弧菌感应宿主信号新机制：ArcB通过识别细菌与宿主源AI-2类似物调控T3SS的激酶级联反应

为解决弧菌毒力调控机制不明的科学问题，浙江大学团队开展Vibrio alginolyticus群体感应（QS）与III型分泌系统（T3SS）的交叉调控研究。发现非经典传感器激酶ArcB能识别细菌AI-2和宿主源AI-2类似物，通过ArcB-LuxU-LuxO磷酸化级联激活T3SS，揭示跨物种信号交流新范式，为抗感染靶点设计提供新思路。

　　

在海洋生态系统中，弧菌作为典型的条件致病菌，其毒力调控机制一直是微生物学研究的热点。Vibrio alginolyticus通过类似"分子注射器"的III型分泌系统（T3SS）向宿主细胞注入效应蛋白，导致细胞凋亡和渗透性裂解。虽然ExsACDE操纵子对T3SS的级联调控已有描述，但环境信号如何触发这一致命武器的启动仍存在知识空白。更引人深思的是，早期研究发现宿主细胞共培养（无需直接接触）即可激活T3SS，暗示着某种神秘的"远程信号"在发挥作用。这些未解之谜激发了浙江大学团队对弧菌群体感应（QS）与毒力调控网络交叉对话的探索。

研究团队通过构建41种传感器激酶突变体库，结合Fathead minnow（FHM）细胞感染模型，意外发现传统QS传感器激酶（LuxQ/LuxN/CqsS）与毒力无关，而厌氧呼吸相关激酶ArcB与下游LuxU-LuxO形成全新调控轴。磷酸化实验揭示ArcB在需氧条件下通过His²⁹²-Asp⁵⁷⁷位点自磷酸化，依次将磷酸基团传递至LuxU-His⁵⁸和LuxO-Asp⁶¹，最终激活T3SS基因表达。更突破性的发现是，ArcB能同时识别细菌自诱导剂-2（AI-2）和宿主细胞分泌的AI-2类似物——后者在共培养上清中表现出与DPD/AI-2相同的HPLC保留特性，并通过微尺度热泳动（MST）证实其与ArcB结合力（K_d=171±21 nM）与天然AI-2相当。

关键技术方法包括：1）构建V. alginolyticus ZJO菌株的基因缺失突变体库；2）Fathead minnow细胞感染模型结合LDH释放实验量化毒力；3）Phos-tag磷酸化检测技术追踪ArcB-LuxU-LuxO级联反应；4）细菌双杂交系统验证蛋白互作；5）Vibrio harveyi BB180报告菌株检测AI-2活性。

研究结果部分：

1. ArcB作为激酶调控毒力：LDH实验显示△arcB毒力下降75%，而传统QS激酶突变体无影响。互补实验证实ArcB的HisKA和REC结构域是关键，Hpt结构域非必需。
2. 磷酸化级联验证：体外实验显示ArcB~P能将磷酸基团依次转移给LuxU和LuxO，而模拟磷酸化的luxO^D61E突变体能绕过上游激活T3SS。
3. 双信号识别机制：△luxS菌株在感染后期毒力恢复，暗示宿主补偿信号。HPLC和MST证实宿主AI-2类似物与ArcB的K_d值为171 nM，与细菌AI-2（160 nM）相当。
4. 物种特异性调控：异源互补实验揭示V. parahaemolyticus的ArcB仅作为Hpt蛋白发挥作用，而V. alginolyticus的LuxU不能跨物种互补，表明调控网络进化分化。

这项研究颠覆了传统认知：首先，发现ArcB是首个被证实具有AI-2受体功能的跨膜激酶，扩展了群体感应信号受体家族；其次，揭示宿主细胞能主动分泌AI-2类似物"欺骗"病原菌，为理解宿主-微生物对话提供新视角；最后，阐明需氧/厌氧条件下ArcB的双重人格——前者启动毒力级联，后者维持能量代谢。这些发现不仅为弧菌感染的干预提供新靶点（如阻断ArcB信号感知结构域），其揭示的跨物种信号模拟机制更对理解微生物组-宿主互作具有普遍意义。论文发表于《Cell Communication and Signaling》的这项成果，为感染生物学领域搭建了一座连接病原菌毒力调控与宿主先天免疫的分子桥梁。