钙卫蛋白通过调控群体感应和假单胞菌抗菌物质生成保护金黄色葡萄球菌免受铜绿假单胞菌攻击的机制研究

这篇研究揭示了先天免疫蛋白钙卫蛋白（CP）在铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）与金黄色葡萄球菌（S. aureus）共培养中的双重作用：通过金属螯合引发多金属饥饿反应，同时以非依赖金属的方式抑制P. aeruginosa的群体感应（QS）系统（如3-oxo-C12-HSL和C4-HSL水平降低），并减少烷基喹诺酮（AQs）等抗菌物质产生，从而增强S. aureus的存活能力。研究通过双物种RNA-seq和代谢组学阐明了CP通过重定向分支酸代谢通路（如促进叶酸合成而非吩嗪生成）调控病原体互作的新机制。

　　

实验设计：双物种RNA-seq揭示CP调控机制

研究采用铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）PA14株与金黄色葡萄球菌（S. aureus）JE2株共培养模型，在化学限定培养基（CDM）中比较钙卫蛋白（CP）处理与单/多金属（Fe、Zn、Mn）缺失条件下的转录组差异。通过6小时时间点采样（避免S. aureus RNA降解）和双物种RNA测序，结合实时PCR验证，解析了CP对两种病原体互作的调控网络。

CP诱导多金属饥饿反应的共性特征

CP处理引发P. aeruginosa典型的金属饥饿响应：

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  铁饥饿：上调铁载体（pyoverdine/pvd、pyochelin/pch）合成基因和铁非依赖性酶（如fumC1），同时下调含铁蛋白（如sodB、katA）的Fe节约反应。

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  锌饥饿：激活假偶氮碱（pseudopaline/cnt）转运系统和Zn非依赖性旁系同源基因（如dksA2）。

  值得注意的是，CP对Mn代谢基因无显著影响，与既往报道一致。

CP特异性调控细胞包膜重塑

超越金属螯合效应，CP独特下调PprAB双组分系统（调控IV型菌毛和生物膜形成），同时上调膜修饰相关基因（如阳离子肽抗性调控因子parRS、肽聚糖合成酶dapE）。这些变化与CP直接作用于细菌膜结构的假说相符。

分支酸代谢流重定向：抗菌物质合成的关键开关

CP显著改变P. aeruginosa的中心代谢节点分支酸的分配：

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  抑制抗菌通路：下调吩嗪（phz）和烷基喹诺酮（pqsABCDE）合成基因，其中抗金黄色葡萄球菌活性最强的HQNO（2-heptyl-4-hydroxyquinoline N-oxide）产量降低70%。

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  促进生存通路：激活叶酸（folate）和预苯酸（prephenate）合成基因，满足基础代谢需求。质谱分析证实CP处理组C₇/C₉烷基喹诺酮（如HHQ、NHQ）水平显著下降，而铁缺失反而增加HQNO产量，解释了二者对S. aureus存活率的相反影响。

群体感应（QS）系统受抑的级联效应

CP早期（6小时）显著降低C₄-HSL水平（70%），延迟影响3-oxo-C₁₂-HSL，导致：

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  毒力因子下调：LasA蛋白酶、弹性蛋白酶LasB和鼠李糖脂（rhlAB）合成减少。

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  QS网络紊乱：245个QS正调控基因（78.8%）表达受抑，包括外毒素A（toxA）和蓝绿素（lecA）。

S. aureus防御策略的CP依赖性激活

在CP保护下，S. aureus表现出独特响应：

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  铁获取增强：上调铁载体（staphyloferrin/sbn）和血红素摄取（isd）系统，而单纯铁缺失时该反应被P. aeruginosa抑制。

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  毒力因子上调：酚溶性调节素（psm）、α-溶血素（hyl）等毒力基因表达增加，受sRNA Teg41和SaeRS系统调控。

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  应激缓解：细胞壁损伤标志物（如czrAB）表达降低，翻译活性恢复（如核糖体抑制蛋白RaiA下调）。

模型与展望：CP作为病原体互作的"调解者"

研究提出"攻击-防御"模型：CP通过双重机制（金属依赖与非依赖）解除P. aeruginosa的"武装"（如AQs、QS信号），同时增强S. aureus的"防御"（铁获取、毒力表达）。未来需探究：

1. 1.

   CP是否直接干扰AQ合成酶活性

2. 2.

   膜结构改变与AQ分泌的关联性

3. 3.

   CP蛋白支架（非金属结合域）的独立功能

   该发现为理解多微生物感染（如囊性纤维化肺部）中宿主免疫蛋白的调控作用提供了新视角。