山羊鼻腔黏液中发现新型抗菌宿主因子半乳糖凝集素-3及其抗猪链球菌机制研究

本研究针对呼吸道细菌感染日益严重的公共卫生威胁，首次在山羊鼻腔黏液中鉴定出半乳糖凝集素-3（galectin-3）具有直接抗菌功能。研究人员通过建立山羊鼻黏膜外植体模型，结合纳米液相色谱-质谱联用技术（Nano LC-ESI-MS/MS）和体内外实验，揭示galectin-3通过结合细菌表面磷壁酸（teichoic acids）破坏膜完整性，并抑制FabK、CK和rpsB等关键蛋白合成，显著清除猪链球菌（S. suis）感染。该发现为开发新型抗感染策略提供了重要靶点。

　　

呼吸道细菌感染已成为全球公共卫生的重大挑战，而鼻腔黏液作为抵御病原体入侵的第一道防线，其抗菌成分的机制尚不明确。尤其令人担忧的是，传统抗菌成分如溶菌酶和乳铁蛋白的局限性日益凸显，亟需发现新型抗菌因子。在这一背景下，研究人员通过创新性研究揭开了鼻腔免疫防御的新篇章。

南京农业大学的研究团队利用山羊鼻黏膜外植体模型，首次在<30 kDa的黏液蛋白组分中鉴定出galectin-3具有显著抗菌活性。这项发表在《Veterinary Research》的研究表明，galectin-3能特异性靶向革兰氏阳性菌（尤其是S. suis），通过双重机制发挥杀菌作用：一方面结合细菌表面的磷壁酸（WTA/LTA）引起膜电位去极化和膜破裂；另一方面抑制脂肪酸合成关键酶FabK、能量代谢酶CK和核糖体蛋白rpsB的合成。动物实验证实，鼻内给予galectin-3可加速清除S. suis并减轻组织病理损伤。

研究主要采用四大关键技术：1）山羊鼻黏膜外植体培养及黏液蛋白分级；2）纳米液相色谱-质谱联用技术（Nano LC-ESI-MS/MS）鉴定活性成分；3）扫描/透射电镜（SEM/TEM）观察细菌超微结构；4）小鼠鼻腔感染模型评估体内抗菌效果。

主要研究结果
Nasal mucus proteins possess antimicrobial activities
通过建立山羊鼻黏膜-病原体共培养体系，发现黏液蛋白能完全清除接种的S. suis和巴氏杆菌。蛋白分级显示<30 kDa组分抗菌活性最强，杀灭率达4.69 log。

Galectin-3 binds and disrupts the integrity of S. suis cell membrane
电镜显示galectin-3处理后的S. suis表面皱缩、膜破裂（图4D），碱性磷酸酶释放量增加1.18倍。ELISA和凝集实验证实其通过β-半乳糖苷依赖方式结合细菌（图4A-C）。

Galectin-3 exerts bactericidal effects by binding to teichoic acids
FTIR鉴定出S. suis表面WTA和LTA特征峰（图6A-C），竞争实验表明二者可使galectin-3的MIC值分别提高16倍和4倍（图6F）。结合后细菌表面正电荷增加、疏水性增强（图6G-H）。

Galectin-3 induces cell wall stress and disrupts protein synthesis
转录组显示细胞壁应激通路（dnaK/groEL等）上调（图7A），蛋白质组发现FabK（脂肪酸合成）、CK（能量代谢）和rpsB（核糖体组装）表达显著降低（图7D）。

研究结论与意义
该研究首次揭示鼻腔黏液galectin-3通过"膜攻击-代谢抑制"双途径发挥抗菌作用：① 特异性识别细菌表面磷壁酸，通过电荷中和和膜去极化（DiOC₂(3)探针证实）破坏膜稳态；② 抑制FabK（enoyl-ACP reductase）、CK（carbamate kinase）和rpsB（ribosomal protein uS2）等关键蛋白，阻断细菌生长必需代谢通路。在转化医学层面，研究不仅为S. suis感染提供了新型治疗靶点，galectin-3与磷壁酸的特异性结合机制更为设计广谱抗菌药物开辟了新思路。值得注意的是，galectin-3在60日龄猪和山羊鼻腔中表达水平相当（附加文件4E），提示其在偶蹄目动物中可能具有保守的免疫防御功能。