Apibacter raozihei的致病性特征及其致病机制研究——一种潜在的细菌病原体

《Virulence》：Characterization of the pathogenicity and mechanisms underlying the pathogenesis of Apibacter raozihei, a potential bacterial pathogen

Apibacter raozihei的致病性通过小鼠感染实验和基因组/转录组比较分析系统评估，发现HY041^T菌株致死的肺病理损伤和促炎因子失调显著高于HY037，鉴定出外膜蛋白A、肽酶、热休克蛋白及脂多糖相关基因等潜在毒力因子，并指出T9SS系统基因缺失影响致病性。

　　
Apibacter raozihei 是一种从蝙蝠粪便中分离的革兰氏阴性杆菌，属于Weeksellaceae科、Flavobacteriia纲。尽管该属已有四种物种被鉴定（Apibacter adventoris、Apibacter mensalis、Apibacter muscaei和Apibacter raozihei），但关于其基因组特征和致病性的研究仍存在显著空白。本研究通过比较HY037和HY041^T菌株在小鼠模型中的致病性差异，系统揭示了A. raozihei的毒力机制。

在动物模型中，HY041^T菌株展现出更强的致病性。当剂量为5×10^8 CFU时，该菌株导致30%的小鼠在72小时内死亡，而HY037菌株的死亡率仅为80%。生存曲线分析显示，两种菌株的死亡率存在显著统计学差异（p<0.0332）。组织病理学检查表明，HY041^T感染的小鼠肺部出现更严重的血管出血和炎症细胞浸润，而HY037菌株主要引发48小时后的肺出血。这种差异可能与HY041^T菌株在早期感染阶段（24小时）就触发显著更强的炎症反应有关。

血液学分析显示，感染后12小时内，两种菌株均能引发IL-6和TNF-α水平升高，但HY041^T菌株的促炎因子浓度比HY037高2-3倍。值得注意的是，两种菌株的血液细菌载量无显著差异，说明炎症反应的增强并非由细菌载量直接导致。转录组分析进一步揭示，HY041^T在8小时和16小时接触A549细胞时，分别有122和619个差异表达基因，其中285个基因上调。这些差异基因包括外膜蛋白A（OmpA）、LPS合成相关酶（如lptB）、铁载体系统（如TonB受体）以及多种热休克蛋白（groEL、dnaK等）。

通过比较基因组，发现HY041^T携带4个HY037缺失的基因簇，包括与Weeksellaceae家族其他病原菌（如Elizabethkingia meningoseptica）保守毒力因子相关的基因。其中，sprB基因的缺失可能影响T9SS系统的功能，而该系统的激活与LPS生物合成和转运密切相关。基因表达数据分析显示，HY041^T的lptB基因在8小时接触后上调45.8倍，这与其LPS运输效率提升有关。同时，铁获取相关基因（如ferric uptake regulator）的上调也支持该菌株通过增强宿主铁剥夺防御系统的渗透能力来维持感染。

组织病理学发现，感染小鼠的肺部出现典型炎症反应，包括肺泡间隔增厚、淋巴细胞和单核细胞浸润，以及HY041^T特有的血管内出血。这种病理变化与炎症因子过度分泌形成正反馈循环：TNF-α和IL-6的持续升高导致肺组织水肿和微血管损伤，最终引发多器官衰竭。值得注意的是，HY037菌株的炎症反应呈现时间延迟特征，其肺出血发生在48小时后，这可能与其较低的T9SS活性相关。

基因功能注释显示，上调的OmpA蛋白可能增强细菌对肺泡上皮细胞的黏附和跨膜能力。分泌型肽酶（如AlgW和ClpP）的表达上调可能通过降解宿主细胞外基质成分促进细菌定植。热休克蛋白（groEL、dnaK）的上调则暗示其双重作用：一方面帮助细菌在宿主免疫压力下存活，另一方面作为抗原激活宿主免疫系统，加剧炎症反应。铁载体系统的激活则可能通过促进细菌生长和逃避宿主铁调控机制来增强致病性。

该研究首次揭示了Apibacter属的致病潜力，其毒力机制与已知Weeksellaceae病原菌（如Elizabethkingia系列）高度相似。特别值得注意的是，HY041^T菌株的sprB基因缺失导致T9SS系统功能受损，这与其较弱的毒力表现相吻合。比较转录组分析显示， sprB的缺失可能间接影响其他T9SS相关基因（如C5）的表达，进而影响LPS合成酶（lptB）的活性。这种多基因协同调控机制解释了为何HY037菌株的致病性显著低于HY041^T。

临床相关性分析表明，A. raozihei的致病模式与Elizabethkingia系列高度一致，主要表现为败血症和肺炎。研究发现的铁载体系统（TonB依赖性受体和ABC转运蛋白）与 Elizabethkingia meningoseptica的致病机制相似，提示该系统可能在跨物种传播中起关键作用。此外，外膜蛋白A与脑微血管内皮细胞穿透能力的关联，为解释A. raozihei可能引发的脑膜炎提供了理论依据。

在技术方法层面，研究采用多组学整合策略：通过生存实验和病理学分析建立毒力等级模型，利用RNA测序（Illumina X-TEN平台）和比较基因组学定位差异毒力因子。特别设计的A549细胞共培养实验（感染后8小时和16小时采样）有效分离了急性期和亚急性期的毒力基因表达谱。通过NCBI数据库的CD-search工具对分泌蛋白进行功能注释，结合eggnog-mapper的进化基因组分析，成功鉴定了18个与已知毒力因子同源的基因。

未来研究方向建议聚焦于：（1）解析sprB基因缺失对T9SS系统整体输出的影响；（2）建立体外细胞模型模拟肺泡炎症微环境；（3）开发基于差异毒力因子的靶向疗法。此外，研究仅涵盖两个菌株，后续应扩展至其他八株Apibacter raozihei菌株的基因组比较，通过全基因组关联分析（GWAS）进一步明确毒力基因互作网络。

伦理方面，实验遵循中国疾病预防控制中心动物福利委员会（批号ICDC-2021-038）的指导原则，所有操作均通过活体监测和病理评估确保动物福利。数据已通过NCBI SRA（SRR22696154-22699724）和Figshare（10.6084/m9.figshare.29266826.v1）开放获取，满足透明研究的要求。

本研究的重要贡献在于：（1）首次证明Apibacter属存在显著的菌株间毒力差异；（2）揭示T9SS系统、LPS代谢和铁载体系统协同作用的毒力机制；（3）建立基于比较转录组学的毒力因子鉴定新范式。这些发现为开发针对Apibacter属的疫苗（基于OmpA和peptidase M48）和抗生素（抑制LPS合成酶）提供了理论依据，同时为蝙蝠源性病原体的监测和防控策略制定提供了科学基础。