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在化脓性关节炎问题上，因金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）引发的病症死亡率和致残率高。研究人员围绕S. aureus的热核酸酶 NucA 展开研究，发现 Δnuc1突变体致病性降低。这为理解化脓性关节炎发病机制及防治提供了重要依据。
化脓性关节炎是一种极具侵袭性的关节疾病，主要由金黄色葡萄球菌（
Staphylococcus aureus）引起，具有较高的死亡率和致残率。即便半数患者接受及时治疗，关节损伤往往也不可逆转，会导致永久性关节功能障碍。在人体抵御化脓性关节炎的过程中，先天免疫发挥着重要作用，其中包括中性粒细胞和补体系统。金黄色葡萄球菌能够成功致病，原因在于它能表达众多定植和致病因子，热核酸酶 NucA 就是其中之一，它由
nuc1基因编码，可分泌到细胞外，在降解细胞外 DNA（eDNA）和 RNA（eRNA）的过程中发挥关键作用，帮助细菌逃脱中性粒细胞胞外陷阱（NETs）的捕获，维持感染状态。此前的研究虽对 NucA 有一定了解，但它在化脓性关节炎发病过程中的具体作用和机制仍不明确。为深入探究这一问题，来自德国图宾根大学跨学科微生物与感染医学研究所、瑞典哥德堡大学萨尔格伦斯卡学院医学研究所等机构的研究人员开展了相关研究。该研究成果发表在《Communications Biology》上，为化脓性关节炎的防治提供了新的理论依据。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：构建了
S. aureus的 Δ
nuc1突变体和互补菌株，通过对比野生型（NWT）和突变体在各项实验中的差异，探究 NucA 的功能；建立小鼠化脓性关节炎模型，对感染后的小鼠进行多项指标检测；采用多种细胞实验，如巨噬细胞、中性粒细胞和骨肉瘤细胞系（SAOS-2）的免疫刺激实验、细菌吞噬和杀伤实验等；利用微计算机断层扫描（μCT）技术观察小鼠关节骨侵蚀情况；运用酶联免疫吸附测定（ELISA）法检测细胞因子水平。
研究结果如下：
- Δnuc1突变体在小鼠模型中致病性降低：研究人员用S. aureus Newman 野生型和 Δnuc1突变体分别感染 NMRI 小鼠，持续观察 7 天。期间，Δnuc1感染的小鼠体重下降幅度极小，到第 7 天才有所变化，而 NWT 感染的小鼠体重持续下降，至实验结束时下降了 20%。从临床症状来看，Δnuc1感染小鼠的临床关节炎症状明显较轻，仅 20% 的小鼠在第 7 天出现轻微症状，而 NWT 感染的小鼠早在第 3 天就有 40% 出现症状，第 5 天全部发展为严重的化脓性关节炎。同时，Δnuc1感染小鼠的肾脏细菌载量和肾脏脓肿评分显著低于 NWT 感染小鼠，且关节骨侵蚀情况几乎不见，而 NWT 感染小鼠有 12% 的关节出现严重骨破坏。
- 野生型感染导致 IL-6 和 S100A8/A9 水平显著升高：研究人员在感染后第 7 天采集小鼠血液样本，检测其中 IL-6、肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）、角质细胞趋化因子（KC，CXCL1）和 S100A8/A9 等免疫介质水平。结果显示，与 NWT 感染小鼠相比，Δnuc1感染小鼠的 IL-6、KC 和 S100A8/A9 水平明显降低，虽然 TNF-α 水平也有降低趋势，但差异不具有统计学意义。
- NucA 消化 gDNA 降低小鼠巨噬细胞 TNF-α 产生：研究人员用来自S. aureus JE2Δlgt的基因组 DNA（gDNA）处理小鼠巨噬细胞样 RAW 264.7 细胞，发现其能浓度依赖性地诱导 TNF-α 产生。而随着 NucA 对 gDNA 的逐步降解，TNF-α 的产生量逐渐减少。这表明 NucA 能通过降解细菌 DNA，影响炎症反应中关键细胞因子的释放。
- Δnuc1突变体影响多种细胞系的细胞因子产生：研究人员分别用活的S. aureus JE2 及其突变体 JE2Δnuc1、JE2Δlgt和 JE2Δnuc1Δlgt处理 RAW 264.7 细胞、SAOS-2 细胞和中性粒细胞，检测细胞因子产生情况。结果显示，RAW 264.7 细胞在接触 JE2 和 JE2Δnuc1时，IL-6 和 TNF-α 产生量无差异；SAOS-2 细胞对所有突变体的 IL-6 产生量均下降，但 TNF-α 产生量无变化；中性粒细胞对所有突变体的 TNF-α、IL-10 和 IL-1 受体拮抗剂（IL-1Ra）产生量显著下降，尤其是缺乏lgt基因的突变体。
- JE2Δnuc1在多种宿主细胞中的内化或存活减少：研究人员在中性粒细胞和 RAW 264.7 细胞中进行实验，发现 JE2Δnuc1在早期的存活能力较 JE2 更低，且在 RAW 264.7 细胞内的数量也少于 JE2 和互补菌株 JE2Δnuc1(pRB473-nuc1)，这说明 NucA 可能有助于细菌在细胞内外的存活。
- 活菌和上清液对 NETs 形成和清除的影响：研究人员用活细菌和细菌上清液处理中性粒细胞，通过 SYTOX Green 染色观察 NETs 形成情况。发现细菌上清液能在更短时间内诱导更强的 NET 释放，且 JE2Δnuc1突变体及其上清液诱导产生的 NET 水平高于亲本菌株，表明 Δnuc1突变体上清液降解 DNA 的能力较弱，导致 NETs 水平升高。
研究结论和讨论部分指出，通过对S. aureus亲本菌株和 Δnuc1突变体的对比研究，明确了 NucA 是化脓性关节炎的重要致病因子。NucA 能有效降解细菌 DNA，减少促炎细胞因子如 TNF-α 的释放；还可能增加S. aureus的细胞内存活能力；同时能消化中性粒细胞形成的 NETs，帮助细菌逃避先天免疫杀伤，从而加剧疾病严重程度。在体内实验中，感染 NWT 的小鼠出现明显体重下降、关节炎症状加重、脓肿评分升高、骨侵蚀严重和血浆 IL-6 含量极高等情况，而 Δnuc1感染小鼠的这些症状则明显减轻。不过，NucA 引发严重骨侵蚀的具体分子机制仍有待进一步研究。总体而言，该研究揭示了 NucA 在S. aureus化脓性关节炎发病机制中的关键作用，为后续开发针对化脓性关节炎的新治疗策略提供了重要理论基础，有助于深入理解金黄色葡萄球菌感染与免疫反应之间的复杂关系，对改善化脓性关节炎的临床治疗具有重要意义。
