DeoRF调控单增李斯特菌应激耐受与致病性的分子机制研究

《Microbes and Infection》：The impact of DeoRF on Listeria monocytogenes stress tolerance and survival

本研究揭示了DeoRF作为DeoR家族转录调控因子在单增李斯特菌氧化应激响应、细胞内感染及致病过程中的关键作用。通过构建ΔdeoRF突变株，发现其虽不影响葡萄糖、果糖等碳源利用，但显著削弱细菌对H2O2的耐受性，并降低细胞间扩散、巨噬细胞内复制及小鼠模型中毒力。转录组分析表明，DeoRF通过调控丙二醇利用、磷酸转移酶系统（PTS）、Clp蛋白酶及σB应激通路等基因，协调代谢与应激适应网络，为靶向李斯特菌防控提供新视角。

　　

单增李斯特菌（Listeria monocytogenes）是一种广泛存在于自然界的食源性病原体，能引起严重的人类李斯特菌病，对孕妇、老年人和免疫缺陷患者尤为危险。这种细菌的可怕之处在于其强大的环境适应能力，能在冷藏温度、酸性环境和氧化应激等恶劣条件下存活，甚至在人体的巨噬细胞内繁殖。这种适应性背后是一个复杂的基因调控网络，其中转录调控因子扮演着“指挥中心”的角色。然而，目前对许多调控因子的功能仍知之甚少，尤其是DeoR家族的成员。

在这项发表于《Microbes and Infection》的研究中，研究人员聚焦于一个此前未被深入研究的DeoR家族成员——DeoRF，旨在揭示其在单增李斯特菌应激耐受和致病性中的具体作用。通过系统的实验分析，他们发现DeoRF并不直接参与常见糖类的代谢，而是细菌应对氧化应激和宿主细胞内生存的关键调控因子。缺失deoRF基因的菌株表现出对过氧化氢（H₂O₂）的敏感性增强，在细胞间扩散和巨噬细胞内复制能力显著下降，并且在小鼠感染模型中的毒力明显减弱。进一步的转录组学分析显示，DeoRF通过调控丙二醇利用、磷酸转移酶系统（PTS）、Clp蛋白酶和σ^B应激通路等相关基因，广泛影响细菌的代谢和应激反应网络。这项研究不仅深化了对单增李斯特菌致病机制的理解，也为开发新的防控策略提供了潜在靶点。

为开展上述研究，作者主要应用了以下关键技术：通过基因敲除（ΔdeoRF）和回补菌株构建验证基因功能；利用生长曲线分析评估碳源利用和氧化应激（H₂O₂）敏感性；采用噬斑实验和巨噬细胞感染模型检测细胞间传播和细胞内复制能力；通过静脉及口服途径的小鼠感染实验评价体内毒力；并基于RNA测序（RNA-seq）和qRT-PCR进行转录组差异分析。

2.1. ΔdeoRF菌株在不同碳源下的生长分析

研究显示，ΔdeoRF菌株在富含营养的BHI培养基以及添加葡萄糖、果糖或蔗糖的最小培养基中，生长曲线与野生型无明显差异，表明DeoRF不参与这些糖类的摄取或代谢过程。

2.2. DeoRF对单增李斯特菌氧化应激反应的贡献

在氧化应激实验中，ΔdeoRF菌株在含10 mM和15 mM H₂O₂的培养基中均表现出延长的滞后期和生长抑制，说明DeoRF在细菌应对氧化损伤中发挥重要作用。

2.3. ΔdeoRF菌株的细胞间传播和细胞内生存能力

噬斑实验表明，突变株形成的噬斑数量和大小分别减少53.5%和16.5%。巨噬细胞感染实验进一步显示，ΔdeoRF菌株在感染2小时至24小时内的细胞内复制数量显著低于野生型，说明DeoRF对细菌的细胞间扩散和胞内生存至关重要。

2.4. deoRF对单增李斯特菌致病性的贡献

通过静脉和口服途径感染小鼠，发现ΔdeoRF菌株在脾脏和肝脏中的载菌量显著降低（静脉感染下降1.7–2.3 log₁₀，口服感染下降0.89–1.7 log₁₀），证实DeoRF是细菌在宿主体内建立感染的关键因子。

2.5. deoRF调控磷酸转移酶系统（PTS）和σ^B调节基因

转录组分析揭示，ΔdeoRF菌株中多个基因表达发生显著改变，包括丙二醇利用相关基因（pduD、pduQ、pduB）、PTS糖转运蛋白组分、Clp蛋白酶（clpE、clpB）以及多种转录调控因子（如merR、gntR）的下调，同时σ^B应激通路基因（rsbT、rsbW、sigB等）上调，提示DeoRF通过多层面调控细菌应激与代谢网络。

2.6. 通过qRT-PCR验证基因表达

qRT-PCR结果与RNA-seq数据一致，进一步确认了上述差异表达基因的可靠性。

3. 讨论

本研究系统阐明了DeoRF在单增李斯特菌环境适应和致病过程中的多功能调控作用。尽管其不直接参与基础糖代谢，但通过影响氧化应激响应、细胞内生存及毒力相关基因的表达，DeoRF成为连接代谢调节与致病机制的重要枢纽。尤其值得注意的是，DeoRF对丙二醇利用、PTS系统、Clp蛋白酶和σ^B通路的调控，提示其可能通过协调能量代谢和蛋白稳态来增强细菌在宿主体内的生存优势。此外，σ^B通路的上调可能是一种补偿性应激反应，体现了细菌调控网络的复杂性。该研究不仅拓展了对DeoR家族功能多样性的认知，也为针对李斯特菌的新型抗感染策略提供了理论依据。