糖脂与脂磷壁酸丙氨酰化调控B族链球菌糖尿病伤口感染的全球基因组学分析

《Cell Reports》：Global genome analysis identifies glycolipids and lipoteichoic acid alanylation as contributors to group B streptococcal diabetic wound infection

本研究针对糖尿病伤口易发生慢性感染且难以愈合的临床难题，通过Tn-seq技术系统性筛选B族链球菌(GBS)在糖尿病伤口感染中的关键毒力因子，发现糖脂代谢通路和脂磷壁酸(LTA)丙氨酰化修饰通过抵抗中性粒细胞释放的阳离子抗菌肽(CAMPs)和活性氧(ROS)显著增强细菌存活能力，为糖尿病伤口感染的靶向治疗提供了新策略。

　　

糖尿病患者的伤口愈合障碍是全球性的健康挑战，约25%的糖尿病患者会发展为慢性难愈性伤口，这已成为非创伤性截肢的首要原因。在糖尿病伤口的复杂微环境中，B族链球菌(GBS)作为一种条件致病菌表现出显著的定植优势，但其在高糖、高炎症环境中的生存机制尚不明确。

为了揭示GBS的适应机制，科罗拉多大学研究团队在《Cell Reports》发表研究，通过转基因小鼠模型结合高通量遗传筛选技术，发现GBS通过重塑细胞膜成分——糖脂和脂磷壁酸(LTA)的丙氨酰化修饰，巧妙规避宿主中性粒细胞的致命攻击。该研究不仅绘制出GBS在糖尿病伤口中的基因适应性图谱，更鉴定出可成为治疗靶点的关键细菌表面修饰系统。

研究主要采用四种关键技术：1）糖尿病小鼠伤口感染模型（使用链脲佐菌素诱导）；2）转座子测序(Tn-seq)进行全基因组筛选；3）人体原代中性粒细胞杀菌实验（志愿者来源）；4）多光谱免疫组织化学进行组织原位空间分析。

中性粒细胞是糖尿病伤口感染期间GBS相互作用的主要细胞类型

通过流式细胞术分析糖尿病小鼠伤口免疫细胞群，发现GBS感染48小时后中性粒细胞占免疫细胞比例超过65%，显著高于未感染组。多光谱成像显示GBS与Ly6G⁺中性粒细胞在伤口深处共定位，而巨噬细胞在感染区域减少。这表明中性粒细胞是GBS在糖尿病伤口微环境中的主要对抗者。

GBS在糖尿病伤口中存活所需的全局基因组分析

利用GBS CJB111菌株的转座子突变库进行体内筛选，鉴定出291个在伤口中显著缺失的基因（adj. p<0.05）。聚类分析显示碳水化合物代谢、无机离子转运和细胞壁合成相关基因富集。其中糖脂合成基因iagA（编码LTA锚定物Glc₂-DAG合成酶）缺失最显著（log₂FC=-4.87），dlt操纵子（负责LTA丙氨酰化）和mprF（赖氨酸化糖脂合成酶）同样关键。

GBS糖脂和LTA丙氨酰化是上皮细胞侵袭和糖尿病伤口存活所必需的

人类角质形成细胞（N/TERT-2G）实验显示，△iagB（缺失所有糖脂）、△iagA（缺失LTA锚）、△mprF和△dltA突变株的侵袭能力下降至野生型的50%-70%，但黏附能力无变化。透射电镜显示△iagB菌株细胞壁增厚，△dltA内膜电子密度改变。小鼠感染实验中，所有突变株在伤口和肾脏的载菌量均显著低于野生型（下降10-100倍），且中性粒细胞趋化因子CXCL1和髓过氧化物酶(MPO)水平降低。

GBS糖脂和LTA丙氨酰化对中性粒细胞杀伤存活至关重要

高糖条件下的人原代中性粒细胞杀伤实验表明，△iagB突变株存活率仅为野生型的20%，△dltA为60%。成像流式细胞术发现△iagB被吞噬频率提高1.5倍，且每个中性粒细胞内细菌数量更多。机制上，△iagB对小鼠cathelicidin（mCRAMP）的敏感性提高10倍，对次氯酸（HOCI）和过氧化氢（H₂O₂）的抵抗力也显著下降，氧化DNA损伤标记8-OHdG增加2倍。

GBS诱导原代人类中性粒细胞发生初级和次级脱颗粒

通过CD63（初级颗粒）和CD66b（次级颗粒）标记检测，发现野生型GBS可诱导中性粒细胞脱颗粒水平提高3-4倍。值得注意的是，△iagB突变株引发的初级脱颗粒反应强于野生型，说明糖脂缺失可能暴露更多病原相关分子模式。

中性粒细胞影响糖尿病小鼠伤口和肾脏中的GBS负荷

使用抗Ly6G抗体清除中性粒细胞后，野生型GBS在伤口和肾脏的载菌量增加10-100倍，△iagB和△dltA突变株的扩散能力也显著恢复。这表明中性粒细胞是控制GBS局部感染和全身扩散的关键防线。

该研究通过全局基因组学方法揭示了GBS在糖尿病伤口中的生存策略，首次证实细菌膜修饰系统（糖脂和LTA丙氨酰化）可通过协同抵抗CAMPs和ROS促进免疫逃逸。这些靶点为开发针对糖尿病伤口感染的特异性抗菌疗法提供了新方向，同时提示调节宿主中性粒细胞功能可能成为辅助治疗策略。研究建立的基因功能图谱也为理解其他伤口病原体的适应性进化提供了框架。