铜绿假单胞菌中PqsE的保守序列与功能多态性：群体感应调控的新见解

《Journal of Bacteriology》：PqsE has a conserved sequence, yet a variable impact in Pseudomonas aeruginosa

本研究系统阐述了铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）中关键毒力调控蛋白PqsE的遗传保守性与功能多态性。通过对12株临床与环境分离株的比较分析，揭示了PqsE在群体感应（QS）层级中对RhlR调节子的广泛影响，同时挑战了其作为抗毒力疗法靶标的普适性，为理解病原体适应性进化提供了重要依据。

　　

ABSTRACT

铜绿假单胞菌是一种机会性病原体，其毒力因子表达受las、rhl和pqs三个相互关联的群体感应（QS）系统调控。pqs系统依赖4-羟基-2-烷基喹啉（HAQs）作为信号分子激活转录调节因子MvfR（PqsR），进而驱动pqsABCDE操纵子的表达。该操纵子的末端基因pqsE编码一个多功能蛋白PqsE，除参与HAQ生物合成的硫酯酶活性外，还能稳定rhl系统的转录调节因子RhlR，从而调控毒力相关基因。尽管PqsE被视为潜在的治疗靶点，但其在非典型菌株中的功能保守性尚不明确。

INTRODUCTION

铜绿假单胞菌的QS系统层级中，las系统通常被视为顶层调控者，但临床和环境分离株中常见LasR功能缺失突变。值得注意的是，部分LasR缺陷株仍能通过RhlR维持毒力因子表达，表明QS层级具有可塑性。PqsE作为pqs系统的关键组分，不仅能通过其硫酯酶活性催化HAQ前体转化，还发现其可通过蛋白-蛋白相互作用直接结合RhlR，增强后者稳定性及对靶启动子的亲和力。然而，既往研究多集中于PA14和PAO1等参考菌株，PqsE在不同遗传背景菌株中的功能异质性亟待探索。

The pqsE and rhlR genes are conserved in different P. aeruginosa backgrounds

为评估PqsE作为抗毒力靶标的潜力，研究选取了12株具有生态多样性的铜绿假单胞菌（包括LasR功能正常株、LasR缺陷但RhlR活性株及HAQ不产生株）进行核心基因组系统发育分析。结果显示，所有菌株的pqsE和rhlR基因均高度保守（核苷酸一致性达99.5%），且存在的单核苷酸多态性均未导致氨基酸序列改变。与RhlR互作的关键氨基酸残基在所有菌株中均完全保守，从遗传学角度支持了PqsE作为靶标的可行性。

PqsE impacts the production of virulence determinants in P. aeruginosa isolates

通过构建等基因ΔpqsE突变株，研究评估了PqsE对典型毒力因子表达的调控作用。在11株HAQ产生株中，ΔpqsE突变均导致绿脓菌素（pyocyanin）及其前体PCA合成显著减少或完全缺失，证实PqsE对RhlR介导的phz操纵子转录具有广泛促进作用。相比之下，鼠李糖脂（rhamnolipid）合成仅在4株菌（主要为LasR缺陷株）中受PqsE显著影响，提示rhlAB转录可能更依赖于C4-HSL而非PqsE的辅助作用。这一发现揭示了PqsE-RhlR调控网络的目标基因特异性。

PqsE plays a role in multicellular behaviors of P. aeruginosa strains

PqsE对生物被膜形成的调控呈现菌株特异性：在12株菌中，11株ΔpqsE突变株的生物被膜量在聚苯乙烯板上发生显著变化，但变化方向不一（有的增强、有的减弱）。在刚果红平板上，10株菌的ΔpqsE突变株呈现菌落形态改变，但并未均一表现为PA14特有的超褶皱表型。进一步研究发现，在鼠李糖脂合成受影响的菌株中，ΔpqsE突变导致群体迁徙（swarming）能力下降，这与鼠李糖脂在运动性中的作用一致。这些结果说明PqsE通过复杂网络调控群体行为，其效应受菌株遗传背景显著调制。

The function of PqsE in HAQ-defective strains remains unknown

唯一不产生HAQs的菌株A22虽能正常转录pqsE，但其ΔpqsE突变株在毒力因子产生及群体行为方面与野生型无差异。这表明在HAQ缺陷背景下，PqsE可能不参与RhlR调控，或存在不依赖PqsE的RhlR激活机制。鉴于约20%的铜绿假单胞菌自然分离株为HAQ阴性，这一发现对PqsE靶向疗法的广谱性提出重要质疑。

HAQ production can also be a PqsE-dependent determinant

与PA14和PAO1中“PqsE非HAQ合成必需”的传统认知相反，在大多数测试菌株中，ΔpqsE突变导致HHQ和PQS产量显著降低甚至完全缺失。仅少数菌株（39016、PA-CL513、PAO1、PA14）的HAQ合成未受PqsE缺失影响，且在突变株中反而出现HAQ积累。该结果首次在多样化菌株中证实PqsE的硫酯酶活性对完整HAQ合成通路的关键作用，颠覆了其功能可被其他硫酯酶（如TesB）完全补偿的假说。

Conclusion

本研究通过多菌株比较分析，确立了pqsE基因的高度遗传保守性，同时揭示了PqsE功能影响的显著菌株依赖性。其调控范围覆盖毒力因子合成、群体行为及HAQ生物合成等多个层面，但效应大小与方向因菌株而异。尤其值得注意的是，PqsE在HAQ缺陷株中可能功能冗余，且其硫酯酶活性在多数菌株中不可替代。这些发现强调，在将PqsE作为抗毒力靶标前，必须充分考虑其在临床分离株中的功能异质性，并需通过体内实验进一步验证其治疗潜力。