囊性纤维化中铜绿假单胞菌生物膜形成的时分辨双转录组学解析

本研究通过时分辨双转录组学技术，揭示了囊性纤维化(CF)患者肺部铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)生物膜形成的宿主-病原体互作机制。研究发现，慢性感染菌株通过上调T1SS/T3SS/T6SS分泌系统劫持宿主免疫，而急性菌株依赖ABC转运体抵抗抗菌反应；CF上皮细胞则呈现独特的细胞因子分泌和角化特征。该研究为CF感染诊断和靶向治疗提供了新见解。

　　

在囊性纤维化(CF)患者的肺部，铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)形成的生物膜如同顽固的"细菌堡垒"，导致抗生素治疗失败和肺功能持续恶化。尽管CFTR调节剂疗法改善了部分患者的预后，但生物膜相关慢性感染仍是临床难题。传统体外模型使用浮游细菌或合成培养基，难以模拟真实肺部微环境；而动物模型与人类感染存在显著差异。这些局限性阻碍了对宿主-病原体互作机制的深入理解。

为解决这一挑战，研究人员采用气液界面(ALI)培养的人源肺上皮细胞模型（NuLi-1健康细胞与CuFi-1 CF细胞），结合时分辨双转录组学技术，动态解析了急性(PAS1)与慢性(PAC1)感染菌株在2/5/8小时的宿主-病原体转录对话。通过扫描电镜确认生物膜形成，利用Illumina平台进行双RNA测序，数据经HISAT2/Bowtie2比对和DESeq2差异分析，结合GO功能富集和主成分分析(PCA)揭示关键通路。

感染模型中宿主反应的动态特征
扫描电镜显示PAC1在8小时内形成具有胞外多糖层的成熟生物膜。NuLi细胞对PAS1感染呈现阶段性响应：早期(2h)激活离子转运基因，中期(5h)上调IFI27等应激基因，晚期(8h)增强IL1RAPL2等炎症信号。而CuFi细胞表现出持续亢进的炎症反应：早期即高表达IL1A/CXCL3，中期维持IL17C/IL20，晚期仍存在SOD2等氧化应激标志。这种失调的炎症稳态与CF临床特征高度吻合。

CF上皮的特异性防御缺陷
相较于NuLi细胞，CuFi细胞感染PAS1后呈现"双重异常"：G1a簇基因（如LCE/SPRR家族）的异常高表达提示过度角化损伤屏障功能；同时G蛋白偶联受体（如TAS2R19）的下调削弱了对细菌代谢物的感知能力。值得注意的是，前列腺素受体PTGER3在CuFi中的持续低表达，可能与CF肺部纤维化进程相关。

菌株适应性策略的分子解码
急性菌株PAS1依赖ABC转运体（如PA2523）和pmrAB双组分系统抵抗宿主抗菌肽，而慢性菌株PAC1则通过T1SS（apr基因簇）和T3SS（psc/pop/exs基因）分泌效应蛋白重塑宿主环境。基因组分析发现PAC1特有的VgrG蛋白（T6SS组分）和lasI突变，可能通过减弱群体感应来逃避免疫识别。代谢层面，两菌株均上调吩嗪（如pyocyanin）和铁载体（pvdP/pfe操纵子）合成基因，但PAC1表现出更渐进式的代谢重组策略。

该研究首次在ALI模型中系统描绘了CF特异的宿主-病原体互作图谱，揭示慢性感染菌株通过"分泌系统重编程"与宿主达成微妙平衡，而急性感染引发"角化风暴"导致上皮屏障崩溃。这些发现为开发针对不同感染阶段的诊断标志物（如CXCL5/C6orf15）和精准治疗策略（靶向T3SS或ABC转运体）提供了理论依据。未来研究可拓展至CF其他关键病原体（如金黄色葡萄球菌），并探索转录特征与临床预后的关联。