副溶血弧菌通过连四硫酸盐感知抑制群体感应以促进肠道定植

《Gut Microbes》：Tetrathionate sensing enables Vibrio parahaemolyticus to repress quorum sensing for intestinal colonization

　　

群体感应（Quorum Sensing，QS）使细菌能够协调群体行为，然而肠道病原体在肠道定植过程中如何调控QS仍知之甚少。研究人员证明，副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）通过感知由宿主硫代硫酸盐转化而来的自身生成的连四硫酸盐（tetrathionate）来抑制QS，从而促进肠道定植。研究人员发现，健康小鼠盲肠提取物含有硫代硫酸盐（thiosulfate），其可被副溶血弧菌通过硫代硫酸盐脱氢酶Ts dBA转化为连四硫酸盐。双组分系统（two-component system，TCS）TtrRS随后感知该自身生成的连四硫酸盐，并通过全局沉默蛋白H-NS抑制主QS调控因子OpaR的表达，该过程不依赖于经典QS受体。转录组学分析首次揭示TtrRS与OpaR之间存在串扰，显示76个基因呈相反方向共调控；进一步研究表明OpaR直接结合并抑制tsdBA启动子，形成TtrRS与OpaR汇聚于共同靶基因的一致调控环路。删除opaR在小鼠模型中显著增强细菌定植，表明QS主动限制副溶血弧菌的肠道适合度，而TtrRS介导的QS抑制可解除该限制。综上，副溶血弧菌利用TsdBA依赖性连四硫酸盐生成，通过TtrRS-H-NS-OpaR级联下调QS，TtrRS与OpaR串扰精细调节该适应反应，从而在宿主肠道中获得竞争优势。这些发现为肠道病原体如何整合硫代谢与QS抑制以优化宿主定植提供了新模型。

《Gut Microbes》刊发的该研究围绕副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）在宿主肠道内如何借助硫代谢信号调控群体感应（Quorum Sensing，QS）并影响定植能力展开。研究背景方面，QS通过自诱导物（autoinducers，AIs）使细菌协调生物发光、运动、生物膜和毒力等群体行为；然而QS激活的适合度优势高度依赖环境，在肠道等生境中QS抑制可能更利于适应。肠道栖息着复杂微生物群并产生多种AI与代谢物，但宿主及菌群来源代谢物如何在感染中影响肠道病原体QS活性机制长期未明。副溶血弧菌是重要食源性急性胃肠炎病原，进入胃肠后须高效感知环境并重编程基因表达，其TCS与QS虽被报道调控多种生理过程，但二者如何被宿主线索连接仍不清楚。研究人员由此提出科学问题：副溶血弧菌是否利用宿主来源分子，通过非经典AI受体通路调控QS以促进肠道定植。

为回答该问题，研究人员开展以下主要关键技术方法：使用健康无炎症雌性SPF ICR小鼠获取盲肠与小肠腔内容物作为宿主分子来源；采用链霉素预处理小鼠感染模型评估野生型、ΔttrR、ΔopaR及双突变株粪便菌落数（CFU）以反映肠道定植；通过高通量删除18个预测响应调节因子及σ70、h-ns等突变体筛选QS相关调控节点；利用高效液相色谱（HPLC）定量硫代硫酸盐与连四硫酸盐；以荧光素酶报告系统（Pvh-lux、PopaR-lux、PtsdB-lux）检测QS与靶基因启动子活性；以RT-qPCR、Western blot、电泳迁移率变动分析（EMSA）分别验证转录、OpaR蛋白水平及OpaR与tsdBA启动子直接结合；并整合既有ΔttrR与ΔopaR转录组做共调控基因交集分析。样本队列为每组六只四周龄雌性SPF ICR小鼠，感染剂量2.0×10⁹ CFU/只。

研究结果如下。

宿主肠道分子抑制副溶血弧菌QS：研究人员将野生型携带Pvh-lux或PopaR-lux报告质粒与盲肠、小肠内容物共孵育，发现腔内容物剂量依赖性抑制荧光素酶信号，说明宿主肠道分子可被细菌感知并调制QS活性。

肠道分子通过非经典AI受体抑制QS：在缺失三种AI受体（ΔcqsSΔluxNΔluxPQ）与ΔluxO背景下，盲肠与小肠内容物仍抑制Pvh-lux和PopaR-lux发光，证明该抑制绕开LuxN/CqsS/LuxPQ-LuxU/LuxO经典磷酸 relay，独立于经典自诱导物受体。

TtrRS感知宿主硫代硫酸盐来源的连四硫酸盐抑制QS：研究人员筛选18个响应调节因子发现ΔttrR发光最高；TtrRS此前被证感知连四硫酸盐并激活ttrBCA与tsdBA。外加连四硫酸盐抑制野生型QS，而ΔttrR丧失抑制，磷酸化位点突变TtrR^D58A、TtrS^H397A及ΔttrS均消除盲肠内容物抑制；HPLC显示野生型把盲肠硫代硫酸盐转成连四硫酸盐，ΔtsdBA不能生成；外加硫代硫酸盐对野生型抑制依赖TsdBA与TtrRS，ΔttrR与ΔtsdBA削弱该效应。结论为副溶血弧菌经TsdBA将宿主硫代硫酸盐转为连四硫酸盐，再由TtrRS感知以抑制QS，即便无肠道炎症亦可发生。

TtrRS经H-NS抑制QS：opaR启动子无典型ttrR框，研究人员删除σ70基因与h-ns，发现Δh-ns发光最低；ΔttrR中h-ns mRNA升高，互补株恢复。Δh-ns与ΔttrRΔh-ns均降低PopaR-lux发光；Western blot显示ΔttrS/ΔttrR提升OpaR蛋白，Δh-ns显著降低OpaR。结论是TtrRS通过全局沉默蛋白H-NS抑制QS，H-NS作为OpaR正向调控节点。

TtrRS与OpaR串扰共调基因并促进定植：转录组交集得76个共调基因且方向多相反；RT-qPCR在野生型、ΔttrR、ΔopaR、ΔttrRΔopaR中验证十个基因，双突变呈现两类模式，说明二者非线性层级而是汇聚于共享靶标。OpaR直接结合tsdBA启动子（EMSA），ΔopaR中PtsdB-lux升高而ΔttrR/双突变丧失，形成OpaR抑tsdBA、TtrR促tsdBA的闭环。小鼠模型中ΔopaR粪便载荷高于野生型，ΔttrRΔopaR高于ΔttrR，感染时野生型opaR被强烈抑制而ΔttrR中减弱；结论为QS主动限制肠道适合度，TtrRS感知连四硫酸盐抑QS而促定植。

讨论部分总结：研究人员指出，经典QS多在细胞密度高时经AI受体控制OpaR，而本研究显示肠道代谢产物使QS脱离细胞密度依赖，经TtrRS-连四硫酸盐-H-NS通路关闭OpaR。健康鼠肠有硫代硫酸盐而少连四硫酸盐，后者传统被视为炎症产物及沙门菌呼吸电子受体；本研究把连四硫酸盐功能从呼吸底物拓展为抑制QS的信号分子。小肠内容物在TtrRS缺陷株仍抑QS，提示存在其他TtrRS非依赖抑制分子，说明肠段微生境多信号输入。H-NS不直接结合opaR启动子而经未知中间因子正向调控OpaR，TtrRS-H-NS-OpaR构成环境感知到QS输出的枢纽。OpaR直接抑tsdBA、TtrR直接促tsdBA，形成正反馈与制动并存的调控环路，使硫氧化与QS抑制在生理上被微调。该交叉调控增强病原体肠内存活与竞争。

研究结论部分译为：综上所述，本研究揭示了此前未被认识的QS调控机制。在肠道感染期间，副溶血弧菌通过TtrRS双组分系统感知由宿主硫代硫酸盐经TsdBA生成的自身连四硫酸盐，并经由H-NS抑制QS活性以促进肠道定植。该调控级联涉及多个关键调控因子，并借助不同信号模块间潜在串扰赋予定植优势。然而，TtrRS、H-NS与QS网络间精确分子互作及其串扰细节，仍有待未来研究阐明。