粪肠球菌（Enterococcus faecalis）能够调节艰难梭菌（Clostridioides difficile）的相位变异现象

《Journal of Bacteriology》：Enterococcus faecalis modulates phase variation in Clostridioides difficile

肠道菌群中的肠球菌通过调控CmrRST系统促进产气荚膜梭菌相位变异，导致表面运动增强和菌落形态改变，且该效应具有肠球菌种属特异性。

　　
本文研究了肠道菌群中肠球菌（Enterococcus faecalis）与艰难梭菌（Clostridioides difficile）之间的互作机制，揭示了肠道菌群通过调控艰难梭菌的相位变异系统（CmrRST）影响其表型异质性的新范式。研究发现，肠球菌通过改变艰难梭菌的代谢环境或分泌特定信号分子，诱导其CmrRST系统向cmr-ON状态转化，从而显著增强表面运动能力、细胞伸长和成链生长等表型特征。这一现象不仅存在于实验室分离株中，且在多种临床来源的肠球菌菌株中具有特异性，为解析肠道菌群与病原菌的共生关系提供了关键证据。

**研究背景与核心发现**
艰难梭菌是引起抗生素相关腹泻和伪膜性肠炎的主要病原体，其表型异质性（如菌落形态、运动能力）受CmrRST信号通路调控。传统观点认为，环境因素（如c-di-GMP水平）和自身基因突变是驱动相位变异的主因，但菌群间的互作作用尚未明确。本研究通过系统性比较实验，首次证实肠球菌可通过改变艰难梭菌的相位变异状态，重塑其致病行为特征。

**关键实验设计与结果**
1. **表型互作验证**
研究团队在琼脂平板上建立肠球菌与艰难梭菌的共培养体系，发现双菌共培养的艰难梭菌菌落面积显著大于单菌培养（P<0.0001），且形成更多由长链细胞组成的“藤蔓状”结构。通过基因敲除实验证实，cmrT基因（CmrRST系统的效应蛋白）是这一表型转变的必需因子。ΔcmrT突变体在共培养中无法获得cmr-ON状态，导致表面运动能力丧失（图2C）。

2. **信号传导机制解析**
qRT-PCR检测显示，肠球菌共培养可使艰难梭菌的cmrR、cmrS、cmrT基因转录量均上调2-5倍（P<0.001）。进一步研究发现，肠球菌通过改变CmrRST系统的调控逻辑实现相位转换：
- **cmr开关结构**：当肠球菌与艰难梭菌在固体培养基上接触时，cmr开关的倒置频率从单菌培养的31.6%提升至85.2%（P<0.0001），表明肠球菌可能通过代谢产物或物理接触触发开关的重组过程。
- **调控层级突破**：尽管cmrR（响应调节蛋白）的自主调控功能缺失（ΔcmrR突变体仍能响应肠球菌），但cmrS（His激酶）和cmrT（效应蛋白）的协同作用对维持cmr-ON状态至关重要。
- **环境因素排除**：补充肠球菌培养基上清液或调节pH环境均无法诱导艰难梭菌的cmr-ON状态，提示该互作依赖肠球菌与艰难梭菌的直接物理接触或分泌特定小分子信号。

3. **物种特异性互作网络**
研究发现，肠球菌的促cmr-ON效应具有高度选择性：
- **种属特异性**：肠球菌（E. faecalis OG1RF、PedsCom、V583）显著促进艰难梭菌的cmr-ON状态（达60%-95%），而肠球菌（E. faecium、E. durans）或其他革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、产气肠杆菌）则无此效应。
- **菌株特异性**：不同肠球菌菌株（如VRE突变体、临床分离株）均能激活艰难梭菌的cmr-ON表型，但效果强度存在差异（图6B）。
- **宿主依赖性**：这一互作在体外模型中高度可重复，但体内效应需进一步验证。

4. **表型关联性分析**
- **细胞形态**：cmr-ON状态的艰难梭菌呈现典型长丝状结构（SEM证实细胞长度延长40%-60%），且菌落表面形成密集的“藤蔓状”微结构（图4）。
- **致病性增强**：具有cmr-ON表型的艰难梭菌在仓鼠模型中显示更高的肠道定植能力和更严重的毒血症（临床分离株数据支持这一结论）。
- **代谢协同**：肠球菌通过发酵代谢产生短链脂肪酸（SCFAs）和氨，可能改变艰难梭菌的碳代谢路径，间接影响CmrRST表达。尽管c-di-GMP全局水平未受显著影响，但局部浓度波动可能通过信号转导级联反应触发相位变异。

**机制假说与临床意义**
研究提出两种可能的信号传递路径：
1. **物理接触触发重组**：肠球菌的菌毛或细胞壁成分可能通过直接接触激活艰难梭菌的RecV重组酶系统，倒置cmr开关。
2. **代谢微环境调控**：肠球菌分泌的氨基酸（如谷氨酸）可能作为CmrRST的诱导信号，通过激活艰难梭菌的c-di-GMP合成通路（如GlbF调节）间接调控相位变异。

**临床转化潜力**
该研究为治疗艰难梭菌感染提供了新思路：
- **益生菌干预**：筛选具有促cmr-ON效应的肠球菌菌株（如OG1RF），可能通过抑制艰难梭菌的过度增殖改善肠道微生态平衡。
- **疫苗设计**：靶向CmrRST系统的疫苗候选靶点（如cmrT蛋白）可能减少艰难梭菌的表型异质性，从而削弱其致病性。
- **抗生素联合策略**：在根除艰难梭菌的同时，可联合使用肠球菌抑制其相位变异回补，降低复发风险。

**研究局限性及未来方向**
1. **信号分子未明确**：尽管排除了pH和c-di-GMP全局水平的影响，但具体信号分子（如脂肽、多糖）仍需通过质谱联用技术进一步鉴定。
2. **宿主因素未解析**：现有数据无法解释为何部分患者（如儿童、老年人）的肠道中肠球菌与艰难梭菌的互作强度差异显著。
3. **跨物种互作扩展**：需验证该机制是否适用于其他艰难梭菌相关病原体（如产气荚膜梭菌），以及是否存在于其他感染场景（如尿路感染）。

**总结**
本研究揭示了肠道菌群与病原菌的复杂互作网络，证实肠球菌通过诱导艰难梭菌的相位变异增强其表型可塑性，这一发现挑战了传统“病原体-宿主”二元对立的认知框架。未来研究需结合宏基因组学、代谢组学及单细胞测序技术，解析肠道菌群如何通过时空动态的分子信号网络调控病原菌的群体行为，为开发基于菌群微生态干预的新型疗法奠定基础。