金黄色葡萄球菌LukMF′靶向中性粒细胞促进皮肤及软组织感染的机制研究

为解决社区相关性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(CA-MRSA) USA300引发的皮肤及软组织感染(SSTIs)机制不明问题，研究人员利用啮齿动物适应株DIP建立自然感染模型，发现其分泌的孔形成白细胞毒素LukMF′通过靶向CCR1受体杀伤中性粒细胞，加剧炎症反应并促进细菌存活。该研究揭示了LukMF′与人类特异性毒素PVL的结构和功能相似性，为理解CA-MRSA致病机制及疫苗开发提供了新靶点。

　　

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是导致皮肤及软组织感染(SSTIs)的主要病原体，其中社区相关性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(CA-MRSA) USA300谱系更是引发全球流行病的关键菌株。尽管已知其携带多种毒力因子，但受限于人类特异性宿主适应性，传统动物模型难以真实模拟感染过程。尤其令人困惑的是，与人类感染严重程度显著相关的Panton-Valentine白细胞毒素(LukSF-PV/PVL)在小鼠中因受体不兼容而失效，导致其致病机制长期存在争议。这一瓶颈严重阻碍了针对CA-MRSA的有效防治策略开发。

为突破这一困境，来自纽约大学医学院等机构的研究团队另辟蹊径，选择了一种自然感染啮齿动物的金黄色葡萄球菌DIP株（分离自银行田鼠）作为研究对象。这种菌株属于ST49谱系，与野生啮齿动物严重渗出性皮炎相关，且在实验小鼠中表现出比人类USA300菌株更强的致病性。通过比较基因组学、蛋白质组学和体内外功能实验的多学科交叉研究，团队首次揭示DIP分泌的LukMF′毒素是驱动皮肤病理的关键效应分子。这项创新性研究发表于《SCIENCE ADVANCES》，为理解CA-MRSA致病机制提供了全新视角。

研究主要采用四大关键技术：1）建立皮下和皮内感染小鼠模型比较DIP与USA300的致病差异；2）全基因组测序结合质谱分析鉴定DIP特异性毒力因子；3）通过基因敲除（ΔlukMF′）和回补（USA300::lukMF′）验证毒素功能；4）流式细胞术结合受体敲除动物（Ccr1^?/?）解析LukMF′作用机制。

DIP感染导致小鼠严重皮肤病变
通过建立标准化的皮下和皮内感染模型，研究发现DIP引发的病灶面积是USA300的3-6倍。蛋白质组学显示DIP分泌大量LukMF′毒素，其结构与人类PVL高度相似（LukF′与LukF-PV有79%氨基酸同源性）。

LukMF′是S.aureus SSTI相关孔形成毒素
基因敲除实验证实ΔlukMF′菌株致病性显著减弱，而将lukMF′导入USA300后其毒力增强3倍。这种表型变化与细菌负荷变化一致，表明LukMF′直接促进细菌在皮肤中的存活。

LukMF′以CCR1依赖性方式杀伤中性粒细胞
通过比较野生型与Ccr1^?/?、Ccr2^?/?、Ccr5^?/?小鼠的中性粒细胞敏感性，发现仅Ccr1^?/?细胞能抵抗LukMF′杀伤。结合流式结合实验证实，LukMF′通过结合CCR1受体形成孔道，导致中性粒细胞死亡。

皮肤损伤与LukMF′驱动的中性粒细胞死亡相关
组织病理学显示，DIP感染区存在弥漫性细胞碎片和显著Caspase-3阳性信号，而ΔlukMF′感染则形成典型炎症聚集灶。流式定量证实DIP感染组中性粒细胞死亡率显著增高，且该效应在Ccr1^?/?小鼠中被消除。

中性粒细胞耗竭减轻DIP诱导的病理
使用抗Ly6G抗体清除中性粒细胞可使病灶缩小至ΔlukMF′感染水平。过继转移实验进一步证实，将Ccr1^?/?中性粒细胞转移至野生型小鼠可减轻病理，反之则加重症状，明确CCR1是体内关键作用靶点。

LukMF′免疫保护小鼠免受SSTI
用LukM或LukF′亚单位疫苗免疫小鼠可诱导高效抗体反应，使感染后病灶缩小2倍并降低细菌负荷，为临床疫苗设计提供了新思路。

这项研究具有三重重要意义：首先，通过自然宿主-病原体模型破解了人类CA-MRSA研究中长期存在的物种屏障难题；其次，阐明LukMF′-CCR1-中性粒细胞死亡轴是驱动皮肤坏死性炎症的核心机制，为理解PVL在人类感染中的作用提供了直接证据；最后，证实靶向白细胞毒素的疫苗策略可行性，为防治CA-MRSA感染开辟了新途径。研究还提示，采用动物适应性菌株研究人类病原体的 homologous（同源）毒力因子，可能是突破物种限制、提高临床转化成功率的关键策略。这种创新研究范式不仅适用于金黄色葡萄球菌，也为其他宿主特异性病原体研究提供了重要借鉴。