综述：游动或固着——c-di-GMP信号与鞭毛运动的相互作用

这篇综述深入探讨了细菌第二信使环二鸟苷酸(c-di-GMP)与鞭毛运动之间的双向调控网络，揭示了从基因表达到马达旋转的多层次调控机制（涉及DGCs/PDEs、FleQ、YcgR等关键因子），为理解细菌运动-生物膜转换的时空动态提供了新视角。

　　

引言

细菌通过环二鸟苷酸(c-di-GMP)介导的精密调控网络在游动与固着生活方式间切换。这种由双鸟苷酸环化酶(DGC)和磷酸二酯酶(PDE)动态调控的第二信使，既抑制鞭毛运动又促进生物膜形成。最新研究发现，这种调控远非简单拮抗——从转录调控到马达制动，从鞭毛组装到化学趋化，c-di-GMP与运动系统的相互作用呈现出惊人的时空复杂性。

c-di-GMP对鞭毛运动的影响

基因表达调控

在铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)中，c-di-GMP通过结合转录因子FleQ的ATP酶结构域，重编程其靶向基因：抑制鞭毛基因同时激活生物膜相关基因。类似机制见于霍乱弧菌(V. cholerae)的FlrA和艰难梭菌(C. difficile)的Cd1核糖开关——后者通过c-di-GMP诱导的转录终止直接阻断鞭毛操纵子表达。值得注意的是，新月柄菌(C. crescentus)中c-di-GMP反而促进钩蛋白FlgE表达，揭示了调控的方向性具有物种特异性。

组装与定位控制

鞭毛III型分泌系统的ATP酶FliI能被c-di-GMP抑制，阻断鞭毛蛋白外输。新月柄菌的细胞分化更展现时空精妙：早期c-di-GMP峰值通过稳定TipF蛋白促进鞭毛极位，而分裂前局部PDE活性在鞭毛极形成c-di-GMP低谷，确保游动细胞获得低c-di-GMP"身份标识"。

马达制动机制

大肠杆菌(E. coli)的YcgR代表最典型的c-di-GMP效应器——其PilZ结构域结合c-di-GMP后，N端与马达转子互作，C端与定子MotAB结合，形成"分子刹车"使转速降低60%。这种调控还改变马达转向偏好，促进直线游动（counterclockwise bias）。铜绿假单胞菌则演化出更精细的调控：FlgZ特异性置换MotCD定子抑制群游，但保留MotAB介导的游泳运动，实现运动模式的差异化控制。

鞭毛运动对c-di-GMP的反馈调控

转录级联调控

大肠杆菌中，鞭毛主调控子FlhDC与应激因子RpoS竞争RNA聚合酶，形成运动-c-di-GMP的"跷跷板"调控。有趣的是，σ因子FliA既激活主要磷酸二酯酶PdeH的表达，又通过RdcAB复合物刺激主要双鸟苷酸环化酶DgcE，构成矛盾调控网络（incoherent feedforward loop），可能用于锐化群体异质性。

机械传感与空间调控

鞭毛定子成为环境感知的核心部件：新月柄菌MotAB通过调控DgcB响应表面接触；铜绿假单胞菌中，被c-di-GMP-FlgZ置换的MotCD定子竟能招募DGC SadC，形成自我强化的c-di-GMP正反馈环。更精妙的是，鞭毛极通过FlhF抑制WspR酶活性，而趋化蛋白CheA则通过磷酸化调控极定位的PDE Pch活性，实现c-di-GMP的亚细胞区室化。

动态平衡与生态适应

表面接触时，鞭毛运动与c-di-GMP的拮抗关系出现戏剧性反转：游动促进初始附着，而局部c-di-GMP脉冲又通过YcgR等效应器减速制动。这种"先促进后抑制"的双相调控，使细菌能高效勘探表面后稳定定居。不同菌种演化出独特调控策略——如霍乱弧菌VpsR与Vc2核糖开关对tfoY基因的"推拉式"调控，体现了环境适应的分子创新。

展望

未来研究需整合活细胞c-di-GMP荧光报告系统与单细胞运动分析，解析过渡阶段的动态互作。特别值得关注鞭毛-趋化-c-di-GMP三元调控网络在感染微环境中的作用，以及非经典效应器（如化学受体Tlp1）的调控机制。这些研究将为抗生物膜策略提供精准靶点。