胞内劳森氏菌与细胞培养线粒体相互作用的研究

《Veterinary Microbiology》：Study of Lawsonia intracellularis interactions with cell culture mitochondria

　　

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  胞内劳森氏菌感染会使细胞线粒体延长。
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  线粒体延长有助于胞内劳森氏菌在细胞内的增殖。
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  Omp2通过抑制ERK1/2的磷酸化来诱导线粒体延长。
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  Omp2的OmpA结构域能与巨噬细胞迁移抑制因子相互作用。

引言

胞内劳森氏菌是一种专性胞内革兰氏阴性细菌，会导致猪、马及其他动物出现增生性肠病（Gebhart等人，1993；Kroll等人，2007；Pusterla和Gebhart，2013）。该菌分布广泛，会严重影响猪的生长速度和饲料转化效率，给养猪业带来巨大经济损失（Szabó等人，2023）。健康的猪会因接触受污染的粪便而感染胞内劳森氏菌。这种病原体会感染肠道隐窝中的未成熟肠细胞，抑制其分化同时促进其增殖，最终导致肠道黏膜增厚和吸收功能受损（Jacobson等人，2010）。增生性出血性肠病是增生性肠病的急性形式，其特征为严重的肠道出血和突然死亡（Jacobson等人，2010；Love等人，1977）。

能够在宿主细胞内存活并增殖的能力对于胞内病原体的致病性至关重要。许多胞内病原体演化出了多种策略来维持其在细胞内的生存。例如，牛分枝杆菌会诱导自噬以增强自身存活能力，而沙门氏菌则通过抑制iNOS的生成来维持生存（Song等人，2022；Zhao等人，2017）。猪感染胞内劳森氏菌后，其外膜蛋白Omp2的转录水平会显著升高（Vannucci等人，2013）。Omp2的OmpA结构域在多种革兰氏阴性细菌中普遍存在，有研究指出其他革兰氏阴性细菌的OmpA结构域也有助于其在细胞内的增殖（Confer和Ayalew，2013；Roy Chowdhury等人，2025）。这表明Omp2蛋白在胞内劳森氏菌的感染和致病过程中起着重要作用。与胞外或兼性胞内细菌不同，胞内劳森氏菌的整个生命周期都在宿主细胞内完成。因此，研究胞内劳森氏菌在细胞内的增殖机制以及Omp2对这一过程的影响，对于理解其致病机制具有十分重要的意义。

胞内劳森氏菌会定位于宿主细胞内的线粒体附近，其ATP/ADP转运蛋白能够帮助该菌利用宿主细胞的能量（McOrist等人，1993；Schmitz-Esser等人，2008）。线粒体是细胞代谢和能量产生的关键器官，能够调控多种细胞过程。线粒体功能与线粒体的分裂和融合密切相关。线粒体形态从细长形变为短棒形会影响到细胞凋亡和活性氧的产生等多种细胞过程（Youle和van der Bliek，2012）。这一复杂过程中涉及多种蛋白质，包括动力蛋白相关蛋白1（Drp1）、蛋白分裂蛋白1（Fis1）和视神经萎缩蛋白1（Opa1）等（Chen等人，2023）。Drp1是参与线粒体分裂的关键蛋白（Kraus等人，2021）。它从细胞质迁移到线粒体表面后会引发线粒体大量碎片化，从而导致膜电位差下降、活性氧生成增加、细胞色素c释放，最终引发细胞凋亡（Ansari等人，2022；Li等人，2022）。

鉴于线粒体具有如此重要的功能，一些胞内病原体演化出了调控线粒体分裂和融合的机制，以此来促进自身的增殖和致病性。例如，肺炎军团菌会分泌T4SS效应蛋白MitF，这是一种Ran GTP酶激活剂，它能将Drp1招募到线粒体中，促进线粒体分裂，同时让巨噬细胞呈现类似瓦博格效应的状态，从而增加细菌的增殖速度（Escoll等人，2017）。线粒体分裂和融合与病原体在细胞内的增殖密切相关。然而，胞内劳森氏菌是如何与线粒体相互作用的，又如何调控线粒体的分裂和融合，目前仍不清楚。在本研究中，我们探讨了胞内劳森氏菌与线粒体形态之间的关系，为揭示其细胞内增殖的机制提供了新的见解。

章节要点

细胞

McCoy细胞（ATCC，美国）和HEK293T细胞（ATCC，美国）在含有7%胎牛血清的DMEM培养基（Gibco，美国）中培养，培养温度为37°C，培养环境为5%二氧化碳浓度。实验期间，McCoy细胞在含有8%氧气、8.8%二氧化碳和83.2%氮气的三气体培养箱中于37°C下培养。

细菌培养

细菌培养按照已有方法进行（Xiao等人，2022）。接种前一天，将McCoy细胞以30%的密度接种到含有1%L-谷氨酰胺、7%胎牛血清以及0.5%

胞内劳森氏菌通过诱导线粒体延长来促进自身细胞内增殖

线粒体形态的改变会影响胞内细菌的增殖（Escoll等人，2017；Liu等人，2024）。为探究线粒体形态与胞内劳森氏菌细胞内增殖之间的关系，我们首先检测了被该菌感染的细胞中的线粒体长度。在分别在三气体培养箱中培养1天和7天的McCoy细胞中，有58.99%和52.86%的线粒体长度短于正常长度

讨论

作为一种专性胞内细菌，胞内劳森氏菌能够在宿主细胞内增殖的能力是其致病的关键。不过，该菌在细胞内增殖的具体机制目前尚不明确。我们的研究发现，胞内劳森氏菌可以通过外膜蛋白Omp2诱导线粒体延长，从而促进自身的细胞内增殖。Omp2会抑制ERK1/2的磷酸化，进而降低Drp1蛋白的水平，最终影响线粒体功能

未引用参考文献

（Ali等人，2021）

CRediT作者贡献说明

范周玉荣：可视化、验证、软件使用、研究实施、数据整理。周鸿：方法设计、研究实施。魏东：初稿撰写、方法设计、研究实施、正式分析、数据整理。林慧星：审稿与编辑、资金获取。范洪杰：审稿与编辑、项目监督、项目管理、资金获取、概念构思。袁静志：研究实施。邢月：研究实施。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFD1800900）、江苏省农业科技创新基金（CX(23)1029）、大学生创新创业训练计划项目（S202510307235）以及江苏省高校重点学科建设工程的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

Dong Wei|Zhouyurong Fan|Hong Zhou|Jingzhi Yuan|Yue Xing|Huixing Lin|Hongjie Fan