抗酸壓力。其 ATR 包括 CadA 和 CadB，與大腸桿菌的 Cad 系統有類似功能 (Merrell and Camilli 1999; Zhao and Houry 2010)。福氏志賀菌有 AR1 和 Gad 系統，
但其 Gad 系統與大腸桿菌的 Gad 系統差別在於志賀菌在酸性環境基本培養基中 培養至穩定生長期(stationary phase)時需要 RpoS(Zhao and Houry 2010)。
Asr(acid shock RNA)可轉譯一百個胺基酸，在腸內菌科細菌普遍存在，可在 pH<5.0 之下被誘導表現，並且被發現在 M9 培養液中的表現量比在 LB 培養液中 高(Seputiene, Suziedelis et al. 2004)。大腸桿菌將 Asr 送到膜間質過程中會先去掉 訊號序列(signal peptide)，到了膜間質時，N 端部分被切割，剩下的 C 端才真正 具有抗酸能力(Seputiene, Motiejunas et al. 2003)。一旦 asr 突變，除了使細菌對 酸的敏感性增加外，會影響大腸桿菌在老鼠腸道的群聚(Armalyte, Seputiene et al.
2008)。沙門氏桿菌 Asr 的表現會受雙分子訊息傳遞系統（two component system, TCS）RstA/RstB 和可感應磷離子變化的 TCS PhoB/PhoR 所調控(Suziedeliene, Suziedelis et al. 1999)；另有研究指出在穩定生長期，asr 的轉錄與 RpoS 有關 (Seputiene, Suziedelis et al. 2004)。沙門氏桿菌 RstA/RstB 除了可調控受 RpoS 影 響的三個基因表現(narZ、spvA、 bapA)外，也影響 RpoS 的降解，還可抑制生 物膜的生合成(Cabeza, Aguirre et al. 2007)。而在克雷白氏肺炎桿菌中，rstA、rstB 或 asr 的缺損對細菌在酸性環境的生長或酸逆境下存活率影響不大，但 Asr 在生 成過程中也會有被切割的情形(蔡雅雯，2009)。另外，啟動子活性分析結果顯示