综述：支链氨基酸可用性作为调控食源性病原菌毒力的代谢信号

《International Journal of Food Microbiology》：Branched-chain amino acid availability as a metabolic cue regulating virulence in foodborne bacterial pathogens

　　

摘要

食源性病原体的致病性——即摄入受污染食物后引发疾病的能力——取决于毒素产生、宿主定植和胃肠道应激存活。支链氨基酸（BCAAs），包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，作为关键代谢信号协调致病性调控。BCAA可用性的波动会重塑细胞内代谢状态和调控网络，从而影响病原体行为。本综述总结了当前关于食源性病原体如何感知、获取和利用BCAAs的知识，涵盖转运系统、生物合成途径以及调控BCAAs利用的RNA机制（T-box核糖开关和sRNAs），同时结合CodY依赖性信号通路。我们重点强调了这些过程如何共同调控毒素产生、应激适应和生物膜形成。通过整合BCAA介导的代谢信号研究进展，本综述阐明了代谢信号如何塑造致病性，并探讨了靶向BCAA代谢途径以控制食源性病原体的策略。

引言

在食源性病原体中，致病性是指细菌在摄入后引发疾病的能力，涉及多种协调作用的性状，包括毒素产生、宿主定植、黏附于肠上皮细胞以及在胃肠道应激条件下的存活（Ali and Alsayeqh, 2022; Garvey, 2023; Toit and Rip, 2024）。其中，毒素产生是致病性最直接的決定因素，而应激适应和生物膜相关表型则通过促进细菌存活、持续定植、定植能力以及对宿主防御的抗性间接增强致病性，从而放大产毒细菌的致病潜力（Almatroudi, 2025; Ghazaei, 2022; Yuan et al., 2025）。

细菌能够感知环境中广泛的物理和化学信号，包括碳水化合物、脂质、金属和氨基酸等营养物质，其中支链氨基酸（BCAAs）是关键的代谢信号（Chen et al., 2023; Tang et al., 2026）。BCAAs包括缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）和异亮氨酸（Ile），是一类具有分支疏水性侧链的必需氨基酸，对蛋白质结构和稳定性至关重要（Wu, 2009）。BCAAs限制会诱导高亲和力转运系统和生物合成途径的上调，反映了它们在代谢适应中的核心作用（B?ttcher et al., 2022）。

BCAAs在真核和原核系统中均作为关键的代谢和调控信号（Choi et al., 2024; Kaiser and Heinrichs, 2018; Ren et al., 2024）。在哺乳动物中，BCAAs参与多种生理过程，包括葡萄糖稳态、神经信号传导、免疫反应、肠道发育、线粒体生物发生和哺乳（Biswas et al., 2019; Bo and Fujii, 2024; Dimou et al., 2022）。在细菌中，BCAAs作为基本营养物质，支持蛋白质合成、信号转导以及对变化环境条件的代谢适应（Meireles et al., 2024; Moldovan et al., 2025; Yang et al., 2025）。过去数十年间，大量研究阐明了BCAAs的多方面生理作用以及细菌维持细胞内BCAAs稳态的机制（Kaiser and Heinrichs, 2018）。致病因子表达与宿主龛位中的营养组成密切相关（Kaiser and Heinrichs, 2018）。重要的是，在多种致病物种中，氨基酸限制适应与致病性调控密切相关。BCAAs的可用性不仅维持感染期间的细菌增殖，还能调控致病基因的表达，从而促进免疫逃逸和成功的宿主定植（Brenner et al., 2022; Moldovan et al., 2025）。

近期研究表明，包括生物膜形成、毒素产生、孢子形成、细菌增殖以及致病基因转录调控在内的关键生理过程对细胞内BCAAs浓度高度敏感（Dutta et al., 2022; Kaiser and Heinrichs, 2018; Li et al., 2026; Shen et al., 2023）。这重新引发了对BCAAs稳态决定因素的研究兴趣，包括内源生物合成、转运系统以及感知和响应BCAA水平的核心调控网络。本综述总结了BCAAs在细菌生理中的作用，描述了其生物合成和转运机制，讨论了控制BCAAs稳态的核心调控因子，并考察了BCAAs影响细菌致病性的分子机制。本综述系统阐明了BCAAs调控细菌致病性的分子机制，从而构建了一个将BCAA稳态与致病性联系起来的概念框架，并提供了代谢信号如何控制致病性的关键见解。

章节摘要

细菌病原体中的BCAAs代谢：生理基础

细胞内BCAA库是细菌病原体中一个核心的代谢和调控节点。细胞内BCAA水平的波动可以通过全局调控网络调节致病相关过程（Ren et al., 2024; Tang et al., 2026）。理解病原体如何在不同环境条件下，特别是在宿主感染期间，建立、维持和重塑其BCAA库，对于阐明致病适应的代谢基础至关重要。

感知BCAAs：连接代谢状态与致病性的调控因子

致病性细菌采用多种调控机制来维持BCAAs稳态。如图2所示，这些机制可分为细胞内BCAA水平的直接传感器（例如CodY、Lrp）、通过tRNA负载状态间接感知BCAAs限制的传感器（例如T-box核糖开关），以及介导或调节这些初级信号的下游调控因子（例如sRNAs）。本文总结了已在BCAAs代谢途径中明确其作用的调控因子。

从信号到输出：BCAA可用性如何调节致病性

食源性病原体的致病性是指摄入受污染食物后引发疾病的能力，这一过程依赖于毒素产生、宿主定植和胃肠道应激存活。作为蛋白质生物合成的基本底物，BCAAs参与细菌中广泛的代谢过程。例如，Leu和Val可被非核糖体肽合成系统（NRPS）捕获，形成毒素如蜡样芽孢杆菌素（一种致吐毒素）或抗生素如

靶向BCAAs代谢以进行食品安全控制

上述发现提出了BCAAs的生物利用度可能在食品系统中进行调控，从而影响加工和储存期间病原体的适应响应。例如，限制胞外BCAAs或抑制高亲和力BCAA转运系统在原理上可扰乱代谢信号，损害病原体适应宿主相关应激的能力。同样，破坏内源BCAAs生物合成可能损害代谢灵活性

结论

不断积累的证据表明，细胞内BCAA水平与病原体致病性之间存在强相关性，且对这一关系的机制理解日益深入（Kaiser and Heinrichs, 2018）。CodY是一种已充分表征的BCAA响应性全局调控因子，代表了低GC含量革兰氏阳性病原体中代谢信号与致病性控制之间的核心联系（Levdikov et al., 2017）。除CodY外，新兴研究发现了额外的代谢信号系统，例如

CRediT作者贡献声明

李甲旭（Jiaxun Li）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，调查，概念构思。秦轶元（Keyuan Qin）：撰写——初稿，调查，概念构思。李仰夫（Yangfu Li）：验证，调查。陈慕桐（Moutong Chen）：调查，形式分析。薛亮（Liang Xue）：调查，形式分析。吴青平（Qingping Wu）：撰写——审稿与编辑，资源获取。王娟（Juan Wang）：撰写——审稿与编辑，资源获取。丁昱（Yu Ding）：撰写——审稿与编辑，监督，资源获取，项目管理，

生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明

在修订过程中，作者仅使用ChatGPT优化语言表达和提高可读性，ChatGPT贡献的增强内容约占全文的10%。随后，作者对材料进行了仔细审阅和必要编辑，对出版内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

本研究得到以下资助：国家自然科学基金（32272424）、中央高校基本科研业务费（21623101）、广东省科技发展项目（2022GDASZH-2022010101）以及广东省重点实验室（2020B121201009）。

李甲旭|秦轶元|李仰夫|陈慕桐|薛亮|吴青平|王娟|丁昱

暨南大学生命科学技术学院食品科学与工程系，中国广州，510632