Nature | 共生酵母促进鼠伤寒沙门氏菌的毒力

摘要：肠道微生物组对人类健康具有重要作用，能为病原体提供定植抗性，训练免疫系统，辅助消化，并通过微生物产物调节远端器官功能。沙门氏菌是研究最深入的肠道病原体之一，全球每年约有一亿人感染，在健康人群中，鼠伤寒沙门氏菌会引起胃肠道局部感染，导致炎症性腹泻。沙门氏菌需与常

撰文|一只鱼

肠道微生物组对人类健康具有重要作用，能为病原体提供定植抗性，训练免疫系统，辅助消化，并通过微生物产物调节远端器官功能。沙门氏菌是研究最深入的肠道病原体之一，全球每年约有一亿人感染，在健康人群中，鼠伤寒沙门氏菌会引起胃肠道局部感染，导致炎症性腹泻。沙门氏菌需与常驻微生物竞争才能实现肠道定植，现有研究主要聚焦肠道细菌，而共生真菌在肠道感染中的作用并不清楚。

近日，来自美国斯坦福大学的Judith Behnsen研究团队在Nature上发表题为Commensal yeast promotes Salmonella Typhimurium virulence的文章，发现人类肠道常见共生真菌白色念珠菌的定植会加剧肠道病原体鼠伤寒沙门氏菌的感染。小鼠肠道中存在白色念珠菌时，沙门氏菌在盲肠的定植和全身性扩散显著增强。沙门氏菌通过1型菌毛结合白色念珠菌，并利用3型分泌系统输送效应蛋白。其中特异性效应蛋白SopB可操纵白色念珠菌代谢，触发精氨酸释放至细胞外环境，诱导沙门氏菌3型分泌系统表达，增强其对上皮细胞的侵袭能力。白色念珠菌产生的精氨酸还能抑制沙门氏菌感染期间的炎症反应，补充精氨酸既促进沙门氏菌全身扩散，又降低炎症反应。

炎症性肠病等炎症性疾病常与真菌微生物组的丰度或组成变化相关，研究人员首先检测了沙门氏菌感染是否会导致真菌组改变发现酵母目丰度显著上升，尤其是念珠菌属，且念珠菌相对丰度增加的小鼠脾脏和肝脏中沙门氏菌的扩散程度显著更高。测序鉴定显示该菌种为白色念珠菌，是一种人类常见共生菌而非小鼠已知共生菌。白色念珠菌的存在可能是环境污染物在抗生素作用下大量繁殖所致。接下来他们进一步分析了这种跨界相互作用，首先通过无念珠菌小鼠模型验证初始观察：一组单独接种沙门氏菌，另一组联合接种沙门氏菌与白色念珠菌，发现共感染组小鼠体重多减少50%，盲肠沙门氏菌定植量更高，脾脏和肝脏菌载量显著增加。成像显示白色念珠菌主要以酵母形态存在于肠道，并证实沙门氏菌与白色念珠菌在盲肠腔和结肠上皮细胞附近互作。

白色念珠菌可能通过直接接触、分泌分子或改变宿主对沙门氏菌感染的免疫反应来调控其毒力。他们首先通过体外实验测试白色念珠菌是否调节肠道上皮细胞侵袭，发现白色念珠菌的存在使细胞内沙门氏菌回收率提升至180%，但热灭活白色念珠菌或纯化细胞壁成分并不能增强沙门氏菌侵袭。体外实验中，沙门氏菌通过更高沉降率定量证实可结合活菌及热灭活白色念珠菌，荧光成像进一步验证其与酵母态和菌丝态的结合。通过沙门氏菌突变体库筛选发现，1型菌毛缺陷突变体Δfim失去白色念珠菌聚集能力。1型菌毛可结合上皮细胞糖组中的甘露糖残基或酵母细胞壁甘露聚糖，他们发现添加过量甘露糖确实抑制了二者结合，且在甘露糖存在或使用Δfim突变体时，白色念珠菌不能增强沙门氏菌侵袭，表明白色念珠菌结合是沙门氏菌增强上皮细胞侵袭的必要条件。转录组分析发现白色念珠菌共培养上调了沙门氏菌致病岛1（SPI-1）调控因子HilA、3型分泌系统（T3SS）结构蛋白及效应蛋白表达，精氨酸摄取与代谢相关基因也显著上调。代谢组学分析发现体外共培养时精氨酸浓度升至对照的2-4倍，添加L-精氨酸剂量可以增强沙门氏菌上皮细胞侵袭。体内实验发现白色念珠菌存在时沙门氏菌arcA、argF和STM4351在盲肠中的表达提升十倍，证实体内白色念珠菌存在下沙门氏菌代谢精氨酸，精氨酸增强了沙门氏菌的毒性。由于沙门氏菌在单独培养时分解精氨酸，白色念珠菌成为唯一可能的精氨酸生产者，体外实验中沙门氏菌的存在显著上调了白色念珠菌ARG1和ARG4基因表达，而精氨酸合成酶基因缺失株（arg4Δ/Δ）不能促进沙门氏菌肠道定植和播散。

接下来他们检验了沙门氏菌侵袭上皮细胞所需的T3SS-1是否也是诱导白色念珠菌精氨酸合成基因表达所必需的。将T3SS-1组装缺陷的沙门氏菌ΔinvA株与白色念珠菌共培养后，白色念珠菌组精氨酸水平不会升高，表明沙门氏菌T3SS-1是增强白色念珠菌精氨酸生物合成所必需的。T3SS-1可分泌多种效应蛋白，单缺失sopB效应蛋白即可消除对白色念珠菌精氨酸合成的诱导。

除白色念珠菌与沙门氏菌的直接微生物相互作用外，他们还发现白色念珠菌可调节宿主对沙门氏菌感染的免疫应答。在胃肠炎小鼠模型中，白色念珠菌与沙门氏菌共感染会削弱炎症反应，并且补充L-精氨酸可以降低炎症反应。因此，白色念珠菌产生的精氨酸具有双重效应：增强沙门氏菌毒力基因表达和抑制宿主对感染的炎症应答。

总的来说，这项研究揭示了白色念珠菌定植是播散性沙门氏菌感染的易感因素，而精氨酸是这种真菌-细菌-宿主跨界相互作用的核心代谢物。

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