人类中性粒细胞α-防御素HNP1与金黄色葡萄球菌的细胞壁成分相互作用，从而促进其生物膜的形成

《Biofilm》：Human neutrophil α-defensin HNP1 interacts with bacterial cell wall components to promote biofilm formation by Staphylococcus aureus

HNP1增强金黄色葡萄球菌生物膜形成及抗生素耐受性研究，发现其通过非转录机制与肽聚糖及壁 teichoic 酸相互作用，促进细菌粘附和聚集，导致多重抗生素耐受。

　　### 人类中性粒细胞肽1促进细菌生物膜形成的作用机制研究

#### 引言

人类中性粒细胞肽1（HNP1）是一种α-防御素家族的成员，它在人体免疫系统中发挥重要作用。HNP1主要由中性粒细胞产生和储存，具有广泛的抗菌和免疫调节功能。然而，近年来的研究发现，HNP1不仅具有抗菌作用，还可能通过多种机制影响细菌的行为，包括增强生物膜形成。这一发现引发了对HNP1在感染过程中的潜在作用的重新思考，尤其是在细菌对抗生素的耐受性和持续感染方面。

在本研究中，我们发现HNP1能够显著促进多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生物膜形成，尤其是对金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）具有特别强的促进作用。HNP1的这种作用可能与其对细菌细胞壁成分的相互作用有关，例如肽聚糖和壁磷壁酸。这些相互作用可能通过促进细菌附着和自聚集，从而增强生物膜的形成。这些结果不仅拓展了我们对HNP1促进生物膜形成机制的理解，也为探索宿主来源的抗菌肽在微生物定植、生物膜持续性和抗生素耐受性中的复杂作用提供了新的视角。

#### 材料与方法

为了研究HNP1对细菌生物膜形成的影响，我们采用了多种实验方法。首先，我们使用微量滴定板法（Microtiter Plate Assay）来定量评估生物膜的形成情况。该方法通过结晶紫（CV）染色，能够有效地检测细菌在培养板上形成的生物膜。此外，我们还利用微流控系统（BioFlux 1000z）进行实时细菌聚集分析，观察HNP1在流动条件下对细菌聚集的影响。扫描电子显微镜（SEM）用于观察细菌在不同条件下的生物膜形态，而虚拟菌落计数（VCC）方法则用于评估HNP1对细菌存活率的影响。

为了进一步了解HNP1的作用机制，我们进行了转录组分析（RNA-seq），以评估HNP1对细菌基因表达的影响。通过这些方法，我们能够全面地分析HNP1对细菌生物膜形成的影响，并探索其潜在的分子机制。

#### 结果

我们的研究结果显示，HNP1对多种细菌的生物膜形成具有显著的促进作用，其中金黄色葡萄球菌的生物膜形成最为显著。在不同浓度的HNP1处理下，细菌的生物膜形成呈现出剂量依赖性，表明HNP1的浓度对生物膜形成有重要影响。此外，HNP1还能够促进细菌的自聚集和沉降，这些过程可能是生物膜形成的重要前奏。

我们还发现，HNP1对金黄色葡萄球菌的抗生素耐受性有显著提升作用。在含有HNP1的生物膜中，细菌对多种抗生素的存活率明显高于未处理的对照组。这一现象可能与生物膜的屏障作用有关，因为生物膜能够限制抗生素的渗透和有效性。然而，HNP1的作用并不局限于其抗菌特性，它还可能通过其他机制，如促进细菌附着和自聚集，来增强生物膜的形成。

#### 讨论

HNP1的生物膜促进作用可能与其对细菌细胞壁成分的相互作用有关。我们发现，HNP1能够与金黄色葡萄球菌的肽聚糖和壁磷壁酸发生相互作用，这些相互作用可能通过促进细菌的附着和自聚集，从而增强生物膜的形成。这一发现与之前的报道有所不同，之前的报道指出HNP1主要通过靶向外膜蛋白OmpA和脂质II来发挥其抗菌作用。

此外，我们的研究还发现，HNP1的生物膜促进作用并不依赖于其抗菌活性。在某些情况下，HNP1的高浓度反而会抑制生物膜的形成，这表明HNP1的作用可能具有双面性。在不同的细菌种类中，HNP1对生物膜形成的影响也存在差异，这可能与细菌的种类和其细胞壁成分的结构有关。

我们还探讨了HNP1对细菌附着和自聚集的影响。结果显示，HNP1能够显著增强细菌对宿主细胞和非生物表面的附着能力，这可能与其促进自聚集的作用有关。通过转录组分析，我们发现HNP1对生物膜相关基因的影响较小，主要通过非转录机制促进生物膜形成。这一发现为理解HNP1在感染过程中的作用提供了新的视角。

#### 结论

综上所述，HNP1在促进细菌生物膜形成方面具有重要作用，尤其是对金黄色葡萄球菌。其作用机制可能涉及对细菌细胞壁成分的直接相互作用，如肽聚糖和壁磷壁酸，从而促进细菌的附着和自聚集。这些发现不仅拓展了我们对HNP1功能的理解，也为开发新的抗菌策略提供了理论依据。未来的研究可以进一步探索HNP1在不同生理条件下的作用机制，以及其在感染过程中的具体影响。