副猪嗜血杆菌通过PERK/eIF2α/ATF4轴触发内质网应激介导的细胞焦亡及代谢重编程的机制研究

本研究针对副猪嗜血杆菌(G. parasuis)感染引发猪格拉瑟病的分子机制展开深入探索。研究人员通过整合细胞生物学、分子生物学和代谢组学技术，首次揭示该病原体通过激活PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路诱发内质网应激，进而驱动NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡，同时发现419种差异代谢物涉及谷胱甘肽代谢、甘油磷脂代谢等关键通路。该研究为防控猪呼吸道传染病提供了新的治疗靶点。

　　

在养猪业中，有一种被称为"格拉瑟病"的传染病长期困扰着养殖户，其元凶就是副猪嗜血杆菌(Glaesserella parasuis)。这种革兰氏阴性菌会引发猪只出现多发性浆膜炎、关节炎和脑膜炎，特别是对断奶仔猪造成严重威胁，带来巨大的经济损失。虽然已知该病原体会激活炎症反应和细胞死亡，但其精确的分子机制仍如"黑箱"般未被完全揭示，特别是内质网应激与代谢重编程这两个关键环节的研究几乎空白。

武汉轻工大学动物科学与营养工程学院遗传育种与精准养殖实验室的研究团队在《Veterinary Research》发表的重要研究中，首次系统阐明了G. parasuis如何通过内质网应激通路"劫持"宿主细胞的命运。研究人员采用猪肺泡巨噬细胞系3D4/21作为模型，通过扫描电镜观察到细菌黏附导致的细胞膜孔洞形成，结合流式细胞术和Western blot证实了凋亡和焦亡的双重激活。借助透射电镜捕捉到内质网扩张、核糖体脱落等超微结构改变，并通过抑制剂4-PBA和GSK2656157明确了PERK通路的关键作用。代谢组学分析采用UPLC-MS/MS平台，鉴定出419种差异代谢物。

G. parasuis感染降低细胞活力并触发炎症反应

感染24小时后，扫描电镜清晰显示细菌黏附于细胞表面。当感染复数(MOI)为10和100时，细胞活力显著下降，同时促炎细胞因子IL-6、IL-8、IL-1β和TNF-α的mRNA水平急剧升高，其中TNF-α在24小时增幅达100倍，展现出强烈的炎症风暴特征。

病原体诱导双重细胞死亡程序

Western blot显示凋亡标志物Bax和cleaved Caspase-3显著增加，而抗凋亡蛋白Bcl-2减少。流式细胞术证实早期和晚期凋亡细胞比例明显上升。更为独特的是，扫描电镜首次捕捉到典型的焦亡形态学特征——细胞膜气泡和孔洞形成，伴随NLRP3炎症小体、GSDMD和Caspase-1蛋白水平的同步升高，揭示了焦亡的经典通路激活。

内质网应激通路的精准调控

透射电镜观察到内质网扩张和线粒体嵴断裂等病理改变。分子水平上，PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路被特异性激活，而IRE1分支未见明显变化。当使用内质网应激抑制剂4-PBA预处理时，这些异常超微结构得到显著改善。特别值得注意的是，选择性PERK抑制剂GSK2656157能显著抑制焦亡相关蛋白表达，但对凋亡标志物无影响，首次证明两条死亡通路在此过程中的独立性。

代谢重编程全景图谱

代谢组学分析揭示出283个上调和136个下调的差异代谢物。5α-胆甾烷-3-酮等代谢物显著升高，而青霉素G钾等明显降低。KEGG富集分析指出，这些代谢物主要富集于逆行内源性大麻素信号、甘油磷脂代谢、自噬等12条关键通路，其中谷胱甘肽代谢和花生四烯酸代谢的紊乱尤为突出，为理解感染过程中的氧化应激和炎症调控提供了新视角。

这项研究首次绘制出G. parasuis感染的三维致病图谱：通过PERK/eIF2α/ATF4/CHOP轴诱发内质网应激，特异性激活NLRP3介导的焦亡通路，同时独立引发凋亡程序，并伴随广泛的代谢网络重构。这些发现不仅为理解猪呼吸道细菌性疾病的发病机制提供了新范式，更重要的是，PERK通路抑制剂和关键代谢节点的发现，为开发靶向治疗策略奠定了理论基础。该研究采用的跨尺度研究方法——从超微结构观察到分子通路解析，再到代谢网络绘制——为动物病原体与宿主互作研究提供了范本。