《Transboundary and Emerging Diseases》：Mechanistic Landscape and Farm to Fork Control Strategies for Streptococcus suis: An Emerging Foodborne Threat
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猪链球菌（S. suis）是一种新兴的人畜共患病病原体，其在全球范围内的脑膜炎和脓毒性休克临床负担现已与传统食源性病原体相当。近期涵盖30余个国家的流行病学综合分析已列出超过1600例实验室确诊的人类病例，合并病死率约为12%，在东亚地区攀升至18%以上。这一
猪链球菌（S. suis）是一种新兴的人畜共患病病原体，其在全球范围内的脑膜炎和脓毒性休克临床负担现已与传统食源性病原体相当。近期涵盖30余个国家的流行病学综合分析已列出超过1600例实验室确诊的人类病例，合并病死率约为12%，在东亚地区攀升至18%以上。这一广泛引用的合并病死率估计值来源于一项遵循PRISMA指南的系统综述和荟萃分析，该研究检索了PubMed、Scopus、Web of Science、ScienceDirect和Google Scholar截至2012年12月的文献，并在存在异质性时采用逆方差法和随机效应模型合并研究水平的事件率。研究人员批判性地综合了近期分子、细胞和转化研究，以明确这一猪共生菌如何突破宿主上皮屏障和血脑屏障（BBB）、颠覆 innate immunity 并实现系统性播散。新发现的毒力机制包括：丝氨酸-苏氨酸激酶（STK）驱动的紧密连接蛋白claudin-5切割、波形蛋白（vimentin）依赖的跨细胞转运（transcytosis）、群体感应（quorum sensing）调控的生物膜成熟，以及代谢重编程促进的中性粒细胞逃逸。研究人员将多组学（multiomics）特征与结构数据整合，以绘制保守靶点图谱，如IdeSui和荚膜多糖（capsular polysaccharide），这些靶点为下一代结合疫苗（conjugate vaccine）和纳米颗粒疫苗奠定了基础。研究人员评估了基于CRISPR的检测方法和超分辨率成像等诊断进展，以实现即时检测（point-of-care detection）的能力。研究人员还强调了可整合至微流控芯片的宿主转录组特征，能够在40分钟内实现猪链球菌与肺炎球菌脑膜炎的综合征鉴别，这是靶向治疗的关键窗口期。最后，研究人员提出了集农场生物安全、理性抗生素管理、益生菌和细菌素干预以及社区教育于一体的预防框架。总体而言，该综述提供了关于减轻猪链球菌传播和疾病的最新路线图，强调了宿主-病原体相互作用中的突出知识空白，并概述了将实验室发现转化为有效公共卫生对策所需的转化优先事项。
1. 引言
猪链球菌（S. suis）为革兰氏阳性菌，其致病性对全球养猪业造成重大经济损失，并对人类健康构成严重威胁。人类感染的绝对数量较小，但单例负担显著：越南数据显示每例平均直接费用约1635美元，泰国研究估算平均住院治疗费用接近4016美元/例，全国年均生产力损失约1130万美元。覆盖德国、荷兰和西班牙的随机农场水平模型预测，全球养猪业年均直接成本达12亿美元，尚未计入人类医疗支出和生产力损失。猪链球菌已被认定为人类职业性病原体，由于较高的人畜共患潜力，其对人类健康安全构成公共卫生关切，养猪从业者尤为高危。尽管脑膜炎感染率高达84.6%且死亡率高，是猪链球菌诱导人类疾病的主要表现，其他并发症还包括关节炎、腹膜炎、肺炎、败血症和心内膜炎。人类猪链球菌感染在亚洲报告最多，但亚洲以外的低识别率日益明显。多哥北部监测在2010–2014年间识别出15例实验室确诊脑膜炎病例，后续多哥和马达加斯加的报告证实了人畜共患谱系在非洲的流通。群体基因组学研究更可靠地支持几个主要临床相关谱系而非不变的五个分支：CC1/ST1菌株常见为血清型2或14，主导人畜共患病；ST7标记高毒力暴发相关菌株；ST16中心谱系主导多种血清型9收集株；ST25/ST28则定义北美不同的血清型2背景。对来自亚洲、欧洲和北美742株分离株的全面耐药组分析发现了一个21 kb的整合接合元件ICESsuHN105，其共定位optrA、ermB、tetM和lnuB，驱动跨类别耐药，并使大环内酯类和林可酰胺类药物的治疗失败风险模型推算超过40%。由于其特殊的胃肠道定植特性，即使健康猪也可在扁桃体、生殖器官、上呼吸道、鼻腔和胃肠道携带多种猪链球菌血清型。猪链球菌常定植于腭扁桃体，传播方式为经口或经鼻。因此，控制猪链球菌的人畜共患潜力对养猪生产和终端消费者均有益。本综述重点阐述猪链球菌突破宿主血脑屏障（BBB）的机制，包括黏附、紧密连接结构破坏、炎症后内皮细胞入侵、突破BBB侵入中枢神经系统（CNS）、逃避宿主免疫防御，最终导致脑膜炎的过程，并描述重要的感染防控策略。
2. 从黏附到入侵：猪链球菌致病机制与人畜共患传播动态洞察
为清晰起见，研究人员将黏附决定因子按感染阶段分组：早期黏膜定植、上皮 engagement、血管持续存在和神经血管相互作用。研究优先关注有组织或动物模型支持的决定因子，包括分选酶（sortase）依赖的表面蛋白、SssP1、factor H结合蛋白、烯醇化酶（enolase）和荚膜介导的免疫逃逸，将研究较少的候选因子视为临时性而非等同的驱动因素。多种猪链球菌毒力因子，包括黏附素、表面抗原1、溶菌素释放蛋白、荚膜多糖、透明质酸裂解酶、溶细胞素（suilysin）和胞外蛋白，已被证实参与人类和猪的临床表现，并促进猪链球菌对宿主细胞的黏附与入侵。菌毛样黏附素SssP1被证实可结合细胞外基质成分并增强猪气管上皮的定植。入侵前，猪链球菌可定植呼吸道，随后经呼吸道上皮或肠道上皮入侵。猪链球菌的黏附对成功建立宿主携带状态至关重要。血清型2和9包含多模式黏附蛋白，即抗原I和抗原II，通过唾液糖蛋白帮助猪链球菌聚集、黏附和定植于猪上呼吸道。这些抗原促进生物膜形成，从而保护猪链球菌抵御低胃酸pH。进入血液后，细菌开始通过黏附脑毛细血管内皮细胞并最终穿越BBB来穿透宿主脑组织。猪链球菌通过调控双组分调控系统（TCS）实现成功黏附，TCS由感受器激酶蛋白激活并诱导或抑制不同基因。此外，revSC21、revS和ciaRH编码孤立调控因子，敲除这些基因可降低对Hep-2细胞的黏附。SalK/SalR是另一TCS，rgg和covR是帮助增强猪链球菌毒力的基因。AI-2/LuxS是群体感应系统和自诱导物，调控猪链球菌的黏附、生物膜形成和毒力。某些细胞黏附分子及SELE、CD34、SELP、SELL、VCAM-1、ICAM-2和ICAM-1等基因促进猪链球菌黏附。猪链球菌分选酶A基因与宿主胞外蛋白相互作用，促进猪链球菌对I型胶原蛋白和细胞纤维连接蛋白的黏附。有荚膜的猪链球菌抵抗巨噬细胞和单核细胞摄取，表明其抗吞噬特性增强黏附。猪链球菌还具有蛋白酶抗性，通过识别三己糖神经节苷脂GbO3上的二糖序列Galα1-4Gal执行P-黏附过程。链球菌黏附蛋白增强猪链球菌对人类肠道上皮细胞的黏附，独立于荚膜多糖，显著促进人畜共患病。这些研究表明，猪链球菌通过结合并黏附宿主细胞和宿主蛋白启动致病过程，从而促进毒力。
3. 突破屏障：猪链球菌介导的紧密连接完整性破坏与BBB损伤
紧密连接在上皮细胞形成保护性屏障，分隔基底外侧膜和顶端膜，调节旁细胞通透性以支持跨上皮转运。为穿透组织，猪链球菌作用于这些上皮，调节多种关键物质的旁细胞通透性。猪链球菌诱导不同紧密连接蛋白（包括claudin-1、occludin和ZO-1）的大量重排，并触发基底外侧应力纤维形成。除claudins、occludin和ZO蛋白外，内皮细胞紧密连接还依赖连接黏附分子如JAM-A和JAM-C，它们调节旁细胞封闭和白细胞通过。猪链球菌特异性JAM失调的直接证据仍然有限，因此此处将JAM视为相关知识空白而非已确认机制。猪链球菌发挥致病性的关键机制是破坏claudin-5——这一维持BBB完整性的关键元件。STK基因敲除可减弱体外claudin-5切割并使小鼠模型脑细菌计数降低10倍，确认STK为可药物靶向的靶点。STK依赖性claudin-5损伤是屏障破坏的验证途径，但后续工作表明屏障结果具有情境依赖性而非均不可逆。人脉络膜丛类器官支持猪链球菌转位而无明显屏障崩溃，而地塞米松敏感性连接保护和EphA2相关自噬等宿主保护途径提示屏障恢复机制也值得讨论。结构引导的虚拟筛选已鉴定出苯并咪唑类似物BZI-45，其在0.7 μM浓度阻断STK自磷酸化并拯救斑马鱼胚胎免于致死性攻毒，确立了首个抗毒力治疗的小分子先导化合物。猪链球菌溶菌素释放蛋白破坏紧密连接处的claudins，促进该菌穿越大脑微血管内皮细胞。occludin样蛋白marvel-D3和tricellulin的末端为胞质，其跨膜螺旋与两个胞外环和一个胞内环相互连接，形成MARVEL结构域。猪链球菌入侵后，不溶性Triton-X组分转变为可溶性Triton-X组分，进一步诱导occludin蛋白的降解和去磷酸化。猪链球菌还产生破坏紧密连接完整性的蛋白酶。猪圆环病毒对紧密连接蛋白的破坏促进猪链球菌在呼吸道上皮的转位。体外模型显示猪链球菌可入侵紧密单层，由于细胞极性，侵袭特异性观察于脉络膜丛上皮细胞。claudin-5的降解依赖于STK基因的表达。当血清型2猪链球菌与人类肠道上皮细胞共孵育时，仅在2小时孵育后即可重排紧密连接并以旁细胞方式转位。猪链球菌诱导的紧密连接破坏涉及炎症细胞因子产生、细菌黏附和氧化应激，上述每个过程均通过多种途径牺牲屏障完整性。猪链球菌具有自溶素（autolysins），即糖苷酶、肽酶和酰胺酶，分别切割肽聚糖骨架和肽侧链，增强其致病性。上述文献表明，紧密连接蛋白对维持屏障完整性至关重要，但猪链球菌可重排其蛋白、破坏紧密连接并增加屏障通透性，促进其穿越屏障和感染扩散。
4. 猪链球菌诱导炎症反应，导致细菌播散
猪链球菌已被报告为重要的人畜共患病病原菌，可在人类和猪中诱导严重炎症反应。猪链球菌诱导的炎症是其危及生命的特征，因其促进微生物播散并导致宿主组织损伤和系统性疾病，特别是脑膜炎。猪链球菌诱导的炎症反应通过激活巨噬细胞和中性粒细胞触发。例如，IL-1显著调控宿主免疫反应，尤其依赖特定菌株，强烈参与炎症和微生物清除。IL-1信号激活导致TNF-α和IL-6等其他细胞因子分泌，从而加剧宿主炎症反应。猪链球菌通过细胞外信号调节激酶磷酸化激活MMP3基因并释放TNF-α诱导炎症。猪链球菌分泌的溶细胞素（suilysin）是一种胆固醇依赖性细胞溶素，已被报道可诱导NLRP3炎症小体激活。该孔道形成同时触发gasdermin-D切割和焦亡性细胞死亡，放大BBB渗漏和细菌播散。感染小胶质细胞的下游转录组学分析揭示了cGAS-STING激活驱动的干扰素-β和CXCL10激增，将DNA感知途径与神经细胞因子风暴联系起来。NLRP3炎症小体激活后，触发IL-18和IL-1β的过度风暴，进一步加剧炎症反应并导致链球菌毒性休克样综合征。该病症可导致不同器官衰竭和脓毒性休克等严重临床表现。溶细胞素的孔道形成能力可破坏细胞完整性并导致细胞裂解，从而释放损伤相关分子模式。荚膜多糖限制宿主免疫细胞的激活和招募，从而影响整个炎症反应。同样，猪链球菌释放的脂蛋白促进其入侵、黏附、感染和最终的炎症级联。脂蛋白也被纳入触发Toll样受体信号级联的病原体相关分子模式，导致过量促炎细胞因子释放。猪链球菌感染激活MAPK和NF-κB通路。值得警惕的是，猪链球菌诱导的神经炎症归因于VraSR，这一双组分信号转导系统参与紧密连接蛋白破坏和炎症播散，促进对宿主先天免疫防御的抗性。这些报告揭示，猪链球菌诱导的感染或炎症是多方面过程，涉及毒力因子、免疫信号级联和宿主免疫反应。
5. 炎症级联：致病机制与神经炎症的机制
BBB是保护CNS免受微生物产生毒素侵害的动态保护屏障。然而，在感染条件下BBB通透性显著受损，允许病原和有害微生物进入CNS。BBB破坏可导致严重神经后果，包括脑膜炎。猪链球菌对BBB的穿透由跨细胞转运、跨细胞途径、旁细胞途径和"特洛伊木马"机制调控。跨细胞转运是微生物或物质跨越内皮细胞屏障的胞吞作用，维持CNS稳态，允许信号分子和营养物质的选择性转运，并阻止有害微生物进入。在跨细胞转运中，内皮细胞通过受体介导的胞吞作用摄取猪链球菌，将其转运穿越细胞并释放入CNS。猪链球菌内化在黏附脑微血管内皮细胞后实现。猪链球菌产生的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶随后调控claudin-5，其破坏进一步促进猪链球菌跨脑内皮屏障的跨细胞转运。猪链球菌与波形蛋白（vimentin）相互作用并促进其进入BBB的跨细胞转运，促进细菌进入宿主CNS。在旁细胞通道中，猪链球菌通过其溶菌素释放蛋白降解紧密连接蛋白和细胞外基质，从而增加屏障通透性。某些病原体利用"特洛伊木马"机制逃避宿主免疫反应，通过搭乘宿主免疫细胞进入CNS。该途径在生物学上合理，但尚未在猪链球菌中实现直接的体内可视化。当前支持主要来自屏障共培养模型、血-脑脊液屏障研究和动物感染系统，而非直接人体体内成像。感染脑微血管内皮细胞的单细胞RNA测序显示该过程中LAMP2和caveolin 1的上调，提示向小窝蛋白介导的跨细胞转运转变。在此过程中，猪链球菌利用宿主免疫细胞穿透BBB。菌血症期间，猪链球菌结合宿主单核细胞并通过脂蛋白酸D-丙氨酰化经由这些细胞穿越BBB或血-脑脊液屏障。猪链球菌诱导的炎症增强黏附物质表达，加速携带病原菌的宿主免疫细胞跨迁移。在感染者CNS中发现猪链球菌，表明其穿越BBB并建立感染。巨噬细胞和中性粒细胞的显著增加在猪链球菌感染中发挥双重功能：加剧炎症、促进细菌穿越BBB运输并增加脑膜炎致病机制。
6. 免疫逃逸与生物膜韧性：宿主免疫调节和毒力策略
宿主-猪链球菌相互作用更为复杂，因该菌可逃逸宿主免疫检测机制并操纵细胞信号级联，促进其穿越BBB。猪链球菌形成的多糖荚膜被认为是逃逸宿主免疫系统的主要策略，作为物理屏障抑制免疫细胞介导的吞噬作用。IgM可杀伤猪链球菌，但荚膜保护该菌并抵抗抗体调理吞噬杀伤。感染早期，猪链球菌荚膜作为重要毒力因子使其在宿主血液中存活。在人类中，补体因子H调控补体激活，这对吞噬/调理作用很重要。猪链球菌产生factor H结合蛋白，通过与补体因子H结合抑制补体系统激活，有效逃避吞噬和调理，在脑膜炎中尤为如此。此外，M相关蛋白帮助猪链球菌抵抗吞噬，通过干扰调理作用使免疫反应复杂化。猪链球菌还利用生物膜形成逃避宿主免疫防御，使其能够在恶劣环境中存活。生物膜帮助猪链球菌在宿主中通过黏附、入侵和播散的复杂机制存活更长时间，从而形成多细胞群落。初始阶段，猪链球菌应用多糖和表面蛋白黏附于宿主非生物表面。黏附后其增殖并产生由胞外DNA、蛋白和多糖组成的胞外基质，提供必要结构完整性并保护猪链球菌免受环境胁迫（包括抗生素和免疫反应）。荚膜表达受损的血清型2猪链球菌突变株增加生物膜形成。感染期间碳水化合物代谢上调，为生物膜基质生产提供必要前体和能量，表明猪链球菌如何影响代谢途径。表没食子儿茶素没食子酸酯通过下调荚膜多糖蛋白和减少细菌黏附抑制生物膜形成。多个基因参与猪链球菌生物膜形成，调控基质成分和表面蛋白，如编码I型限制-修饰蛋白HsdS的基因与吞噬细胞内生存和生物膜形成相关，而与细胞分裂蛋白FtsA相关的基因对生物膜发展至关重要。生物膜为微生物细胞提供安全生态位，使其逃避免疫反应并抵抗抗生素。中性粒细胞胞外陷阱（NETs）的发展对 trapping 和杀伤病原菌至关重要，同时猪链球菌产生的生物膜抵抗中性粒细胞的 trapping、杀伤和吞噬，增强存活能力并导致感染慢性化。总体而言，猪链球菌利用免疫调节、表面蛋白表达、遗传多样性、荚膜形成和生物膜形成逃逸宿主免疫反应，促进其在人类和猪中的毒力和感染。
7. 感染预防的综合策略：生物安全、疫苗接种和抗菌管理
猪链球菌对人类和猪均构成严重健康风险。预防措施包括审慎的抗菌药物使用、适当的疫苗接种策略和生物安全措施。积极的生物安全程序对预防猪和人之间的猪链球菌传播必要。为此，可通过遵循标准卫生措施、限制进入畜牧场和应用适当管理措施来减少环境污染。为识别早期暴发风险，有必要对猪场不同猪链球菌菌株进行持续监测。必须减少屠宰场和动物养殖场的人猪密切接触以最小化人畜共患传播。疫苗接种是预防猪链球菌感染的另一主要组成部分。不同疫苗用于增强对不同血清型的免疫防御。多组分亚单位疫苗结合烯醇化酶、GAPDH和钠结合蛋白Sbp，为仔猪提供针对致死性异源攻毒的完全保护，正进入田间试验。互补免疫蛋白质组学筛选现已加入PdhA、Ldh和MalX；纳入这些抗原增强TH17极化并在小鼠鼻内模型中实现灭菌免疫，为六价通用疫苗铺平道路。猪链球菌免疫组分IdeS
ui是一种降解免疫球蛋白M的酶，有助于开发有效疫苗。审慎使用抗菌化合物对管理猪链球菌感染至关重要，尤其随着许多细菌对当前使用的抗生素产生耐药，使治疗复杂化。促进生物安全措施、负责任的抗生素使用和替代疗法的采用可降低风险。自2022年起，欧洲法规终止了预防性群体治疗并禁止药用氧化锌，加速了向精准微生物组和仅疫苗方法的转变。开发非毒力猪链球菌菌株产生的细菌素可能是有前景的替代疗法。例如，suicin 3908是分离自健康猪的猪链球菌产生的羊毛硫抗生素，对几乎所有致病性猪链球菌菌株表现出抗菌活性。猪场或肉类加工公司工人为猪链球菌感染高危人群。这些工人必须了解相关风险。应实施教育项目，指导这些工人掌握肉类处理程序、健康与安全措施、个人防护设备使用和猪链球菌感染症状。因此，通过实施综合策略（包括抗菌药物管理、疫苗接种、适当生物安全措施和提高公共卫生意识）可预防猪链球菌感染。遵循这些综合方法可显著降低人类和猪的感染风险。
7,1. 通过肠道菌群和肠-脑轴的预防和治疗前景
肠组与CNS之间的联系——肠-脑轴——是猪链球菌感染领域（尤其是近年）受到空前关注的方面。这通常被视为猪病原体，但近年已被认定为对人类重要的新兴人畜共患威胁，导致脑膜炎和脓毒症等严重疾病。这为理解肠道微组如何通bt肠-脑轴促进猪链球菌感染的预防和控制提供了有前景的治疗干预视角。肠道微组在调节免疫系统中起关键作用，这对Combat感染（包括猪链球菌）不可或缺。平衡的微生物组可增强宿主免疫反应，潜在降低感染严重程度。益生菌作为赋予健康益处的活微生物，已显示对肠道微组和免疫系统产生积极影响。工程化分泌细菌素suicin 3908的植物乳杆菌WCFS1菌株使断奶仔猪扁桃体猪链球菌携带量降低2个对数单位，展示了辅助肠-脑轴干预。宏基因组关联研究进一步将短链脂肪酸产生菌（如普拉梭菌和罗斯氏菌）的富集与更紧密的肠道和BBB联系起来，指出益生元纤维作为协同辅助。例如某些乳杆菌属成员可能增强抗炎细胞因子产生，减轻猪链球菌感染的特征性炎症。此外，肠道微生物组调节神经递质合成和多种其他可影响脑功能和行为的信号分子，从而影响宿主整体健康。这种相互作用表明，维持健康的肠道微生物组是通过调节免疫反应和减轻CNS炎症来避免感染的有效预防策略。肠-脑轴也参与致病机制。该菌必须穿越BBB以诱导脑膜炎，而这一机制可能受肠道微生物组状态影响。以微生物组失衡为特征的菌群失调可增加BBB通透性，从而促进猪链球菌等病原体进入CNS。因此，恢复适当肠道菌群的方法有望改善BBB完整性并降低CNS感染风险。某些营养因素如益生元在文献中已被报道可增强有益肠道菌群增殖，从而强化肠-脑轴，可能加强BBB对病原入侵的完整性。
8. 结论
猪链球菌是一种重要的人畜共患病病原体，兼具适应性、逃逸性和宿主防御穿透能力，对人类和动物健康均有严重后果。由于其通过黏附、蛋白酶解紧密连接破坏和免疫逃逸等机制突破BBB，猪链球菌已成为脑膜炎和系统性感染的主要原因。其通过NLRP3炎症小体激活、MAPK信号和NF-κB等多条通路诱导强烈炎症反应的能力，表明该病原体可能操纵宿主细胞机制以增加组织损伤并促进疾病进展。此外，猪链球菌形成生物膜和合成荚膜的能力表明其对宿主免疫反应的抵抗力和恶劣条件下的存活能力。应对猪链球菌感染威胁需要综合跨学科方法，考虑加强疫苗计划、抗菌治疗和生物安全措施。公众意识和关于人畜共患风险的教育对于降低人类感染率必要，尤其对高危职业人群。本综述描述了猪链球菌致病机制的分子基础，为开发靶向治疗方法和预防措施提供框架。克服猪链球菌带来的挑战需要共同努力，保护动物和公共卫生免受这一全球威胁。研究人员倡导整合的数字化监测生态系统，结合病原体基因组学、猪流动数据和环境信号，以缩短暴发检测时间为可测量目标，加速靶向农场和职业健康干预。未来工作应将多组学宿主-病原体相互作用图谱与人工智能引导的药物发现流程整合，为窄谱治疗优先确定保守的真菌样代谢瓶颈。
