苦味信号通路在金黄色葡萄球菌肺炎中调控肺部炎症与免疫修复的作用与机制研究

本综述深入探讨了苦味 taste 受体（TAS2Rs）及其信号通路在金黄色葡萄球菌（S. aureus）诱导的肺炎模型中的关键作用。研究通过多种基因敲除小鼠模型（如mTas2r104-/-/105-/-、Gnat3-/-等）证实，苦味信号缺失会加剧肺部病理损伤，下调细胞因子（如IL-10、MIP-2）和抗菌肽（AMPs）表达，并延迟肺损伤修复。机制上，该通路通过调控mTOR磷酸化、eNOS表达和AMPK活性影响先天免疫和炎症反应，为肺部感染性疾病的治疗提供了新靶点。

　　

1 引言

感染性疾病仍是全球公共卫生威胁，其中金黄色葡萄球菌（S. aureus）是社区获得性和医院获得性肺炎的重要病原体，占病例的25%至50%。肺部对S. aureus的先天防御依赖于上皮细胞和吞噬细胞，如肺泡巨噬细胞和中性粒细胞。苦味 taste 受体（TAS2Rs）是一类G蛋白偶联受体，不仅在味觉感知中发挥经典作用，还在呼吸道中表达，并参与调节先天免疫、黏膜纤毛清除和炎症过程。然而，苦味信号是否与下呼吸道细菌感染的易感性相关，以及它是否实际参与肺部感染的免疫反应，尚缺乏遗传学证据。

2 材料与方法

研究使用8-12周龄的C57BL/6背景小鼠，包括野生型（WT）和多种苦味受体缺陷型小鼠（如mTas2r104^-/-/105^-/-、mTas2r105^-/-/114^-/-、mTas2r104^-/-/105^-/-/114^-/-、Gnat3^-/-和Gnat3^-/-mTas2r104^-/-/105^-/-）。这些小鼠通过CRISPR/Cas9技术生成。动物实验在上海公共卫生临床中心的SPF设施中进行，并经相关动物伦理委员会批准。S. aureus Newman株通过鼻内接种感染小鼠，剂量为10⁹ CFU/只。感染后，在不同时间点（如D1、D3、D7和D14）收集肺部组织，用于细菌负载测定、组织病理学分析、RNA提取和qRT-PCR、Western blot、免疫荧光染色和流式细胞术。统计使用SPSS 21.0软件，显著性水平设定为p < 0.05。

3 结果

3.1 mTas2r105在气管和主支气管中的表达

通过mTas2r105-Cre/GFP转基因小鼠与R26:loxP-StoploxPLacZbpA小鼠杂交，LacZ染色显示mTas2r105在气管和主支气管上皮中表达，但在细支气管上皮中罕见。苦味受体缺陷小鼠中，其他苦味受体（如Tas2r117、mTas2r130）的表达发生改变，表明存在补偿性调节网络。流式细胞术分析显示，苦味受体突变不影响肺或胸腺中免疫细胞（如CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、B细胞和中性粒细胞）的组成。

3.2 苦味受体缺陷对细菌负载和细胞因子产生的影响

感染S. aureus后，WT和突变小鼠的存活率相似，但mTas2r104^-/-/105^-/-小鼠体重损失更严重。qPCR分析显示，感染显著上调了肺部mTas2r105、106、107、108、126、136、138和Gnat3的表达。苦味受体缺陷削弱了先天免疫反应，如mTas2r105^-/-/114^-/-小鼠中IFNγ、TNFα和IL-6的表达受损。此外，突变小鼠中金黄色葡萄球菌肠毒素A（SEA）和RNAIII的表达升高，细菌负载在mTas2r104^-/-/105^-/-小鼠中更高。

3.3 苦味受体缺陷小鼠在S. aureus诱导的肺炎中D3时表现出更严重的肺部病变

组织学分析显示，感染后D3时，mTas2r105^-/-/114^-/-小鼠的肺部病理评分更高，表明苦味信号缺失加剧了肺部损伤。

3.4 苦味受体信号通路基因突变下调细胞因子和抗菌肽的表达

在Gnat3^-/-和Gnat3^-/-mTas2r104^-/-/105^-/-小鼠中，苦味信号缺陷导致细胞因子（如IL-10和MIP-2）表达下调，而MCP-1表达增加。抗菌肽（如Defβ14、RegIIIg和LCN2）的表达也发生改变，其中Defβ14在肺部表达降低，RegIIIg表达增加。这些变化表明苦味信号在调节早期肺炎中的免疫效应分子中起关键作用。

3.5 苦味味觉信号缺陷与S. aureus诱导的肺炎期间严重的肺部病变相关

感染后D3，Gnat3^-/-mTas2r104^-/-/105^-/-小鼠的肺部病理评分更高，CD68+巨噬细胞数量增加，表明炎症反应增强。

3.6 苦味味觉信号缺陷导致感染后D3肺泡和细支气管周围Ki67+细胞数量增加

免疫染色显示，突变小鼠中Ki67表达显著上调，与细支气管周围和肺泡区域的细胞增殖相关，且与肺泡II型细胞标志物SFTPC共定位。ZO-1表达也在炎症区域增加，提示屏障功能受损。

3.7 苦味味觉信号缺陷激活mTOR通路，下调eNOS表达，并延迟感染后D14的恢复过程

Western blot分析显示，突变小鼠中mTOR磷酸化水平增加，eNOS表达降低，AMPK磷酸化比例改变。组织学观察发现，D14时突变小鼠仍存在肺泡壁增厚和出血病变，表明损伤修复延迟。免疫荧光染色进一步显示，胶原I和E-cadherin在突变小鼠中表达异常，提示组织重塑障碍。

4 讨论

苦味受体在呼吸道中的表达和功能存在争议，但本研究证实了mTas2r105在气管和主支气管中的表达，且感染上调其表达。苦味信号缺陷通过下调IL-10和MIP-2等细胞因子，以及改变抗菌肽（如Defβ14和RegIIIg）的表达，削弱了先天免疫反应。机制上，苦味信号缺失导致mTOR通路激活、eNOS表达减少和AMPK失调，从而延迟肺损伤修复。这些发现揭示了苦味受体在调节肺部感染免疫和修复中的多重作用，为靶向TAS2Rs治疗肺炎提供了理论基础。未来研究需进一步探索苦味信号在特定细胞类型（如上皮细胞、内皮细胞和免疫细胞）中的具体机制，以及其与mTOR和eNOS通路的交互作用。