尿素酶促进金黄色葡萄球菌在类皮肤环境中的pH稳态与生长

这篇研究揭示了尿素酶（urease）在金黄色葡萄球菌（S. aureus）皮肤定植中的关键作用。通过模拟人体皮肤代谢环境（SLM），作者发现尿素酶通过分解尿素生成氨（NH3）和碳酸氢盐，调节胞内/外pH，促进细菌在酸性环境（pH 4.5-5.8）中的生长。研究首次鉴定了尿素转运蛋白UreT的功能，并证实抑制剂氟法胺（fluorofamide）可有效阻断尿素酶活性，为靶向干预皮肤感染提供了新策略。

　　

尿素酶在皮肤环境中的核心作用

金黄色葡萄球菌（S. aureus）是皮肤软组织感染（SSTIs）的主要病原体，其定植能力与皮肤酸性环境（pH 4.5-5.8）下的适应性密切相关。研究发现，皮肤表面丰富的尿素（4-12 mM）通过尿素酶（ureABCEFGD operon）分解为氨和二氧化碳，显著提升胞内pH（实验证实ΔpH达0.5单位），并中和胞外环境。RNA-seq数据显示，在类皮肤培养基（SLM）和小鼠皮肤模型中，尿素酶基因表达显著上调，提示其在皮肤定植中的必要性。

尿素代谢的双重效益

通过构建ureD::Tn突变株，研究者发现尿素酶缺失导致SLM中细菌生长速率降低（倍增时间延长1.5倍），且24小时培养后菌落数（CFU）减少10倍。有趣的是，野生型（WT）与突变株共培养时，突变株竞争力提升（竞争指数1.6），表明尿素酶产生的氨可作为“公共物品”惠及周边菌群。这种共享机制可能解释为何尿素酶基因在群体中未被自然选择淘汰。

尿素转运蛋白UreT的突破性发现

研究首次解析了SAUSA300_2237（UreT）的功能——该蛋白与人类尿素转运体同源，保守位点F80对尿素摄取至关重要。ΔureT突变株在SLM中胞外氨生成减少50%，但未完全阻断，暗示存在其他转运途径。值得注意的是，铵转运体Amt的缺失不影响氨外排，而细胞裂解实验（Δatl突变株+溶葡萄球菌素处理）排除了胞外尿素酶主导氨生成的可能性。

氨基酸替代与氮源竞争的复杂性

补充实验显示，精氨酸（arginine）和丝氨酸（serine）可部分补偿尿素缺失的生长缺陷，但仅尿素能显著提升胞外pH（ΔpH≥1.0）。相反，添加5 mM铵（NH₄⁺）在酸性条件下抑制所有菌株生长，提示铵离子可能破坏质子动力（PMF），而在中性pH下仅能缓解ureD::Tn的氮饥饿表型。这一发现强调了尿素代谢在pH调节中的不可替代性。

氟法胺的高效抑制作用

临床抑制剂氟法胺（fluorofamide）对S. aureus尿素酶的半数抑制浓度（IC₅₀=34.2 nM）显著低于豆科植物尿素酶（130.9 nM）。0.5 μM氟法胺处理24小时即可将胞外pH和氨浓度降至突变株水平，且不影响细菌存活率，为开发皮肤去定植疗法提供了候选分子。

研究局限与未来方向

当前模型无法完全模拟人类皮肤的长期定植动态（平均21天），且小鼠皮肤缺乏汗腺和酸性特征。后续研究需结合类器官或离体皮肤模型，并探索尿素酶抑制剂与现有抗生素的协同效应。此外，尿素酶转录调控网络（如Agr、CcpA、CodY）与皮肤微环境的互作机制仍有待阐明。

这项研究不仅揭示了S. aureus在皮肤定植中的代谢适应策略，还为针对尿素酶-尿素轴的抗感染治疗提供了理论依据。通过靶向这一保守通路，未来或可开发出抑制病原体定植而非直接杀菌的“生态位干预”疗法。