利用生物发光成像技术揭示伯氏柯克斯体在脂肪组织中的感染生态位及其发病机制

这篇研究通过生物发光成像(BLI)技术，首次在非免疫缺陷小鼠模型中动态追踪了伯氏柯克斯体(Coxiella burnetii)九里II型(NMII)的感染过程，揭示了脂肪组织作为其关键复制生态位的重要发现。研究证实了Dot/Icm IV型分泌系统(T4SS)的毒力依赖性，并发现补体成分C3在清除细菌中的作用。该模型为研究Q热慢性感染的潜在机制提供了新视角。

　　

生物发光成像揭示伯氏柯克斯体发病机制：脂肪组织作为感染生态位

摘要

伯氏柯克斯体(Coxiella burnetii)是引起Q热的专性胞内病原体，其强毒株九里I型(NMI)需在生物安全三级(BSL-3)条件下研究。本研究利用可安全操作的等基因弱毒株九里II型(NMII)，通过整合Photorhabdus luminescens的luxCDABE操纵子建立生物发光成像(BLI)模型，首次实现小鼠感染过程的非侵入式动态监测。

方法创新与模型验证

实验采用A/J小鼠（对柯克斯体易感）和C57BL/6J野生型(WT B6)及补体C3敲除(C3 KO)小鼠，通过腹腔注射(IP)接种10⁹个发光细菌。BLI信号显示：

• 含功能性Dot/Icm系统的Ig::Tn菌株在小鼠体内持续复制，第3天达峰值（总通量1.70×10⁵光子/秒），伴随体重下降10%及IL-6/IL-10水平升高
• T4SS缺陷型icmQ::Tn突变体则被快速清除
• 传统检测方法（基因组当量GEs和脏器重量）与BLI代谢活性数据存在时间差，证实BLI能更早反映细菌活性状态

脂肪组织：未被重视的感染生态位

通过离体器官成像发现：

• 80%的BLI信号来自内脏脂肪组织（性腺、腹膜后和肠系膜脂肪垫）
• 脂肪细胞分离实验显示：
  • 脂肪细胞组分携带90%的细菌负荷（vs 基质血管组分SVF）
  • 3T3-L1脂肪细胞体外感染实验证实Dot/Icm依赖性复制（复制效率比未分化前体细胞高3倍）
• 共聚焦显微镜显示：
  • 感染第4天形成大型LAMP-1阳性空泡(CCV)
  • 脂滴标记物BODIPY证实细菌在成熟脂肪细胞内的定位

补体系统的双重角色

C3 KO小鼠实验揭示：

• 延迟2天清除细菌（第8天vs WT B6第6天）
• 但组织细菌载量无差异，提示C3通过炎症调节而非直接杀菌发挥作用
• WT B6小鼠出现更严重的临床症状（弓背、毛发粗糙），与更高水平的IL-6（血清156 pg/mL vs KO 89 pg/mL）相关

临床与进化意义

• 慢性感染假说：脂肪组织低氧环境和丰富脂质可能支持细菌持久存活，解释Q热复发案例
• 治疗靶点：脂代谢调控剂atglistatin可抑制细菌复制，提示脂肪组织代谢干预潜力
• 跨物种传播：骆驼等高脂肪蓄积动物可能成为重要储存宿主

技术突破与应用前景

BLI模型克服了传统方法的三大局限：

1. 实现单个动物的纵向追踪，减少实验动物用量
2. 区分代谢活跃菌（发光）与残留DNA（GEs检测）
3. 为毒力因子（如效应蛋白）的体内研究提供平台

该研究为理解胞内病原体的组织嗜性开辟了新途径，并为慢性Q热的"脂肪组织储库"理论提供了实验依据。未来研究可拓展至气溶胶感染模型，以模拟人类自然感染过程。