琥珀酸通过多组学调控网络抑制奇异变形杆菌生物膜形成的机制研究

本综述系统阐述了琥珀酸（Succinic Acid）通过多组学机制（代谢组学、转录组学、蛋白组学及乙酰化组学）抑制奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）生物膜形成的创新研究。研究发现15 mM琥珀酸可显著抑制细菌生长（≥70%）和生物膜形成（≥50%），通过干扰色氨酸/精氨酸代谢、核苷酸生物合成、TCA循环，下调核糖体基因、氧化磷酸化和外排泵表达，同时抑制T6SS毒力因子和铁获取蛋白。特别揭示了琥珀酸通过降低组蛋白样核质结构蛋白（H-NS）K6位点乙酰化，增强其寡聚化以抑制T6SS基因表达的新表观遗传机制，为多药耐药菌感染提供了多靶点治疗新策略。

　　

引言

奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）作为革兰氏阴性杆菌，是导管相关尿路感染（CAUTIs）中仅次于大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的常见病原体，尤其在老年患者和双J管相关尿路感染（DJUTIs）中占比达10%-44%。该菌依赖脲酶、黏附素和鞭毛运动等毒力因子致病，其特有的脲酶介导尿素水解产生氨气升高尿液pH，促进晶体成核生长，形成矿物-有机复合结构的结晶生物膜。这种生物膜对抗生素和宿主免疫防御具有强抵抗力，导致输尿管损伤、引流功能障碍及肾衰竭高风险，因此抑制结晶生物膜形成成为防治关键。

方法

研究通过肉汤微稀释法测定琥珀酸对奇异变形杆菌ATCC? 29906的最小抑菌浓度（MIC）和最小生物膜抑制浓度（MBIC）。代谢组学采用UHPLC-Q Exactive HF-X系统分析，转录组学通过Illumina Stranded mRNA Prep建库和NovaSeq? X Plus测序，蛋白组学使用timsTOF Pro 2系统进行dia-PASEF模式分析，乙酰化组学则通过抗乙酰化抗体富集和LC-MS/MS鉴定。分子建模通过SWISS-MODEL和PyMOL完成结构预测和功能域注释。

结果

琥珀酸在15 mM浓度下表现出最强抑制作用，MIC达≥70%生长抑制，MBIC实现≥50%生物膜抑制。代谢组学显示琥珀酸处理引起色氨酸和精氨酸代谢紊乱、核苷酸生物合成和三羧酸循环（TCA cycle）失调，其中色氨酸途径中间体（吲哚丙酮酸、吲哚乙酸和色胺）显著减少。转录组学分析发现精氨酸转运系统基因（artP、artJ）和精氨酸生物合成基因（argA、argB等）上调，而核糖体基因（rplR、rpsC等）、MFS外排泵基因和氧化磷酸化复合物基因（nuoI、nuoG、nuoH、nuoJ、cyoE）下调。蛋白组学证实T6SS核心组分（TssN、TssC、TssA、IdrA、TssJ、TssH）和铁获取蛋白（NrpS、NrpU）显著抑制。乙酰化组学首次发现组蛋白样核质结构蛋白（H-NS）K6位点乙酰化水平降低，该位点位于N端寡聚化结构域，可能增强H-NS寡聚化和对T6SS基因簇的转录抑制。

讨论

研究揭示了琥珀酸通过多模式机制抑制奇异变形杆菌的独特优势：代谢层面干扰氨基酸和能量代谢，转录层面抑制核糖体和外排泵表达，蛋白层面削弱毒力因子装配，表观遗传层面调控H-NS功能。与传统单靶点抗生素相比，琥珀酸的多靶点作用有效规避了酶修饰、外排泵上调和靶点突变等耐药机制。与铁载体偶联抗生素或外排泵抑制剂（如氟西汀）类似，靶向细菌必需生理过程（如铁获取和代谢稳态）而非单一蛋白，为多药耐药菌治疗提供了新思路。未来结合佐剂或抗生素的联合策略可能实现“酶抑制-外排阻断-敏感性恢复”的三重效果。

结论

琥珀酸通过多组学调控网络抑制奇异变形杆菌的致病性，包括代谢重编程、转录抑制、毒力因子下调和表观遗传修饰。其多靶点特性规避了传统单靶点抗生素的耐药陷阱，为抗生物膜治疗提供了新视角。后续需进一步验证H-NS K6去乙酰化的功能性影响，评估临床安全性和比较疗效，以推动其转化应用。