铜绿假单胞菌临床分离株中aprF基因缺失通过Toll样受体5增强宿主炎症反应的机制研究

研究人员针对囊性纤维化(CF)患者肺部长期定植的铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)引发过度炎症的机制，通过比较共分离菌株的基因组差异，发现aprF基因突变导致碱性蛋白酶AprA分泌缺陷，进而通过TLR5信号通路增强宿主IL-8炎症反应。该研究揭示了细菌微进化调控宿主免疫的新机制，为CF和支气管扩张症的抗炎治疗提供新靶点。

　　

在囊性纤维化(CF)和支气管扩张症患者的肺部，铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)的长期定植就像一场永不落幕的"攻防战"——细菌不断变异以适应恶劣的肺部环境，而宿主则持续承受着过度炎症带来的组织损伤。这种慢性感染过程中，为何某些菌株会引发更强烈的炎症风暴？这个困扰学界多年的问题，终于被McGill University Health Centre（加拿大麦吉尔大学健康中心）的研究团队找到了关键突破口。

研究人员从29名CF患者痰液中分离出成对的P. aeruginosa菌株，发现共分离菌株虽同源却诱发差异显著的IL-8炎症反应。通过多物种验证（人支气管上皮细胞BEAS-2B和水螅模型）、全基因组SNV分析和功能实验，团队首次揭示：编码碱性蛋白酶分泌系统的aprF基因突变，会阻断AprA蛋白酶外排，导致鞭毛蛋白(flagellin)降解受阻，进而通过TLR5通路"点燃"炎症风暴。这项发表于《The Microbe》的研究，为理解慢性肺部感染的免疫调控提供了全新视角。

关键技术包括：建立CF患者来源的菌株库；采用合成囊性纤维化培养基(SCFM)模拟肺部环境；通过MLST确认菌株克隆关系；SNV分析筛选非同义突变；CRISPR-Cas9构建TLR5敲除的BEAS-2B细胞；水螅感染模型评估毒力差异；蛋白酶活性检测等。

【共分离菌株诱导差异宿主炎症反应】
比较13株来自6名患者的共分离菌株，发现4对菌株存在显著IL-8表达差异（如201High比201Low高3倍）。水螅模型证实这种差异具有跨物种保守性，201High菌株可致水螅触手溶解（严重度评分3-4），而运动性和绿脓菌素产量等表型不能完全解释该现象。

【基因组差异定位关键调控基因】
MLST证实共分离株具有相同序列型（如201株均为ST-19）。通过SNV分析筛选出872个突变基因，聚焦50个在≥2患者中突变的基因。排除已知毒力基因后，锁定与蛋白分泌相关的icmF1、phuR、aprF等候选基因。

【aprF突变通过TLR5通路增强炎症】
PAO1的aprF转座子突变株使IL-8表达升高2.5倍，回补实验可逆转该效应。201High菌株因aprF突变导致蛋白酶活性降低60%，使未降解的鞭毛蛋白持续激活TLR5——在TLR5-CRISPR细胞中其促炎效应消失。而293株的炎症差异呈TLR5非依赖性，提示存在其他调控通路。

【讨论与意义】
该研究首次阐明aprF-AprA-TLR5轴在CF肺部炎症中的核心地位：细菌通过微进化"关闭"蛋白酶分泌，意外增强鞭毛蛋白的免疫原性，形成恶性炎症循环。这一发现不仅解释了临床观察中AprA水平与感染严重度的负相关现象，更为靶向TLR5通路的新型抗炎策略提供了理论依据。研究还建立了从患者菌株筛选到机制验证的完整研究范式，为其他慢性感染研究提供了方法学借鉴。值得注意的是，约30%的差异炎症反应仍无法用已知基因解释，提示P. aeruginosa可能存在更复杂的免疫调控网络，这将成为团队未来的重点研究方向。