解读pafBC在分枝杆菌噬菌体抗性和生物膜形成中的作用

《ACS Infectious Diseases》：Deciphering the Role of pafBC in Mycobacteriophage Resistance and Biofilm Formation

结核分枝杆菌氟喹诺酮耐药与噬菌体抗性机制研究。揭示pafBC基因通过调控细胞外膜脂质组成（如长链三磷酸海藻糖）重塑生物膜结构，影响噬菌体吸附和宿主免疫应答（IL-1β、TNF-α、IL-6分泌增加）。基因突变导致脂质缺失，降低抗噬菌体能力，补全实验证实pafBC的DNA损伤响应功能是关键机制。

　　

结核病（TB）仍然是全球最致命的细菌感染疾病，2023年新增确诊病例达820万例，估计有125万人因此死亡。令人担忧的是，约19%的多重耐药或利福平耐药（MDR/RR）菌株已经符合世界卫生组织（WHO）对“准XDR-TB”的定义，因为这些菌株至少对一种氟喹诺酮类药物（FQ）具有抗性。尽管gyrA/gyrB靶点突变是临床氟喹诺酮耐药性的主要原因，但分枝杆菌还依赖转录网络来帮助它们抵御这些药物引起的氧化应激和DNA链断裂。在这个过程中起核心作用的是异二聚体转录因子pafBC，其WYL结构域能够与单链DNA结合，并将RNA聚合酶引导至特定的启动子区域，从而调控一种不依赖于LexA的DNA损伤响应（DDR）。研究表明，pafBC的上调可以增强结核分枝杆菌和非结核分枝杆菌在氟喹诺酮暴露后的细胞内存活能力，但其下游表型及其与药物或噬菌体耐药性的关系仍不清楚。在本研究中，我们发现删除Mycobacterium smegmatis中的pafBC会显著改变细胞膜结构：菌落表面变得粗糙，滑动运动能力降低，聚集现象增强，生物膜生物量减少了3到5倍。非靶向脂质分析显示，长链海藻糖多磷酸盐和其他通常存在于细胞外膜上的非极性糖脂被选择性消耗——这些脂质类别在其他研究中已被证实是治疗性分枝杆菌噬菌体（如BP和Muddy）的重要受体。与这种脂质缺失一致，pafBC突变体对噬菌体的吸附能力明显减弱；外源表达RecA后吸附能力得以恢复，这表明细胞膜的DDR机制在抗噬菌体防御中起关键作用。用野生型pafBC进行互补实验后，脂质组成、生物膜质量和噬菌体耐药性均得到恢复；而无法与单链DNA结合的WYL结构域突变体则无法实现这些恢复，进一步凸显了规范激活pafBC对维持细胞膜稳态的必要性。THP-1巨噬细胞中的免疫分析表明，pafBC功能正常的菌株分泌的IL-1β、TNF-α和IL-6水平显著高于其等基因型突变体。这种效应与细胞表面糖脂的完整性有关，因为糖脂已知能与吞噬细胞上的清道夫受体和Toll样受体相互作用，从而促进调理抗体的沉积。总体而言，我们的研究将pafBC的DDR机制与可观察到的表型（如氟喹诺酮耐受性、生物膜结构、噬菌体耐药性和宿主免疫识别）联系起来，强调了细胞膜重塑在这一过程中的核心作用。