《iMetaMed》：Organ-Resolved Host Proteomic and Post-Translational Modification Landscapes in a Mouse Model of Talaromyces marneffei Infection
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马尔尼菲篮状菌（Talaromyces marneffei, T. marneffei, TM）感染可引起播散性疾病，需要宿主多器官协调反应。翻译后修饰（post-translational modifications, PTMs）调控蛋白质功能，但在马尔尼菲
马尔尼菲篮状菌（Talaromyces marneffei, T. marneffei, TM）感染可引起播散性疾病，需要宿主多器官协调反应。翻译后修饰（post-translational modifications, PTMs）调控蛋白质功能，但在马尔尼菲篮状菌感染过程中，组织层面的PTM模式尚未被充分阐明。本研究对马尔尼菲篮状菌感染后的小鼠肝脏、肺脏和脾脏样本进行了全局蛋白质组学以及磷酸化、泛素化、乙酰化和乳酰化修饰谱分析。研究人员进行了差异分析和跨器官比较，并通过计算推断激酶活性，以提名探索性候选干预方案。全局蛋白质组学揭示了一种系统性炎症反应，伴随先天性和适应性免疫通路的广泛激活以及深刻的代谢扰动。这些变化在所有器官中均明显可见，但不同组织表现出独特的调控特征。跨组学功能比较显示，在单个赖氨酸位点水平上的检测重叠有限，但共享通路关联性显著。代谢重编程是各器官的共同特征，伴随着代谢状态和染色质调控的广泛PTM改变。计算分析提示了器官依赖性的激酶相关磷酸化特征。在探索性体内测试中，选定的候选药物（包括匹伐他汀）降低了真菌负荷并提高了存活率，为该候选药物优先排序策略的进一步评估提供了支持。总之，本研究系统描绘了马尔尼菲篮状菌感染期间的全景蛋白质组和PTM图谱，为研究真菌感染中的宿主调控反应提供了资源。
研究背景与科学问题
马尔尼菲篮状菌（Talaromyces marneffei, T. marneffei, TM）是一种双相型真菌，主要分布于热带和亚热带地区，由该菌引起的马尔尼菲篮状菌病已被世界卫生组织列入“WHO真菌重点病原体清单”。该病在中国广西和广东等省份发病率较高，若不及时治疗，死亡率可达100%，即使接受适当治疗，死亡率仍高达30%。尽管马尔尼菲篮状菌引起的多器官播散（尤其累及肺和肝脏）已引起临床关注，但其致病机制尚不明确。现有证据表明，病原体可能通过劫持宿主的翻译后修饰（post-translational modifications, PTMs）来增强其致病性，例如结核分枝杆菌通过宿主泛素化逃逸免疫，新生隐球菌通过乙酰化调控毒力因子。然而，针对马尔尼菲篮状菌感染在不同宿主器官中诱导的特异性PTM变化的系统性研究仍然缺乏。因此，研究人员开展此项研究，旨在阐明马尔尼菲篮状菌感染对肝脏、肺脏和脾脏这三个关键器官中蛋白质组和多种PTM的影响，描绘共性与器官特异性的宿主应答特征，并为播散性马尔尼菲篮状菌病的宿主靶向治疗提供候选通路依据。
研究方法概述
研究人员建立了环磷酰胺诱导免疫抑制的Balb/c小鼠模型，通过尾静脉注射马尔尼菲篮状菌分生孢子建立感染模型，于感染后第7天收集肝脏、肺脏和脾脏组织。对于每个器官，将感染组和对照组样品分别合并为三个池作为分析单位。采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）结合数据非依赖性平行累积连续碎裂（dia-PASEF）模式进行蛋白质组学和四种PTM（磷酸化、泛素化、乙酰化和乳酰化）谱分析。利用Spectronaut软件处理DIA数据，并对蛋白质和PTM位点进行定量。通过基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析进行功能注释，采用激酶底物富集分析（KSEA）从磷酸化数据中计算推断激酶活性，并从DrugBank数据库中提取FDA批准药物的靶点信息用于药物预测。
研究结果
3.1 免疫抑制小鼠感染马尔尼菲篮状菌后的蛋白质组学与多PTM谱全局表征
研究人员成功建立了免疫抑制小鼠感染模型，并通过真菌培养和组织病理学证实感染。全局鉴定到大量PTM蛋白和修饰位点，涵盖泛素化（6,065个蛋白/30,096个位点）、乙酰化（5,868个蛋白/25,273个位点）、乳酰化（1,337个蛋白/4,042个位点）和磷酸化（5,418个蛋白/27,522个位点）。器官分布分析显示乳酰化在肝脏中相对富集，而其他修饰广泛分布于三个器官。在蛋白质水平上观察到广泛的PTM共存现象，有726个蛋白同时携带所有四种PTM类型。
3.2 马尔尼菲篮状菌感染后免疫与代谢的器官依赖性蛋白质组模式
主成分分析显示感染组与对照组在各器官中均明显分离。急性期蛋白如Saa1和Orm2在多器官中显著上调，支持感染期间存在共享的急性期反应特征。上调蛋白集中在NOD样受体信号、吞噬体和NK细胞介导的细胞毒性通路。跨器官共同差异表达蛋白数量有限，提示存在器官特异性蛋白质组变化。肝脏中Tlr2和Tlr9主要上调，脾脏中相关通路蛋白多数下调，而肺脏中仅个别受体如Clec7a发生显著变化。
3.3 马尔尼菲篮状菌感染中泛素化相关信号与蛋白质丰度的跨器官关联
泛素化数据集包含最多的修饰位点。主成分分析清晰区分感染与对照样本，差异分析显示三个器官中泛素化普遍且主要以上调为主。共有343个上调修饰位点为三器官共享，主要富集于代谢和免疫通路。联合分析发现，丰度降低伴随泛素化信号增强的蛋白富集于代谢通路，而丰度增加伴随泛素化信号减弱的蛋白主要富集于病原感染和免疫/炎症相关通路。基于数据库的E3连接酶-底物网络分析揭示Rnf128在所有三个器官中均有代表。
3.4 马尔尼菲篮状菌感染中跨器官的位点特异性双向乙酰化变化
乙酰转移酶Hat1、Naa20和Naa25在脾脏中上调最为显著，脾脏也拥有最多数量的差异乙酰化位点。韦恩图显示极少数修饰位点为三器官共享，绝大多数为器官特异性。有趣的是，上调和下调的乙酰化位点在碳代谢和核糖体通路中汇聚。脾脏含有最多的“乙酰化开关”蛋白（即同时含有上调和下调乙酰化位点的蛋白），这些蛋白富集于病原感染通路。Toll样受体信号通路的关键组分在脾脏中表现出多位点和双向乙酰化变化。
3.5 马尔尼菲篮状菌感染期间的乳酰化相关信号与组蛋白PTM模式
肝脏中乳酰化位点变化最为显著，有1,352个上调位点和385个下调位点。KEGG富集显示肝脏中上调蛋白富集于核糖体和代谢通路，而下调蛋白在脾脏中与系统性红斑狼疮和中性粒细胞胞外陷阱形成通路相关。乳酸代谢相关因子的丰度谱在各器官间存在差异。组蛋白乳酰化在感染后显著增加，尤其在肝脏中H1和H2变体的乳酰化升高。整合分析显示核心组蛋白在多个PTM层面（乙酰化、泛素化和乳酰化）呈现组织特异性的协同变化，特定组蛋白赖氨酸残基如H4c1的K32和K78在不同器官中显示出多种修饰共存。
3.6 跨组学功能比较揭示马尔尼菲篮状菌感染后有限的PTM位点串扰但通路水平汇聚
在蛋白质水平上，相当一部分蛋白携带超过一种PTM类型，但在修饰位点水平的重叠非常有限。全球成对比较显示，九个器官特异性PTM对中有八个显著相关，但相关性较弱（|ρ|=0.077–0.14）。只有少量赖氨酸残基表现出跨PTM类型的共改变，且这些位点显示出显著的修饰类型特异性和器官特异性。跨组学KEGG富集分析揭示了不同修饰类型间的功能分区：泛素化和乙酰化主要富集于代谢通路，而乳酰化主要与坏死性凋亡和病毒感染相关通路有关。代谢通路在所有三个器官中均表现出广泛的泛素化上调。
3.7 激酶相关特征的计算推断与候选药物的探索性评估
基于可量化磷酸化位点的激酶活性推断显示，感染后预测活性改变的激酶数量显著增加，并呈现清晰的器官特异性模式。例如，Pdk1在肺和脾中被预测为激活，而Bmpr1b等在肝脏中激活但在脾脏中趋势相反。通过将预测活性改变的激酶映射至DrugBank中的已知药物-靶点关系，识别出46种潜在激酶靶向药物，其中福他替尼和米诺环素涉及的激酶靶点最多。基于代谢紊乱特征选择匹伐他汀作为补充候选药物。生存分析显示所有药物治疗组均改善了感染模型的存活率。定量CFU检测表明，米诺环素和匹伐他汀在肝脏、肺脏和脾脏中一致地降低了真菌负荷，而福他替尼的效果较弱且具有器官差异性。
讨论与结论
本研究表明，马尔尼菲篮状菌感染引发了协调但器官特异的宿主反应，以免疫激活和代谢改变并存为特征，而非单一调控层面的孤立变化。虽然免疫-代谢变化在肝脏、肺脏和脾脏中均一致出现，但每个器官表现出不同的调控侧重。在PTM层面，尽管不同修饰类型在蛋白质水平上共存，但在修饰位点水平的重叠和相关程度有限，然而这些修饰在功能上汇聚于代谢、免疫信号和蛋白质稳态等共享生物学过程，呈现出“位点独立、通路汇聚”的模式，表明不同的PTM层充当了部分独立的调控模块。器官特异性差异明显：肝脏表现为显著的代谢蛋白和蛋白质周转通路改变；脾脏展现出更广泛的免疫相关蛋白调控；肺脏则表现出更为局限但集中的应答。代谢改变是跨器官的另一突出共同特征，与广泛的PTM变化紧密交织。此外，磷酸化蛋白质组数据指向激酶可作为潜在的治疗切入点，通过计算预测和药物重定位筛选出的候选药物（匹伐他汀、米诺环素等）在体内初步验证中显示出降低真菌负荷和改善存活的效果。研究结论指出，通过系统地将多种PTM类型与器官适应的免疫-代谢反应联系起来，并结合计算激酶推断指导的药物重定位及初步体内评估，这项工作为解析马尔尼菲篮状菌感染的宿主调控机制提供了基础性资源。
