综述：球形细菌如何调控细胞分裂

本文聚焦球形细菌细胞分裂调控机制。详细阐述了革兰氏阳性球菌（如肺炎链球菌（S. pneumoniae）、金黄色葡萄球菌（S. aureus））和革兰氏阴性球菌（如蓝细菌、耐辐射奇球菌（D. radiodurans）、淋病奈瑟菌（N. gonorrhoeae））中 Z 环定位机制，展现了该领域研究进展与方向。

　　

引言

细胞分裂对所有生物至关重要，许多细菌通过二分裂繁殖，产生两个相同子细胞。这一过程的关键是在细胞分裂位点正确定位分裂机器，而 FtsZ 聚合形成的 Z 环是细菌细胞分裂的起始步骤。为确保 Z 环正确定位，细菌进化出多种机制，如大肠杆菌（E. coli）的 Min 系统和核区阻塞机制。然而，这些机制多在杆状细菌中研究，球形细菌（球菌）因其缺乏自然极性，在调控细胞分裂上面临独特挑战。

革兰氏阳性球菌中 Z 环定位的机制

芽孢杆菌门（Bacillota，旧称厚壁菌门 Firmicutes）包含许多知名革兰氏阳性球菌，如肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌，它们是研究革兰氏阳性球菌细胞分裂调控的重要模型。

1. 肺炎链球菌（S. pneumoniae）：肺炎链球菌是一种能引起呼吸道机会性感染的人体共生菌，细胞呈椭圆形，沿连续平行平面分裂，形成特征性的细胞链。在肺炎链球菌中，FtsZ 协调细胞壁合成机器在细胞中部的招募，肽聚糖合成有隔膜和外周两种模式。肺炎链球菌缺乏 Min 系统和 Noc，其细胞分裂位点的选择由 MapZ 蛋白介导。在细胞周期早期，MapZ 在细胞中部形成环，引导 FtsZ 的踏车运动并正调控 Z 环定位。分裂前，MapZ 环分裂为两个并逐渐分离，标记未来的分裂位点。此外，丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶 StkP 对一些细胞分裂蛋白的磷酸化在肺炎链球菌细胞分裂控制中起重要作用。细胞分裂与染色体复制和分离的协调、多糖荚膜合成相关蛋白 RocS 等也参与细胞分裂位点的选择。在乳杆菌目（Lactobacillales）中，MapZ 的保守性存在差异，不同属的细菌细胞形态和生长模式不同，可能需要独特策略来标记细胞分裂位点。
2. 金黄色葡萄球菌（S. aureus）：金黄色葡萄球菌是革兰氏阳性球形细菌，是人类微生物群的一部分，也可作为机会致病菌。它沿连续正交平面分裂，形成葡萄串状生长模式。细胞分裂起始于 FtsZ 在细胞中部的聚合，招募隔膜肽聚糖合成机器。研究发现，金黄色葡萄球菌在分裂时会轻微伸长，这依赖于 PBP3/RodA 对，且 GpsB 可能协调隔膜和侧壁肽聚糖的合成。此外，FacZ 可能通过未知机制拮抗 GpsB 对 Z 环的稳定作用。金黄色葡萄球菌缺乏 Min 系统，但有核区阻塞蛋白 Noc，Noc 除了参与核区阻塞，还影响 DNA 复制起始。新发现的早期细胞分裂蛋白 PcdA 参与正交平面选择，其动态定位依赖核苷酸结合状态，通过与 DivIVA 结合定位到未来分裂位点。不同球菌的细胞分裂机制差异较大，一些球菌具有独特的细胞分裂模式，如八叠球菌属（Sarcina）拥有完整的 Min 系统和 DivIVA，韦荣氏球菌属（Veillonella parvula）则缺乏已知的细胞分裂调控系统。放线菌门（Actinomycetota，也称为 Actinobacteria）中的球形革兰氏阳性菌，如藤黄微球菌（Micrococcus luteus），其 Z 环定位机制尚不清楚，但编码 DivIVA 同源物，SepH 在其中的作用也有待探索。

革兰氏阴性球菌中 Z 环定位的机制

1. 蓝细菌（Cyanobacteria）：蓝细菌门（Cyanobacteriota）包含许多球形成员，编码 Min 系统同源物和 Cdv3 蛋白。在集胞藻属（Synechocystis）中，Min 系统虽非必需，但缺失会导致异常细胞形态和小细胞形成；Cdv3 对生存至关重要，其缺失会使 FtsZ 形成异常环。在聚球藻属（Synechococcus elongatus）中，Min 系统振荡行为类似大肠杆菌，Cdv3 促进 MinC 招募到细胞中部，表明 Min 系统在蓝细菌 Z 环调控中可能有双重作用。
2. 耐辐射奇球菌（D. radiodurans）：耐辐射奇球菌同时拥有 Min 系统和 DivIVA 同源物，细胞呈四联状，交替在两个正交平面分裂，采用 “关门机制”，有时会导致隔膜生长不同步。DivIVA 是必需蛋白，其突变会导致隔膜倾斜，它还与 MinC 和染色体分离机器相互作用，影响细胞分裂和染色体分离的协调，且 DivIVA 的磷酸化影响其功能和定位。耐辐射奇球菌的基因组由四个不同复制子组成，核区呈高度浓缩的环形结构。
3. 淋病奈瑟菌（N. gonorrhoeae）：淋病奈瑟菌属于变形菌门（Pseudomonadota，旧称 Proteobacteria），沿交替正交平面分裂，显示出微妙的不对称性，建立了短轴和长轴。Min 系统对其细胞分裂至关重要，缺失会导致严重形态缺陷和小细胞形成。研究表明，Min 蛋白可能沿卵形细胞的长轴振荡，限制分裂平面垂直于长轴，这一过程与染色体分离存在协调。

结论与展望

近年来，球形细菌细胞分裂的研究进展迅速。以往认为 Z 环定位主要由负调控机制主导，但革兰氏阳性球菌和一些其他细菌的研究表明，正调控机制也很重要。球形细菌通过微妙的形态变化或重叠细胞周期来建立临时极性，连续正交细胞分裂在非卵形球形细菌中较为常见，可能对细菌在环境或致病过程中有优势。未来需进一步研究其他形状细菌的 Z 环定位机制，以及在未充分研究的球菌中探索保守细胞分裂蛋白的作用差异，可能还存在尚未发现的细胞分裂调控机制。