表观遗传调控Fur和FNR主调控蛋白影响流感嗜血杆菌在肺部感染中的生存机制

这篇研究揭示了流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）通过表观遗传机制调控铁摄取调节因子（Fur）和硝酸盐还原酶（FNR）主调控蛋白的表达，从而在慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者肺部低氧环境中实现生存。研究采用多组学方法，发现Dam甲基转移酶通过调控Fur-FNR级联网络，影响细菌对活性氮（RNS）的防御系统，为理解呼吸道病原体适应性机制提供了新视角。

　　

基因组水平转座子测序揭示Dam甲基转移酶在肺部感染中的关键作用

通过全基因组转座子突变测序（Tn-seq）技术，研究团队在流感嗜血杆菌RdKW20菌株中筛选出368个与肺部感染相关的必需基因。特别值得注意的是，dam基因（编码DNA腺嘌呤甲基转移酶）在正常肺功能和肺气肿小鼠模型中均显示出显著的生存劣势。竞争指数（CI）实验进一步证实，dam缺失株在参考菌株RdKW20和临床分离株P621/P665中的适应性均显著降低，揭示了Dam甲基化在呼吸道感染中的保守性功能。

单分子实时测序揭示GATC位点的差异化甲基化模式

采用PacBio SMRT测序技术对18株流感嗜血杆菌（包括参考株和COPD临床分离株）进行全基因组甲基化分析，发现大多数GATC位点呈完全甲基化状态。引人注目的是，在htpG-nif3基因间隔区发现了一个保守的差异化甲基化位点（GATC site 1），该位点在6株菌中呈现稳定低甲基化状态。通过甲基化敏感性限制酶-qPCR验证，发现该位点的甲基化状态与htpG基因表达呈正相关，首次在流感嗜血杆菌中报道了由甲基化控制的表型变异现象。

转录组学解析Dam-Fur-FNR级联调控网络

RNA测序分析揭示了Dam缺失导致的全局基因表达变化：在需氧条件下，Dam失活导致39个基因上调和23个基因下调；而在厌氧条件下，这种变化更为显著（137个基因上调和106个基因下调）。最显著的发现是FNR调节子的整体上调，包括fnr基因本身以及ytfE、cydDC、dmsAB等已知的FNR靶基因。值得注意的是，fur基因表达在Dam缺失株中下调，而fur已知可以抑制fnr表达，由此提出了Dam→Fur→FNR的三级调控级联。

表观遗传调控机制的分子解析

通过精细的启动子工程实验，研究团队系统分析了关键调控元件的功能：在dmsA启动子区，将GATC突变为GCTC并不影响基因表达，表明该位点不直接参与调控；而在fnr启动子区，虽然预测的FNR结合位点（FNR-BS）与GATC位点重叠，但甲基化修饰实验表明表观调控主要通过间接途径实现。特别有趣的是，在htpG启动子区，GATC site 1的低甲基化状态与热休克蛋白基因的异质性表达密切相关，这种调控表现出明显的氧依赖性。

Fur-FNR交互调控的生理意义

通过构建fur缺失株，研究证实了Fur对fnr表达的抑制作用。在厌氧条件下，Fe²⁺浓度升高促进Fe²⁺-Fur复合物形成，增强了对fnr的抑制。这种调控使细菌能够动态响应肺部微环境的氧浓度变化：在正常氧条件下，非活性状态的FNR使Dam缺失株表现为类似双敲除（ΔdamΔfnr）的表型；而在低氧条件下，活性FNR可部分补偿Dam缺失带来的缺陷，这解释了为何厌氧培养的Δdam株在肺气肿模型中保持较好生存能力。

临床意义与展望

这项研究揭示了流感嗜血杆菌在COPD患者肺部特殊环境（低氧、高活性氮）中的适应机制。表观遗传调控通过Dam-Fur-FNR级联网络，精细调控包括硝酸盐还原酶（Nap）、亚硝酸盐还原酶（Nrf）、硫氧化物还原酶（Dms/Mts）等在内的防御系统。这些发现不仅为理解呼吸道病原体的持久定植机制提供了新视角，也为开发针对表观遗传调控网络的抗菌策略提供了潜在靶点。特别是htpG基因的甲基化依赖性表达调控，可能成为细菌应对宿主应激反应的"分子开关"，这一发现为研究微生物表型异质性开辟了新思路。