转录调节因子TrtA调控Treponema denticola中的氧化应激反应

《Applied and Environmental Microbiology》：Transcription regulator TrtA modulates oxygen stress response in Treponema denticola

牙周炎主要致病菌T. denticola通过TrtA转录因子响应氧气胁迫，调控peroxiredoxin抗氧化酶和internalin相关蛋白的表达，影响其存活能力及对宿主细胞的入侵。RNA测序显示，TrtA缺陷株YK7在氧气环境下153个基因显著下调（包括peroxiredoxin、BspA等），38个基因上调（包括internalin相关蛋白）。qRT-PCR验证TrtA通过调控peroxiredoxin表达增强氧耐受性，同时internalin相关蛋白表达上调促进宿主细胞入侵。结构预测显示该蛋白具有与内毒素类似的结构域。

　　牙周炎是由牙龈下微生物群落失衡引起的疾病，其中*Treponema denticola*（牙龈螺杆菌）在牙周炎的晚期病变中频繁出现。该菌属于专性厌氧菌，通常在无氧环境中生存。然而，在口腔微生物群落失衡的情况下，牙龈下环境可能暴露于氧气，这使得* T. denticola*面临一定的氧化应激挑战。研究* T. denticola*如何应对这种环境压力，尤其是其抵抗氧气应激的机制，对理解牙周炎的发病机制具有重要意义。

本研究重点探讨了* T. denticola*中TDE_0127（*trtA*）基因在应对氧化应激中的作用。*trtA*编码一种潜在的转录调控因子，并且在暴露于氧气时其表达显著增加。尽管*trtA*的具体功能尚不清楚，但其在氧化应激中的调控作用提示它可能参与了该菌对氧气环境的适应。通过构建*trtA*缺失突变株并进行转录组分析，研究发现*trtA*调控了大量基因的表达，其中涉及氧化应激反应的基因如过氧化氢酶（Peroxiredoxin）表达水平显著降低，而某些与宿主细胞侵袭相关的基因如内部素相关蛋白（Internalin-related protein）表达水平则显著升高。这些发现表明，*trtA*可能通过调控过氧化氢酶来影响* T. denticola*的氧化应激反应，并可能通过调控内部素相关蛋白影响其侵入宿主细胞的能力。

* T. denticola*的氧化应激反应是其在牙周炎环境中生存的重要机制之一。在牙周炎的晚期病变中，宿主免疫反应和微生物群落的改变可能使氧气浓度上升，从而对* T. denticola*造成损害。为了应对这一挑战，该菌可能通过激活某些基因表达来增强其抗氧化能力。本研究中，通过基因表达分析，发现*trtA*缺失突变株中过氧化氢酶的表达显著下降，而这种酶在氧化应激反应中起着关键作用。这表明*trtA*可能通过调控过氧化氢酶的表达来帮助* T. denticola*应对氧化应激。此外，*trtA*缺失突变株的存活率也显著下降，进一步支持其在氧化应激反应中的重要性。

另一方面，研究还发现，*trtA*缺失突变株中内部素相关蛋白的表达水平显著升高，而该蛋白在* T. denticola*的宿主细胞侵袭中可能起着重要作用。通过进一步实验，发现该蛋白的表达在野生型菌株中受到氧气的抑制，而在*trtA*缺失突变株中则表现出增强的趋势。这表明*trtA*可能通过抑制内部素相关蛋白的表达来调控该菌的宿主细胞侵袭能力。内部素相关蛋白的结构与*Listeria monocytogenes*的内部素A相似，而后者已被证实参与宿主细胞的黏附和侵入过程。因此，推测* T. denticola*的内部素相关蛋白可能具有类似的功能。

此外，研究还发现*trtA*缺失突变株中，与牙周炎相关的一些毒力因子如牙龈素（Dentilisin）的表达水平下降。然而，这种表达变化是否由*trtA*直接调控尚不明确，可能需要进一步研究以确认其具体机制。牙龈素是一种表面蛋白，能够水解宿主蛋白，包括细胞因子、补体激活和纤维蛋白原结合等功能，可能在牙周炎的发病过程中发挥重要作用。因此，*trtA*在调控这些毒力因子表达方面的作用值得进一步探索。

本研究还发现，*trtA*缺失突变株中，某些基因如CRISPR相关蛋白的表达水平下降，而CRISPR系统在细菌的基因调控和应激反应中起着重要作用。这表明*trtA*可能通过调控CRISPR系统参与牙周炎相关微生物的应激反应。然而，目前尚不清楚*trtA*是否直接调控这些基因，还是通过其他间接机制影响其表达。

在基因调控机制方面，*trtA*可能与其他调控因子相互作用，共同参与* T. denticola*的应激反应。例如，*trtA*的表达在氧气暴露时显著上升，而这种调控作用可能涉及其与特定DNA序列的结合，从而激活或抑制相关基因的表达。此外，*trtA*的表达变化还可能影响其他基因的表达，包括与DNA修复、细胞分裂和代谢相关的基因。因此，*trtA*可能在多种细胞过程中发挥重要作用。

本研究的结果表明，*trtA*在* T. denticola*的氧化应激反应中具有关键作用，可能通过调控过氧化氢酶和内部素相关蛋白等基因的表达来影响该菌的存活和毒力。这些发现不仅有助于理解* T. denticola*在牙周炎中的作用，还可能为开发新的牙周炎治疗方法提供线索。例如，针对*trtA*或其调控的基因设计特定的抑制剂或靶向药物，可能有助于减少该菌在牙周炎中的致病能力。

此外，研究还指出，*trtA*的缺失可能影响* T. denticola*的其他生理功能，如DNA结构的维持、代谢途径的调控以及与宿主细胞的相互作用。因此，*trtA*可能不仅在氧化应激反应中发挥作用，还可能在更广泛的生理调控中起着关键作用。这些发现为未来研究* T. denticola*的基因调控网络提供了新的视角。

本研究中使用的实验方法包括构建基因缺失突变株、进行转录组分析、评估基因表达水平以及检测菌株的存活率和侵袭能力。通过这些实验，研究者能够系统地分析*trtA*在* T. denticola*中的功能。例如，通过转录组分析，研究者能够确定哪些基因在*trtA*缺失的情况下表达水平发生了变化，从而推测其调控作用。同时，通过qRT-PCR和荧光显微镜技术，研究者能够验证特定基因的表达变化及其对宿主细胞侵袭的影响。

然而，本研究也存在一些局限性。首先，虽然*trtA*的表达在氧气暴露时显著上升，但其具体的调控机制尚未完全阐明。例如，*trtA*是否直接与过氧化氢酶的启动子结合，还是通过其他间接途径调控其表达，仍需进一步研究。其次，尽管*trtA*缺失突变株中某些基因的表达发生了变化，但这些变化是否由*trtA*直接调控，还是由其他未被识别的基因调控，仍有待确认。此外，*trtA*的调控作用可能受到其他环境因素的影响，如营养条件和pH值的变化，因此需要更全面的环境调控研究。

总的来说，本研究揭示了*trtA*在* T. denticola*应对氧化应激中的重要作用，并指出其可能通过调控过氧化氢酶和内部素相关蛋白等基因影响该菌的存活和毒力。这些发现为理解牙周炎的发病机制提供了新的视角，并可能为未来的治疗策略提供理论基础。未来的研究可以进一步探索*trtA*的调控机制，以及其在牙周炎相关微生物群落中的作用，从而为开发新的牙周炎治疗方法提供支持。