化脓性链球菌如何在皮肤上存活并引起皮肤感染

大阪大学的研究发现，化脓性链球菌可以利用精氨酸作为营养来源在皮肤上生存。皮肤蛋白质的分解可能是精氨酸的来源。这项研究有望产生新的治疗策略:阻断化脓性链球菌的精氨酸代谢可以抑制其生存和毒性。

　　

 

   

图片:WT显示野生型化脓性S. pyogenes(蓝色细胞)，在低糖条件下上调ADI  图片来源:大阪大学 作者提供

化脓性链球菌是人类皮肤感染最重要的细菌之一。如果化脓性链球菌侵入组织深处，可能导致危及生命的疾病，如败血症和中毒性休克。由于有限的碳水化合物供应，皮肤通常并不是一个化脓性球菌生存的良好表面，而是一个防止感染的有效屏障。为了成功生存并深入侵入组织，细菌必须能够找到营养来源，同时避开皮肤的免疫防御。

日本大阪大学领导的一个国际团队与美国加州大学圣地亚哥分校合作，发现了这种病原体从皮肤表面获取营养的一种方法，并在《 Cell Reports》上发表了这项研究成果。这一研究成果可能启发治疗感染的新方法。

精氨酸是组成蛋白质的一种氨基酸。某些细菌可以通过一种叫做精氨酸脱氨酶(ADI)的生化途径来分解精氨酸。研究小组证实，即使在缺乏葡萄糖的情况下，化脓性链球菌也可以利用精氨酸存活。当研究人员删除了编码ADI途径中第一个酶的细菌基因(命名为arcA)，化脓性链球菌失去了这种能力，并且对培养的人类皮肤细胞的毒性也降低了。

当有精氨酸供应时，化脓链球菌的ADI途径被激活，基因表达也发生了广泛的变化。一些基因下调，但大量基因上调，其中包括与化脓性链球菌毒力相关的基因，如产生细菌毒素的基因。

研究小组用小鼠皮肤作为人类皮肤的模型系统，首次证明化脓性链球菌可以利用精氨酸在皮肤表面存活。缺乏arcA基因的化脓性链球菌存活较差，在小鼠皮肤上毒性较小，证实了该途径在疾病过程中的重要性。相反，在血液中(含有丰富的葡萄糖)，改变的化脓性链球菌与正常的化脓性链球菌并无不同，因为ADI途径不需要。

“我们发现来自角质层衍生聚丝蛋白的精氨酸是化脓性链球菌ADI通路的关键底物，”首席研究员Yujiro Hirose博士说。“在不产生聚丝蛋白的小鼠中，可用的精氨酸较少，化脓性链球菌不利用ADI途径引起皮肤损伤。”“这意味着在了解化脓性链球菌如何在皮肤上生存方面向前迈出了重要的一步。”“我们期望我们的研究将会导致新的治疗策略:如果我们可以阻断化脓性链球菌的精氨酸代谢，它将会限制病原体的生存和毒性。”