耳念珠菌利用营养感知调节毒力与宿主免疫反应

《Nature Microbiology》：Candida auris uses nutrient sensing to modulate virulence and host immune responses

　　

摘要：耳念珠菌（Candida auris）作为病原体的出现需要宿主适应和逃避哺乳动物免疫，但其机制尚不清楚。研究人员发现，C. auris利用营养感知来调节其毒力特征，并在变化的环境中调节免疫激活。在葡萄糖丰富（与血液相关）的条件下，C. auris抑制其毒力特征并逃避免疫检测。相反，皮肤中普遍存在的非发酵碳源激活粘附和丝状化，从而触发巨噬细胞反应。非发酵碳源对粘附的激活在多种C. auris菌株中重现，而丝状化则具有异质性。对多个临床菌株的深入表型分析揭示，C. auris通过滴定关键转录调控因子的表达（依赖于营养输入和遗传背景）产生表型异质性，从而调节其毒力潜力并控制比例免疫反应。因此，代谢灵活性使C. auris能够优化一个关键权衡：在表达毒力特征的同时最小化免疫识别，以定植宿主组织。

**论文解读：《Nature Microbiology》发表：耳念珠菌利用营养感知调节毒力与宿主免疫反应**

### 研究背景与问题
耳念珠菌（Candida auris）是一种近年来从环境迁移至人类聚居地的酵母，2009年首次被确认为人类病原体，分为6个遗传分支。世界卫生组织因其耐药性、环境持久性及在医疗机构内引起高致死率感染和暴发的能力，将其列为“关键”优先真菌病原体。C. auris的环境生态位尚未明确，但已从沿海环境、昆虫宿主、水果及人类宠物中分离，这些环境与哺乳动物组织在营养、温度、pH和氧气水平等方面存在差异。人类拥有强大的免疫系统来阻止微生物定植，然而C. auris成功定植和感染人类，在皮肤、血液、内脏器官和巨噬细胞吞噬体等不同环境中生长。其部分生物学特性，如应激抵抗和高温生长，被认为对定植和感染人类至关重要。C. auris还拥有介导附着于皮肤和形成保护性生物膜的粘附素库，并通过调节IL-1、IL-17和IFNγ调控的免疫来定植皮肤和毛囊。与相关病原体白色念珠菌相比，C. auris更能抵抗人中性粒细胞的杀伤，并在感染部位引发较低的中性粒细胞水平，且能在通常限制微生物生长的巨噬细胞吞噬体内复制至高负荷。在达到高负荷后，C. auris通过消耗葡萄糖从巨噬细胞中逃逸并杀死细胞。尽管巨噬细胞死亡应促炎，但C. auris抑制NLRP3炎症小体，导致抗真菌细胞因子IL-1β低分泌，提示其具有精细调控生长、附着和侵袭宿主组织的同时适应环境并抑制识别真菌毒力特征的抗菌程序的策略。

目前，C. auris的环境适应如何与免疫反应相联系尚不清楚。C. auris定植的环境以营养可利用性为特征，例如，血液中葡萄糖丰富，而皮肤和巨噬细胞吞噬体中非发酵碳源（如羧酸、氨基酸和脂质）占主导。由于营养可影响病原体和宿主的代谢与生理，本研究旨在理解变化的营养条件如何决定C. auris的适应和免疫反应。

### 研究内容与结论
研究人员通过体外和体内实验，系统探究了碳源对C. auris形态、粘附、毒力及宿主免疫反应的调控机制。主要发现：C. auris感知环境中的碳源可利用性，并调整两个毒力特征——粘附和丝状化形态发生的水平。在葡萄糖丰富（如血液）条件下，该程序关闭，毒力特征低表达，抑制NLRP3炎症小体激活和巨噬细胞细胞因子反应；在非发酵碳源（如皮肤）条件下，该程序开启，粘附素表达增加，丝状化形态发生增强，激活NLRP3炎症小体和细胞因子分泌。通过转录组分析，确定了Ume6和Irf1为碳源响应程序的核心调控因子，它们控制粘附和形态发生的共调节。不同菌株和形态型中关键基因表达水平的差异解释了表型异质性。体内皮肤感染模型显示，缺乏Ume6的突变体（Δume6）诱导更低的免疫应答，但真菌负荷更高，表明表型异质性允许C. auris在定植宿主组织时校准免疫反应，优化毒力表达与免疫识别之间的权衡。

### 主要关键技术与方法
1. **体外巨噬细胞感染模型**：使用小鼠骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）和人单核细胞来源巨噬细胞，检测不同碳源培养的C. auris诱导的细胞因子分泌（如IL-1β、TNF）及炎症小体活化（Western blot检测caspase-1、IL-1β、Gasdermin D切割）。
2. **转录组测序（RNA-seq）**：对多个C. auris菌株（Clade I-IV）和遗传突变体在葡萄糖、乳酸或酪蛋白氨基酸培养基上培养后进行RNA-seq，分析差异表达基因，鉴定碳源响应及形态发生调控网络。
3. **基因敲除与表型分析**：利用同源重组构建UME6、IRF1、BRG1、HGC1、SCF1等基因的缺失突变体，检测其在不同碳源下的菌落形态、细胞形态、粘附能力及诱导巨噬细胞免疫应答的能力。
4. **小鼠皮肤感染模型**：通过皮内注射C. auris，在感染后第1天和第7天分析真菌负荷、免疫细胞浸润（流式细胞术）及IL-1β水平（ELISA），比较野生型与Δume6突变体的差异。
5. **蛋白质酶K处理实验**：去除C. auris细胞壁蛋白后感染巨噬细胞，评估细胞壁蛋白对免疫激活的贡献。

### 研究结果
#### 1. 碳源可用性调节C. auris细胞形态和巨噬细胞响应
在葡萄糖上生长的C. auris呈酵母形态，诱导低水平IL-1β；在乳酸等非发酵碳源上，菌落出现皱褶，细胞伸长呈丝状，诱导高水平IL-1β。该反应依赖于NLRP3炎症小体、Syk激酶和吞噬作用。人巨噬细胞中也观察到类似现象。

#### 2. 乳酸上调形态发生和粘附的转录程序
RNA-seq显示，乳酸培养上调了形态发生相关转录因子（UME6、IRF1、HGC1）和粘附素基因（SCF1等）的表达。皱褶形态型中这些基因表达更高，且粘附能力增强。

#### 3. 不同C. auris菌株的碳源响应
测试多个Clade I-IV菌株，发现非发酵碳源普遍激活粘附，但丝状化程度差异很大。基因表达水平与表型程度相关，例如皱褶形态型中UME6、HGC1、SCF1表达最高，B8441菌株最低。

#### 4. 转录因子Ume6、Irf1和Brg1控制碳源响应
Δume6突变体完全丧失丝状化和粘附，Δirf1部分丧失，Δbrg1则增强丝状化。转录组分析表明，Ume6和Irf1互相激活，共同调控下游基因，Brg1可能起抑制作用。Ume6是主要调控因子。

#### 5. 细胞形态和细胞壁蛋白组调节免疫调节
通过构建Δhgc1（丧失丝状化但保留粘附）和Δscf1（丧失粘附但保留丝状化）突变体，发现丝状化形态是激活巨噬细胞反应的主要因素，而细胞壁蛋白（如Scf1）也有部分贡献。热杀死、PFA固定及蛋白酶K处理均降低IL-1β分泌，证实细胞壁蛋白的重要性。

#### 6. 免疫反应校准促进宿主组织定植
利用等基因突变体（野生型、Δbrg1、Δirf1、Δume6）在非发酵碳源中显示梯度降低的粘附和丝状化，对应梯度降低的IL-1β和TNF分泌。体内皮肤感染模型中，Δume6突变体诱导更低的免疫应答（中性粒细胞、炎症单核细胞、巨噬细胞浸润减少，IL-1β降低），但真菌负荷显著高于野生型，尤其是在第7天。这表明表型异质性允许C. auris通过调节毒力表达来校准免疫反应，从而在宿主组织中持续定植。

### 总结讨论
本研究阐明C. auris通过感知碳源，利用Ume6/Irf1转录网络调控粘附和丝状化，从而调节毒力与免疫识别之间的平衡。在血液中葡萄糖丰富时，毒力特征被抑制，逃避免疫；在皮肤中非发酵碳源占主导时，毒力特征激活，但引发免疫反应。表型异质性（不同菌株和同一菌株内不同形态型）允许C. auris根据环境校准免疫激活程度，优化定植。研究还发现，Ume6是碳源依赖性粘附和形态发生的核心调控因子，其表达水平决定表型异质性。结论部分指出：在葡萄糖丰富条件下（如血流），该程序关闭，转录因子低表达，导致粘附素和形态发生因子低表达，粘附和丝状化低，NLRP3炎症小体激活受抑制，巨噬细胞细胞因子反应低。在非发酵碳源下（如皮肤），该程序开启，转录因子高表达，增加粘附素表达、底物附着和丝状化形态发生。丝状化形态发生和细胞壁蛋白变化激活小鼠和人原代巨噬细胞的NLRP3炎症小体和细胞因子分泌。此外，Δume6突变体（无丝状化且粘附低）在小鼠皮肤感染中诱导较低免疫反应。这些发现解释了C. auris如何在葡萄糖优化生长时通过降低毒力特征来抑制NLRP3炎症小体，并揭示了营养感知在C. auris粘附中的作用，以及非发酵碳源对粘附素的转录激活可能促进皮肤定植和医疗设备附着。最终，异质性粘附和丝状化可能帮助C. auris在宿主环境中定植，同时最小化免疫识别。