群體感應系統由群體感應信號分子、受體和調控蛋白組成。群體感應信號分子是細菌群體感應過程的起始信號分子，由細菌合成并釋放到細胞外，群體感應信號分子的濃度隨細菌密度的增加而增加。當信號分子濃度達到一定的閾值時，群體感應信號分子，能啟動菌體中相關基因的表達，調控細菌的行為，來適應環境的變化。群體感應信號分子與細胞內或細胞膜上相應的受體分子結合后，通過下游的調控蛋白或直接調控相關基因的表達。
致病菌侵入、定殖到宿主體內，產生各種毒力因子，導致宿主發病，這些毒力因子包括分泌到胞外的的蛋白酶類、特定的細胞毒素。此外，許多病原菌都能產生特定的黏附因子，比如鞭毛和外膜蛋白等，它們非特異或特異地結合在宿主的特定部位，定殖下來為進一步危害宿主做準備。最后，病原菌形成對外界各種不良環境的抗性來保護自身，在宿主體內形成生物被膜，抵抗宿主的免疫和介導對藥物的抗性。眾多病原菌的致病基因受到群體感應的調控，以下對銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌這三種常見病原菌中群體感應系統對細菌毒性產生的調控機制做一簡述。
1.1 銅綠假單胞菌
銅綠假單胞菌是一種常見的G-致病菌，是引起病人在住院期間發生感染的三大致病菌之一。如圖1所示，銅綠假單胞菌的群體感應系統主要有基于N-?；呓z氨酸內酯（AHL）為信號分子的las和rhl系統以及喹諾酮（PQS）為信號分子的調控系統組成。
圖1 銅綠假單胞菌與細胞毒性相關的群體感應調控

在las系統中，由las I編碼的酶Las I合成的信號分子N-3-氧十二?；呓z氨酸內酯（3-oxo-C12-HSL）與胞漿受體蛋白LasR結合形成AHL-LasR復合體，與相應的靶基因DNA啟動子區域結合，激活一系列毒力基因如彈性蛋白酶和堿性蛋白酶等基因的表達，同時促進信號分子3-oxo-C12-HSL的合成，形成一個正反饋調節。
    在rhl系統中，由rhl I編碼的酶Rhl I合成的信號分子正丁基高絲氨酸內酯（C4-HSL)與胞漿受體蛋白RhlR結合形成AHL-RhlR復合體，激活其他一些毒力因子如綠膿毒素、鼠李糖脂、氫氰酸、彈性蛋白酶等的產生，同時也能促進C4-HSL的合成，形成一個正反饋調節。
    las系統中AHL-RhlR復合體可以在轉錄和翻譯后水平控制rhl系統，也就是控制rhlI和rhl R基因的表達。此外，受體蛋白QscR可以感應信號分子3-oxo-C12-HSL從而調控氫氰酸、彈性蛋白酶和細菌運動性相關基因的的表達。
    PQS信號系統是以2-庚基-3-羥基-4-喹諾酮（PQS）為信號分子的群體感應調控系統。pqsABCD基因編碼的產物合成PQS的前體2-庚基-4-喹諾酮（HHQ），然后由受las系統調控的PqsH將其轉變為PQS。HHQ或PQS都可以結合PqsR受體形成復合體并活化，正調控毒力因子的表達，如彈性蛋白酶、綠膿菌素和凝集素的表達的等。PqsR的活化能夠調控pqs操縱子，促進信號分子PQS的合成，形成一個正反饋調節，同時PqsR本身也受到las系統的正調控。
1.2 金黃色葡萄球菌
金黃色葡萄球菌是一種危害極大的G+條件致病菌，目前該菌群體感應系統研究較多的主要是基于自體誘導肽（AIP）為信號分子的agr系統，如下圖2所示。
圖2 金黃色葡萄球菌與細胞毒性相關的群體感應調控

AIP前體（pre-AIP）由agrD基因編碼，通過胞膜蛋白AgrB加工成熟為AIP并分泌至細胞外。膜受體組氨酸蛋白激酶AgrC與AIP結合后自身被磷酸化并活化，進一步磷酸化并活化AgrA，AgrA結合到P2和P3啟動子區域。P2啟動轉錄的RNA II序列包含agrA，agrB，agrC和agrD四種基因，分別編碼AgrA、AgrB、AgrC、AgrD四種蛋白，形成一個正反饋調節。P3啟動轉錄的RNAIII序列，具有正的或負的調控功能，是agr系統的主要的效應分子。RNAIII發揮調控功能的主要機制是通過與目標mRNA堿基配對，來增強或抑制其翻譯水平。RNA III不僅編碼外毒素如δ-毒素，還可以激活α-溶血素、腸毒素B、C、D的表達，下調黏附素的表達和蛋白A的表達。除此之外，sarA操縱子編碼的SarA蛋白可與agr P2和P3啟動子結合，提高RNAII和RNA III的轉錄水平，最終間接影響毒力因子的合成。
1.3 大腸桿菌
    大腸桿菌也是一種條件致病菌。腸出血性大腸桿菌（EHEC）和腸致病性大腸桿菌（EPEC）兩者引起的特征性的組織學病變為：腸上皮細胞紋狀緣微絨毛變性、消失，細胞骨架結構發生重排形成柱腳樣結構，即附著擦抹性損害（A/E損害）。對EHEC和EPEC的研究表明，luxS控制由腸上皮細胞擦抹基因座致病島編碼的III型分泌系統（TTSS）的表達，使效應器蛋白移位至上皮細胞，導致特異性A/E損害。luxS負責合成AI-2，但是后者并沒有參與luxS對腸上皮細胞擦抹基因座的調控，后來人們發現一種新的信號分子AI-3參與了群體感應介導的腸上皮細胞擦抹基因座的調控。如下圖3所示，LuxS/AI-3群體感應系統調控了EHEC的TTSS、鞭毛、泳動力及其毒力基因的表達，該調控中存在級聯反應，至少有6種由qse基因編碼的調控因子參與。
圖3 大腸桿菌與細胞毒性相關的群體感應調控

細胞外膜受體QseC或QseE結合AI-3和腎上腺素或去甲腎上腺素后，通過兩種主要的雙組份系統QseCB及QseEF發揮作用。比如，QseC感應信號分子并磷酸化而活化，進一步使QseB磷酸化，QseB與flhDC啟動子結合激活鞭毛調節器表達，QseB也可以與自身啟動子結合正調控自身的轉錄。QseE感應信號分子后可激活腸上皮細胞擦抹基因的表達，導致A/E損害。QseF控制細菌效應器蛋白EspFu的轉錄，該蛋白能誘導細菌黏附所需要的肌動蛋白幾座的形成。此外，qse操縱子中的qseG編碼一個外膜蛋白，參與III型分泌系統效應器蛋白移位到宿主細胞過程。這種AI-3依賴的群體感應信號傳遞級聯反應可見于腸桿菌中絕大多數細菌，如沙門菌、耶爾森菌、志賀菌等。
    群體感應的基本特征就是細菌的密度越大，信號分子的密度就越大，細胞間交流的機會就越多。某種程度上可以說，致病菌感染后個體病程、病情的差異就是由于信號分子水平的差異導致的群體感應活性及其調控的基因表達的不同所致。隨著致病菌群體感應研究的不斷深入，必將出現致病菌毒力機制的新觀點，產生與致病菌斗爭的新策略。