摘译丁丽

审校陈渊成

金黄色葡萄球菌（金葡菌）在感染过程中能够形成一种特殊的变体——小菌落突变株(smallcolonyvariants，SCV)。金葡菌SCV早在多年前就已报道，20年前，研究者们观察到慢性葡萄球菌感染与SCV之间存在关联。虽然它们导致持续感染的能力被归因于对抗菌药耐药性、细胞内存活和诱导免疫清除所需毒素的有限产生，但SCV在慢性感染的背景下究竟是如何选择的仍然不清楚。

年12月4日，来自美国哥伦比亚大学的学者TaniaWongFokLung在NatureMicrobiology杂志上发表了一篇名为：“Staphylococcusaureussmallcolonyvariantsimpairhostimmunitybyactivatinghostcellglycolysisandinducingnecroptosis”的研究论文。

研究发现野生型金葡菌和ΔhemBSCV都能有效地激活宿主细胞中的糖酵解。糖酵解和线粒体活性氧的产生足以诱导坏死性凋亡，但未能根除ΔhemBSCV，反而促进了ΔhemBSCV的致病性。为了支持正在进行的糖酵解活性，研究者发现ΔhemBSCV诱导基因fumC表达增加了倍以上，fumC编码一种催化糖酵解抑制剂富马酸降解的酶。与局部富马酸的消耗一致，ΔhemBSCV未能诱导受训后的免疫力和保护皮肤免受继发感染挑战。金葡SCV对糖酵解的依赖是其在金葡菌皮肤感染发病机制中的重要作用。

金葡菌SCV典型特征

生长代谢缓慢、菌落细小（正常菌株的1/10左右）、色素合成能力低下、溶血性下降、凝固酶反应迟缓、毒力基因表达下调，与生物膜形成和黏附相关的主要基因常常表达增加。

图1：黑色箭头：正常形态金葡菌；白色箭头：金葡菌小菌落SCV

金葡菌通过诱导宿主细胞糖酵解来刺激坏死性凋亡

研究者观察到野生型和ΔhemBSCV诱导的人原代角质形成细胞的坏死性凋亡，表现为MLKL(PMLKL)的磷酸化，这一反应在糖酵解抑制剂2-脱氧葡萄糖存在下被抑制(2-DG；图2a)。接下来为了证实ΔhemBSCV的代谢影响足以诱导坏死性凋亡，研究者发现了几种毒素缺陷突变体，包括ΔagR，ΔHLA和ΔlukAB/ED/SF/ΔhlgABC均可激活了人角质形成细胞中的PMLKL。因此，看来金黄色葡萄球菌的代谢活性与毒素表达无关，对宿主细胞的生物能学有重大影响，足以激活糖酵解、ROS和坏死性凋亡。

图2a：金葡菌通过诱导宿主糖酵解来刺激坏死性凋亡

ΔhemBSCV诱导的坏死性凋亡干扰细菌清除

鉴于野生型和ΔhemBSCV均可诱导坏死性凋亡，研究人员接下来使用小鼠皮肤感染模型研究了SCVs如何影响发病机制。研究人员比较了WT、ΔhemB敲除株和回补株在来自WT和Mlkl?/?小鼠的骨髓源巨噬细胞(BMDM)中的细胞内存活率。在感染后4h和24h，在存在或不存在坏死性凋亡的情况下清除所有三种细菌(图3a)，证实坏死性凋亡不会杀死ΔhemBSCV。与感染后24h的WTBMDM相比，Mlkl?/?BMDMs中观察到的ΔhemBSCVCFU较少(图3b)，表明坏死性凋亡促进了ΔhemBSCV在宿主体内的持留。

图3：ΔhemBSCV诱导的坏死性凋亡干扰细菌清除

ΔhemBSCV不能诱导受训后免疫(trainedimmunity）

金葡菌感染的一个重要后果是激活皮肤中的局部记忆，这是一种由巨噬细胞授予的反应，并在二次暴露后促进更有效的细菌清除。二次暴露后导致表观遗传重编程和促炎细胞因子转录增加的代谢变化是巨噬细胞受训后免疫的标志。考虑到在ΔhemBSCV感染过程中观察到的明显的代谢特征，研究者们推测ΔhemBSCV诱导的宿主代谢反应可能会限制它们诱导训练免疫的能力。小鼠初次感染WT金葡菌时，通常在15-18天内痊愈，产生保护性免疫，当28天后同一部位再次感染时，皮肤损伤和菌落计数明显减少(图4a-c)。相反，第一次感染ΔhemBSCV未能诱导对WT金葡菌二次攻击的保护；这些小鼠的次生病变更大，细菌负荷比最初遇到WT金葡菌的小鼠更高。因此，是否是因为SCV的代谢活性中特定成分抑制了宿主细胞受训后免疫呢？

图4：ΔhemBSCV不能诱导受训后免疫

ΔhemBSCV中fumC表达的增加抑制了受训后免疫

富马酸的产生在刺激单核细胞中与训练免疫相关的表观遗传变化方面是重要的。研究人员证实，与感染WT金葡菌的角质形成细胞相比，感染ΔhemB的角质形成细胞上清液中富马酸的含量较少。并且通过构建ΔfumC敲除株，在小鼠皮肤感染模型中进行了测试，证实它可以通过局部富马酸积累来刺激训练免疫。

随后，研究小组构建了ΔhemBΔfumC双敲除株，没有fumC的情况下，ΔhemBΔfumC双敲除株体将不再抑制训练后免疫。

结果表明，ΔhemBSCV的代谢活性在抑制局部富马酸积累和增强其引起慢性感染的能力方面具有重要的生物学意义。

图5：ΔhemBSCV中fumC表达的增加抑制受训后免疫

虽然坏死性凋亡以前被认为与细菌毒素产生有关，但SCV对毒素的可变表达并不是诱导坏死性凋亡所必需的，相反，它依赖于糖酵解产生的ROS。对SCV和野生型金葡菌感染宿主细胞的代谢组学分析表明，特定的代谢组谱与SCV感染相关。在体外和体内，SCV上调fumC表达耗尽了富马酸，这与ΔhemB突变体逃避受训后免疫的能力有关。

参考文献

1.WongFokLung,T.,I.R.Monk,K.P.Acker,A.Mu,N.Wang,S.A.Riquelme,S.Pires,L.P.Noguera,F.Dach,S.J.Gabryszewski,B.P.Howden,andA.Prince..Staphylococcusaureussmallcolonyvariantsimpairhostimmunitybyactivatinghostcellglycolysisandinducingnecroptosis.NatureMicrobiology

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