大肠杆菌免疫球蛋白结合蛋白EibD与EibG介导的链状结构形成机制：表达水平与蛋白定位的关键作用

本研究针对大肠杆菌免疫球蛋白结合蛋白（Eib）介导的细菌链状聚集现象，通过系统分析EibD与EibG的表达水平、结构域功能及细胞定位，揭示中等表达水平促进链状形成而高表达导致团块聚集的规律。研究发现链状形成依赖于头结构域介导的同型相互作用，且蛋白极向定位是关键机制，该现象显著增强细菌对塑料表面的粘附能力，为理解三聚体自转运粘附素（TAA）的致病机制提供了重要理论依据。

　　

在微生物世界的隐秘战争中，细菌进化出了精妙的武器系统来殖民宿主并逃避免疫追击。大肠杆菌作为兼具共生和致病双重身份的代表性细菌，其表面分布的三聚体自转运粘附素（Trimeric Autotransporter Adhesins, TAA）家族蛋白扮演着关键角色。特别是免疫球蛋白结合蛋白（Escherichia coli immunoglobulin-binding proteins, Eib）亚群，能够通过与免疫球蛋白Fc段非特异性结合干扰宿主免疫应答，成为细菌生存的战略要冲。

然而，科学界对Eib蛋白介导的独特链状粘附模式（Chain-like Adherence Pattern, CLAP）的形成机制长期存在认知空白。早期研究观察到EibG阳性菌株在感染人类和牛细胞时呈现首尾相连的链状排列，但这种奇特现象是宿主细胞特异的相互作用，还是细菌自身的固有特性？表达水平如何影响聚集形态？哪些结构域决定链状形成？这些问题亟待解答。更引人深思的是，Eib家族不同成员（EibA、EibD、EibG）是否具有相同的链形成能力？回答这些问题对理解细菌群体行为模式和致病机制具有重要意义。

为此，Lena-Sophie Swiatek团队在《Scientific Reports》发表了突破性研究，通过巧妙的实验设计揭示了Eib蛋白介导链状形成的精确调控机制。研究人员发现链状形成并非宿主细胞依赖现象，而是细菌自身表达调控的结果；中等表达水平促进链状形成而高表达导致团块聚集；头结构域（含NTD、LPBR和neck区域）是链状形成的必要条件；蛋白极向定位驱动同型相互作用；这种链状结构显著增强细菌对生物材料表面的粘附能力。

研究采用多项关键技术：首先利用组成型表达系统（pASK-IBA2con载体）实现蛋白梯度表达，通过显微镜成像和图像分析（Fiji软件）量化聚集形态；采用AlphaFold2进行蛋白结构预测和结构域划分；通过SpyTag-SpyCatcher标记系统（结合共聚焦显微镜）实现蛋白原位可视化；建立混合培养体系验证同型相互作用；使用沉降实验和结晶紫染色分别评估自聚集和生物被膜形成能力。

表达水平影响链状形成

研究人员构建了中等强度启动子（J23105）的组成型表达系统，避免了诱导型表达系统的"全或无"效应。发现EibG和EibD在中等表达水平下主要形成链状结构，而高表达时则倾向形成团块，两种形态可同时存在。值得注意的是，EibA即使在中等表达下也不形成链状，表明不同Eib亚型功能分化。耶尔森菌YadA蛋白仅形成团块，进一步证明链状形成是EibG/EibD的特有属性。

头结构域缺失而非N端或LPBR单独缺失消除链状表型

通过AlphaFold2结构预测发现Eib蛋白C末端高度保守（β-桶膜锚、左旋卷曲螺旋和saddle微结构域），而EibD和EibG具有相似的双组分头结构域（NTD和LPBR）。结构域删除实验表明：单独删除LPBR域不影响链状形成；删除或交换NTD域仅轻微影响表型；但删除整个头结构域（含NTD、LPBR和neck）则完全消除链状形成能力，证明头结构域的整体架构而非单个组件是功能核心。

链状形成表型由同型蛋白-蛋白相互作用诱导且主要位于细胞极

混合培养实验证明链状结构仅由相同Eib亚型表达菌形成：EibG表达菌只与EibG菌形成链，EibD亦然，且不与非表达菌混合，表明相互作用高度特异。通过SpyTag-SpyCatcher标记系统发现EibD和EibG蛋白虽全细胞分布，但在细胞间接触点（极区）信号显著增强，定量分析显示极区荧光强度显著高于链整体平均水平。

链状形成不影响自聚集但增强聚苯乙烯粘附

沉降实验显示所有Eib野生型均保持自聚集能力，结构域突变不影响此表型。然而，结晶紫染色表明链状形成能力与塑料表面粘附正相关：EibA、EibG△neck和EibG△saddle等无链状形成突变体的粘附能力降至对照水平；而链状形成菌株粘附显著增强。有趣的是，长期宏菌落形态未见显著差异，表明链状形成主要影响初期粘附而非成熟生物被膜结构。

研究团队提出了精妙的链状形成模型（图5）：中等表达时，Eib蛋白主要定位于细胞极，少量扩散至侧壁。由于单个Eib分子间亲和力较低，仅在高密度极区能发生协同结合形成稳定链状结构；高表达时，Eib蛋白全覆盖细胞表面，所有区域均可发生相互作用，导致团块形成。这一模型完美解释了表达水平调控形态转换的现象。

该研究首次系统阐明了Eib蛋白介导链状形成的多层次调控机制，突破了对TAA家族蛋白功能认知的边界。研究发现不仅证实EibG的链形成能力，更首次报道EibD具有相同功能，揭示了表达水平、结构域完整性和细胞极向定位三位一体的调控网络。尤其重要的是，链状形成显著增强细菌对生物材料表面的初始粘附，这为解释医疗器械相关感染提供了分子基础——细菌可能通过这种链状排列增强在导管、植入物等表面的定植能力。

从临床角度，研究为抗感染策略提供了新思路：针对Eib头结构域或极向定位机制的干预可能破坏细菌链状形成，减少生物被膜相关感染。同时，Eib不同亚型的功能分化（EibA侧重免疫逃避，EibG/EibD侧重粘附）为精准抗菌提供了靶点选择依据。该研究不仅推进了对细菌群体行为机制的理解，更为开发新型抗粘附疗法奠定了理论基础，具有重要的学术价值和临床应用前景。