抗生素暴露通过SOS响应-OmpR/EnvZ双通路机制增强细菌胞外囊泡分泌、载货及运动性的新发现

这篇研究揭示了亚抑菌浓度恩诺沙星(ENR)通过激活SOS响应(RecA/LexA通路)上调内溶素基因(essd-1/rrrd/rzod)破坏肽聚糖(PG)层，同时抑制OmpR/EnvZ双组分系统下调外膜蛋白OmpC及其关联的Mla-OmpC脂多糖转运复合体，双重机制协同促进大肠杆菌胞外囊泡(BEVs)的分泌效率提升7.37倍、DNA载量增加2.78倍、运动速度显著加快，为细菌应激适应机制和BEVs纳米递送系统开发提供新视角。

　　

抗生素诱导的细菌胞外囊泡分泌增强机制

ABSTRACT
研究首次系统阐明亚抑菌浓度抗生素通过双重分子通路调控细菌胞外囊泡(BEVs)生物发生的机制。以大肠杆菌MG1655为模型，发现恩诺沙星(ENR)处理使BEVs分泌量提升7.37倍，囊泡直径维持在20-500 nm，DNA和蛋白质载量分别增加2.78倍和3.21倍。

3.1 抗生素浓度依赖性BEV分泌
通过纳米颗粒追踪分析(NTA)和透射电镜(TEM)证实，1/4最小抑菌浓度(MIC)的ENR处理16小时后，BEVs产量较对照组显著增加。密度梯度离心纯化显示，ENR组BEVs富含基因组DNA片段(覆盖代谢、遗传信息处理等KEGG通路)和1383种功能蛋白(涉及生物过程、细胞组分等GO分类)。

3.2 ENR促进外膜-内膜囊泡(OIMVs)形成
共聚焦显微镜结合SYTOX/FM4-64荧光比值分析发现，ENR处理使膜通透性显著增强(p<0.0001)。蛋白质组学显示OIMVs标志性蛋白含量增加，证实抗生素主要诱导含胞质内容物的OIMVs分泌，而非传统的外膜囊泡(OMVs)。

3.3 内溶素介导的肽聚糖损伤机制
qRT-PCR揭示ENR通过RecA/LexA依赖的SOS响应上调内溶素基因essd-1(7倍)、rrrd(9.27倍)、rzod(31.89倍)。构建的Δessd-1ΔrrrdΔrzod三突变体显示肽聚糖含量增加，BEVs产量降低41.6倍，而回补株恢复野生型表型。PG定量ELISA证实这三个内溶素是ENR诱导PG降解的关键效应分子。

3.4 SOS响应之外的膜失稳因素
尽管内溶素缺陷株显示PG完整性增强，但SYTOX渗透性和SDS敏感性实验表明，ENR还能通过非PG依赖途径破坏膜稳定性。原子力显微镜(AFM)显示ΔompR突变体出现明显膜突起，5% SDS平板中存活率下降80%，暗示OmpR/EnvZ系统在维持膜稳态中的核心作用。

3.5 OmpR/EnvZ系统的关键调控
蛋白质组学筛选出38个差异表达蛋白，其中OmpR下调最显著。ΔompR突变体BEVs分泌量激增41.6倍，运动轨迹分析显示平均速度提升3.2倍。分子对接预测MlaA-OmpC复合体结合能-15.6 kcal/mol，脂多糖(LPS)银染证实ΔompR中LPS逆向转运受阻，导致外膜累积引发囊泡出芽。

3.6 菌毛动力学调控新机制
透射电镜发现ΔompR菌株I型菌毛数量减少90%。fimS开关实验结合qPCR证实OmpR特异性下调菌毛主要结构基因fimA(而非整个fim操纵子)，使BEVs摆脱菌毛束缚而增强扩散能力。

4 讨论
该研究创新性揭示：1) 抗生素通过SOS响应-Endolysin-PG降解轴促进BEVs载货；2) OmpR/OmpC-MlaA-LPS转运轴调控膜张力平衡；3) OmpR-fimA-菌毛轴控制BEVs空间动力学。这为理解细菌应激适应提供了三维视角(分子-囊泡-群体)，并为工程化改造BEVs作为纳米递送载体奠定了理论基础。

研究局限性在于仅使用实验室标准菌株，未来需在临床分离株和动物模型中验证。值得注意的是，ΔompR介导的BEVs运动性增强可能加速抗生素耐药基因(ARGs)的种间传播，这对院内感染防控具有重要警示意义。