新型血红蛋白赋予机会致病菌鲍曼不动杆菌宿主源性一氧化氮抗性的分子机制研究

本研究针对多重耐药鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)在感染过程中抵抗宿主免疫系统产生的一氧化氮(NO)的分子机制展开。研究人员通过转录组学、基因敲除和生化实验，发现该菌通过NsrR调控的新型血红蛋白(RS01970)发挥NO解毒功能。该蛋白具有非典型结构域组成和NO双加氧酶(NOD)/还原酶活性，系统发育分析表明其代表一个新的血红蛋白进化分支。该发现为开发针对耐药菌的新型抗菌策略提供了理论依据。

　　

在重症监护病房中，鲍曼不动杆菌(A. baumannii)已成为威胁患者生命的"超级细菌"。这种机会性病原体不仅能引起肺炎、血流感染等多种严重感染，更令人担忧的是其对多种抗生素产生耐药性，被世界卫生组织列入急需新型抗生素的优先病原体名单。当人体免疫系统试图通过产生一氧化氮(NO)来杀伤入侵细菌时，A. baumannii却展现出惊人的抵抗力，这背后的分子机制一直是个未解之谜。

来自葡萄牙的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究揭开了这一谜题。研究人员发现，当A. baumannii遭遇NO压力时，会启动一套精密的防御系统。通过RNA测序技术，他们发现339个基因的表达发生显著变化，其中最引人注目的是一个编码类血红蛋白蛋白的基因RS01970，其表达量增加了32倍。进一步的基因敲除实验证实，缺失RS01970的菌株对NO的敏感性显著增加，说明这个蛋白在抵抗NO压力中扮演关键角色。

研究人员运用多种技术手段深入解析了RS01970的功能特性。通过异源表达和纯化技术获得了重组蛋白，结合紫外-可见光谱分析证实其含有血红素辅基。酶活测定显示该蛋白具有NO双加氧酶(NOD)和NO还原酶(NOR)活性，分别达到0.31和0.61 heme^-1·s^-1。值得注意的是，虽然该蛋白被注释为黄素血红蛋白(flavohemoglobin)，但结构预测和生化分析揭示其具有非典型特征：它保留了典型的3/3螺旋折叠的球蛋白结构域，但缺少经典黄素血红蛋白中的NADH还原酶结构域，其C端结构域也不能稳定结合FAD辅基。

系统发育分析更带来了意外发现。研究人员对包含33,959个微生物基因组的数据库进行分析，发现A. baumannii的血红蛋白代表了一个新的进化分支。这类蛋白仅存在于不动杆菌属中，很可能是从经典黄素血红蛋白通过结构域丢失进化而来。这种独特的血红蛋白结构可能与其特殊的电子传递机制有关，虽然目前尚未确定其生理性电子供体，但转录组数据显示一个FAD依赖性氧化还原酶(RS09215)在NO胁迫下表达量增加139倍，可能是潜在的电子传递伙伴。

这项研究首次系统阐明了A. baumannii应对亚硝化胁迫的分子机制，发现了一种新型血红蛋白的NO解毒功能。这些发现不仅丰富了我们对细菌血红蛋白家族的认识，更重要的是为开发针对耐药菌的新策略提供了潜在靶点。鉴于目前临床上面临的多重耐药A. baumannii感染治疗困境，针对其NO防御系统的干预可能成为增强宿主免疫杀伤效果的新思路。

研究采用的主要技术方法包括：使用NO供体模拟亚硝化胁迫条件下的细菌生长曲线分析；RNA测序和实时定量PCR技术分析转录组响应；基因敲除和回补实验验证基因功能；蛋白质异源表达和纯化技术；紫外-可见光谱分析辅基组成；电化学法测定酶活性；AlphaFold 3结构预测和系统发育分析等。

研究结果部分的主要发现包括：

1. 亚硝化胁迫响应：A. baumannii暴露于NO供体后呈现剂量依赖性生长抑制，但2小时后恢复，表明存在有效的NO防御机制。转录组分析发现339个差异表达基因，涉及铁转运、辅因子合成等多个通路。

2. RS01970的保护功能：基因敲除株ΔRS01970对NO敏感性显著增加，特别是在长半衰期NO供体DETA NONOate处理下生长完全抑制。异源表达实验表明该蛋白在微需氧条件下能部分补偿E. coli Δhmp突变体的NO敏感性。

3. NsrR调控机制：RS01970的表达受NsrR型转录调控因子(RS01965)抑制，在ΔRS01965突变体中RS01970表达量提高4个数量级。启动子区分析发现典型的NsrR结合序列。

4. 酶学特性：重组RS01970含有0.9±0.3血红素/蛋白，但不含FAD。在E. coli NorW还原酶存在下，测得NOD和NOR活性分别为0.31±0.09和0.61±0.09 heme^-1·s^-1。截短蛋白(缺失C端106个氨基酸)仍保留约65%活性。

5. 结构特征：AlphaFold预测显示该蛋白具有典型的3/3螺旋球蛋白折叠，但静电表面与经典黄素血红蛋白显著不同。C端结构域虽与FAD结合域相似，但缺乏关键结合残基和正电荷区域。

6. 系统发育分析：在分析的35,309个基因组中，A. baumannii血红蛋白形成一个独立分支，仅存在于不动杆菌属中，与经典黄素血红蛋白有明显进化距离。

这项研究首次全面揭示了A. baumannii抵抗宿主免疫产生的NO的分子机制，发现了一种结构独特的血红蛋白在细菌防御系统中的关键作用。与已知的细菌血红蛋白不同，A. baumannii血红蛋白通过结构域丢失进化出新的功能形式，这种创新性进化可能与其特殊的生存策略相关。研究不仅拓展了我们对细菌血红蛋白家族多样性的认识，更重要的是为开发针对多重耐药菌的新型抗菌策略提供了潜在靶点。鉴于目前临床治疗A. baumannii感染的困境，干扰其NO防御系统可能成为增强宿主免疫杀伤效果的新途径，具有重要的转化医学价值。