《Microbiology Research》：Alterations in the Histamine Axis Are Associated with Increased BBB Permeability and Streptococcus suis Invasion
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猪链球菌（Streptococcus suis，S. suis）是一种人兽共患病原体，可引起脑膜炎等疾病。然而，其跨越血脑屏障（blood brain barrier，BBB）侵入中枢神经系统（central nervous system，CNS）的分子机制尚
猪链球菌（Streptococcus suis，S. suis）是一种人兽共患病原体，可引起脑膜炎等疾病。然而，其跨越血脑屏障（blood brain barrier，BBB）侵入中枢神经系统（central nervous system，CNS）的分子机制尚不完全清楚。本研究采用非靶向代谢组学考察猪链球菌2型HA9801株感染对人脑微血管内皮细胞（human brain microvascular endothelial cells，hBMECs）代谢谱的影响，并分析关键代谢物与BBB通透性的关联。结果显示，HA9801感染诱导hBMECs代谢谱改变，组氨酸代谢通路显著富集，多个组胺相关代谢物发生变化。组氨酸脱羧酶（histidine decarboxylase，HDC）与组胺N-甲基转移酶（histamine N-methyltransferase，HNMT）基因表达变化，与非靶向代谢组学检出的组胺相关代谢物改变一致。上述代谢改变伴随内源性组胺显著蓄积，同时紧密连接蛋白基因TJP1、OCLN与CLDN5表达下降，BBB通透性增加。组胺水平升高还与S. suis跨越BBB的侵袭和转运增强相关。研究人员认为，S. suis通过影响宿主组氨酸-组胺代谢轴，引起组胺水平升高、紧密连接蛋白基因表达降低及细菌侵袭转运增强，从而损害BBB完整性；该研究发现组胺相关信号可作为S. suis相关BBB功能障碍的潜在研究通路。
研究背景方面，猪链球菌（Streptococcus suis，S. suis）是全球分布的人兽共患病原体，给养猪业和公共卫生带来负担，其2型菌株可致人败血症、肺炎和脑膜炎。脑膜炎死亡率较高，核心环节是病原体从血流跨越血脑屏障（blood brain barrier，BBB）进入中枢神经系统（central nervous system，CNS）。BBB依赖脑微血管内皮细胞间紧密连接（tight junctions，TJs）与黏附连接维持屏障功能，关键蛋白包括ZO-1、occludin和claudins。已有研究揭示SsPepO、SssP1、Eno、MRP、VraSR-StK等毒力因子可破坏BBB，但S. suis如何重塑宿主内皮细胞代谢，以及这些代谢改变与细菌侵袭的关系仍不清楚。因此，研究人员开展本研究，以人脑微血管内皮细胞（human brain microvascular endothelial cells，hBMECs）为对象，探索感染相关代谢重编程及其对BBB通透性和S. suis侵袭的影响。
该研究发表于《Microbiology Research》。研究人员通过非靶向代谢组学、体外BBB模型、基因表达定量、功能学屏障与细菌学实验，得出以下结论：S. suis感染伴随hBMECs组氨酸代谢改变与组胺蓄积；组胺水平升高与紧密连接蛋白基因表达下降、BBB通透性增加、S. suis侵袭和内皮单层跨膜转运增强相关；H2受体拮抗剂cimetidine可部分缓解上述改变，但组胺信号并非唯一机制。该发现的重要意义在于，首次从组氨酸-组胺代谢轴角度提示宿主代谢重编程参与S. suis致BBB功能障碍，为后续靶点研究和体内验证提供方向。
主要关键技术方法概括如下：研究人员使用实验室保存的S. suis 2型HA9801株，以及商品化来源、由南京农业大学Hongjie Fan教授提供的原代hBMECs（传代3至5代）；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）非靶向代谢组学分析感染4小时后的细胞代谢谱；构建Transwell体外BBB模型并以4小时渗漏试验验证屏障完整性；通过qPCR检测HDC、HNMT及TJP1、OCLN、CLDN5等基因表达；采用CCK-8评估组胺与cimetidine细胞毒性；以Evans Blue透皮/透屏障试验评价通透性；通过time-kill、黏附、侵袭及跨室细菌转运实验分析细菌生长、附着、入侵和跨BBB转运。
3.1. S. suis Infection Was Associated with Altered Histidine Metabolism in hBMECs
研究人员以MOI为10感染hBMECs 4小时，非靶向代谢组学经PCA、差异代谢物和KEGG富集分析，发现感染组与对照组代谢谱明显分离，143个差异代谢物中组氨酸代谢通路最显著。组胺、吡哆醛-5′-磷酸（pyridoxal-5′-phosphate，PLP）、1-甲基组胺、N-乙酰组氨酸相对水平升高，S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）、L-carnosine和谷氨酸降低。qPCR显示HDC与HNMT mRNA上调，与组胺及其甲基化产物蓄积相一致，说明感染与hBMECs组氨酸/组胺代谢轮廓改变相关。
3.2. Histamine Was Associated with Increased Permeability of the In Vitro BBB
CCK-8先确认组胺与cimetidine在测试浓度无细胞毒性，4小时渗漏试验确认体外BBB模型合格。Evans Blue试验显示，HA感染增加屏障通透性，组胺共处理使通透性进一步升高，cimetidine部分减弱HA诱导的通透性增加。qPCR显示HA下调TJP1、OCLN、CLDN5，组胺共处理进一步下调这些紧密连接相关基因，说明组胺共暴露与紧密连接基因表达降低及BBB通透性增加相关，但组胺单独不能完全解释上述变化。
3.3. Histamine Was Associated with Increased Invasion and Translocation of S. suis Across the BBB
time-kill试验表明组胺与cimetidine不影响HA生长存活；黏附试验显示各组附着无显著差异；侵袭试验显示感染4小时时组胺共处理伴随HA入侵显著增加，cimetidine部分减弱该效应；Transwell跨室转运试验显示组胺处理伴随HA跨体外BBB模型转运增多，cimetidine共处理较组胺共暴露减少转运。结果表明，感染期间组胺处理与S. suis入侵内皮及跨BBB转运增加相关，但组胺本身不足以完全解释入侵和跨膜转运。
讨论部分总结：研究人员指出，非靶向代谢组学揭示S. suis感染引起hBMECs组氨酸/组胺代谢改变，局部内皮细胞组胺及相关代谢物升高可能与屏障稳态紊乱有关。cimetidine部分缓解提示H2受体信号可能参与，但已知H1受体介导的磷脂酶C（phospholipase C，PLC）-肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）途径也可影响TJ蛋白空间分布，因此H1与H2是否协同仍需研究。SAM下降与1-甲基组胺升高提示甲基化相关代谢改变，但缺乏流量证据。研究人员强调，组胺蓄积与BBB破坏并非已证实的直接因果；单内皮细胞模型、未用阳性破障对照、未连续监测跨内皮电阻（transendothelial electrical resistance，TEER）、仅qPCR评价TJ基因、4小时单时间点、HDC/HNMT仅测mRNA、无稳定同位素示踪、仅用cimetidine阻断单受体等，均构成研究局限。该体外发现不能证明cimetidine已是确定疗法，仅提示组胺信号可作为感染相关内皮屏障功能障碍的潜在靶点，需多维体外系统与小鼠脑膜炎模型进一步验证。
研究结论部分翻译：S. suis感染hBMECs与组氨酸代谢谱改变相关，并伴随细胞内组胺水平升高。较高组胺水平与BBB通透性增加、紧密连接相关基因表达降低，以及细菌入侵和跨BBB转运增加相关。重要的是，单独的组胺信号不足以完全解释所观察到的BBB改变和细菌入侵。
