《Virulence》：Candida albicans reprograms Staphylococcus aureus glycolytic metabolism to drive enhanced virulence
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与单一微生物感染相比，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）与白色念珠菌（Candida albicans）之间的协同相互作用加剧了多种微生物感染的严重程度和死亡率。已知白色念珠菌的代谢可增强金黄色葡萄球菌的毒力，而金黄色葡萄球菌的代谢重
与单一微生物感染相比，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）与白色念珠菌（Candida albicans）之间的协同相互作用加剧了多种微生物感染的严重程度和死亡率。已知白色念珠菌的代谢可增强金黄色葡萄球菌的毒力，而金黄色葡萄球菌的代谢重编程在此跨物种协同中的作用仍不明确。在本研究中，研究人员证明白色念珠菌重塑金黄色葡萄球菌的糖酵解途径，从而在富含葡萄糖的环境中增强其毒力。白色念珠菌触发金黄色葡萄球菌的代谢重编程，其特征为乳酸减少以及上游糖酵解中间产物（包括3-磷酸甘油酸、2-磷酸-D-甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸）的积累。该代谢重编程表型依赖于糖酵解，2-脱氧-D-葡萄糖介导的毒力增强抑制证实了这一点。外源性乳酸的添加降低细胞外pH值，并减弱金黄色葡萄球菌-白色念珠菌共培养物的溶血活性。草氨酸盐抑制乳酸脱氢酶或氢氧化钠引起细胞外碱化，可显著增加金黄色葡萄球菌单一培养物的溶血作用。金黄色葡萄球菌-白色念珠菌共感染促进炎性细胞浸润，但不影响金黄色葡萄球菌的数量，表明增强的毒力由毒素水平升高而非细菌数量驱动。总之，这些发现表明白色念珠菌通过代谢重编程增强金黄色葡萄球菌的毒力。靶向乳酸代谢或糖酵解中间产物可能破坏这种协作性相互作用，为对抗这些多种微生物感染提供新的治疗策略。
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）与白色念珠菌（Candida albicans）是临床上常见的共定植病原体，二者形成的多种微生物群落可显著加剧感染严重程度并增加治疗难度。在牙周炎、囊性纤维化、烧伤创面及医疗器械相关感染中，二者的协同作用与发病率和死亡率的升高密切相关。既往研究表明，白色念珠菌的代谢活动可增强金黄色葡萄球菌的毒力，但金黄色葡萄球菌代谢重编程在这一跨物种协同中的具体作用机制尚不清楚。葡萄糖作为两者的关键碳源，在调控金黄色葡萄球菌毒素表达中发挥核心作用，而糖酵解途径与毒力因子的产生密切相关。此外，乳酸等酸性代谢产物的积累可抑制金黄色葡萄球菌毒力，而乳酸耗竭则增强其细胞毒性。然而，白色念珠菌是否通过操纵金黄色葡萄球菌的糖酵解代谢来增强其毒力，此前缺乏系统性阐明。该论文发表于《Virulence》，研究人员围绕这一科学问题开展了深入研究。
研究人员采用体外共培养模型、小鼠皮肤脓肿模型、能量代谢组学分析以及多种细胞功能实验，系统探究了白色念珠菌对金黄色葡萄球菌糖酵解代谢的影响及其在毒力增强中的作用。菌株来源方面，金黄色葡萄球菌USA300菌株由北京Abace Biotechnology提供，ATCC 25923菌株及白色念珠菌ATCC 90028菌株由长沙Tiandiren Biotechnology提供，临床金黄色葡萄球菌菌株LZSA01分离自一名糖尿病足溃疡患者，6株临床白色念珠菌（CA-W1至CA-W6）分别分离自不同患者的痰标本。健康供体外周血样本均获得书面知情同意。主要技术方法包括：定量溶血试验、中性粒细胞裂解试验、皮肤脓肿形成模型、菌落形成单位（CFU）计数、实时荧光定量逆转录PCR（RT-qPCR）、毒素中和试验、趋化试验、胞内杀菌试验、白细胞介素-6（IL-6）检测、流式细胞术凋亡分析、葡萄糖与乳酸定量、pH测定以及基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的能量代谢组学分析。
在结果部分，研究人员首先在体外水平证实了白色念珠菌对金黄色葡萄球菌毒力的增强作用。通过将金黄色葡萄球菌USA300、ATCC 25923及临床分离株LZSA01分别与白色念珠菌ATCC 90028或临床白色念珠菌分离株在含葡萄糖的TSBg培养基中共培养，发现共培养上清液对人红细胞的溶血活性显著高于金黄色葡萄球菌单培养，且中性粒细胞暴露于共培养上清液后乳酸脱氢酶（LDH）释放增加，表明共培养对红细胞和中性粒细胞的细胞毒性均增强。RT-qPCR结果显示，共培养条件下金黄色葡萄球菌的hla（编码α-毒素）、RNAIII、psmα和psmβ等毒力基因表达显著上调。CFU计数表明，共培养不影响金黄色葡萄球菌的生长量，但显著抑制白色念珠菌的增殖。
随后，研究人员利用小鼠皮肤脓肿模型评估了体内的毒力变化。与单感染相比，金黄色葡萄球菌-白色念珠菌共感染形成的脓肿面积显著增大，组织病理学分析显示更广泛的炎性细胞浸润和更严重的真皮组织结构破坏，但感染组织中的细菌和真菌载量无显著差异，表明毒力增强并非由微生物数量增加引起，而是与毒素水平升高有关。
在免疫调节方面，研究人员发现血清对金黄色葡萄球菌毒素诱导的中性粒细胞裂解具有保护作用。在无血清条件下，共培养上清液诱导中性粒细胞肿胀、膜破裂和死亡，LDH释放增加。共培养上清液对中性粒细胞的趋化活性显著高于单培养上清液，同时显著降低中性粒细胞的IL-6分泌，但不影响其杀菌能力。这些结果表明金黄色葡萄球菌-白色念珠菌共培养物对中性粒细胞具有双重免疫调节作用。
关于糖酵解在协同毒力中的必要性，研究人员将在无葡萄糖的TSB或LB培养基中培养的金黄色葡萄球菌与白色念珠菌共培养，发现溶血活性无显著差异，证实葡萄糖是白色念珠菌介导毒力增强的必需条件。在共培养体系中加入糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）后，溶血活性显著降低，进一步证明糖酵解途径参与该协同作用。
在乳酸代谢与细胞外pH的调控机制研究中，研究人员定量检测了共培养体系中的葡萄糖和乳酸水平。结果显示，共培养与单培养的葡萄糖消耗速率基本一致，但金黄色葡萄球菌单培养的乳酸积累显著高于共培养，且单培养的pH下降至5.3±0.2，而共培养维持在6.2±0.2。通过添加氢氧化钠将单培养的pH调节至与共培养一致后，溶血活性显著升高。这些结果表明白色念珠菌通过抑制乳酸积累来提高细胞外pH，从而增强金黄色葡萄球菌毒力。
最后，研究人员通过LC-MS/MS能量代谢组学分析了共培养条件下金黄色葡萄球菌胞内代谢物的变化。结果显示，共培养中金黄色葡萄球菌胞内的上游糖酵解中间产物3-磷酸甘油酸、2-磷酸-D-甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸水平升高，而乳酸及UDP-GlcNAc水平降低，同时丝氨酸、鸟氨酸、L-天冬酰胺、L-胱氨酸和谷氨酰胺等氨基酸及其衍生物浓度显著下降。向共培养体系中添加外源性乳酸以恢复酸性pH后，溶血活性降低，而使用草氨酸盐抑制乳酸脱氢酶则可降低乳酸产生、升高pH并增强溶血活性，进一步验证了乳酸在毒力调控中的核心作用。
讨论部分指出，白色念珠菌通过抑制乳酸积累和碱化微环境主动重塑金黄色葡萄球菌的代谢状态，为毒力因子表达创造有利条件。这一过程可能涉及糖异生途径的激活和氨基酸碳骨架的重新分配。乳酸不仅作为代谢终产物影响细胞外pH，还可能是金黄色葡萄球菌毒力的代谢检查点，通过pH依赖性方式调节毒力因子的表达。中性粒细胞功能研究中观察到的IL-6分泌减少可能反映了共感染特异的免疫调节机制，即真菌增强的金黄色葡萄球菌毒素表达反而抑制宿主炎症反应。
研究结论部分可概括为：总而言之，本研究阐明白色念珠菌通过代谢重编程将金黄色葡萄球菌转变为高毒力状态。通过抑制乳酸积累和碱化微环境，白色念珠菌增强金黄色葡萄球菌的细胞毒性，同时损害中性粒细胞的IL-6应答。这些发现将多种微生物的发病机制重新定义为一种代谢驱动现象。尽管该研究确立了细胞外碱化和乳酸积累在金黄色葡萄球菌-白色念珠菌协同中的核心作用，但未来研究仍需探讨白色念珠菌来源的特定代谢物是否直接增强金黄色葡萄球菌的糖酵解通量。这一机制性见解揭示了新的治疗靶点，提示破坏金黄色葡萄球菌与白色念珠菌之间的代谢串扰可能有助于减轻临床环境中日益增长的共感染威胁。
