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本研究揭示了金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）通过内源性一氧化氮（NO）激活宿主细胞自噬以促进其在宿主细胞内生存的机制，为开发新型抗菌策略提供了重要依据。
研究背景
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是全球范围内导致细菌性感染死亡的主要原因之一。其致病性不仅依赖于分泌的多种毒力因子，还与其在宿主细胞内的生存能力密切相关。内源性一氧化氮（NO）是一种小分子信号分子，在细菌生理和宿主免疫反应中发挥重要作用。然而，关于金黄色葡萄球菌内源性NO在宿主细胞内生存中的作用尚不清楚。
研究方法
研究人员利用转录组测序（RNA-seq）技术分析了钼蝶呤生物合成蛋白A（MoeA）缺失突变株的基因表达变化，发现其对硝酸盐代谢相关基因的转录有显著影响。通过构建MoeA缺失突变株和互补株，研究了其在硝酸盐利用、生长特性、NO产生以及在宿主细胞内的生存能力。同时，利用小鼠感染模型进一步验证了MoeA在金黄色葡萄球菌致病性中的作用。
MoeA对硝酸盐代谢的影响
研究发现，MoeA缺失突变株在硝酸盐利用方面表现出显著缺陷，其硝酸还原酶（NR）活性和内源性NO产生均显著降低。在以硝酸盐为唯一氮源的厌氧条件下，MoeA缺失突变株的生长受到抑制，而互补株能够恢复正常的生长和NO产生能力。这表明MoeA在金黄色葡萄球菌的硝酸盐代谢中发挥关键作用。
MoeA促进细菌在巨噬细胞内的生存
实验结果显示，与野生型菌株相比，MoeA缺失突变株在巨噬细胞内的生存能力显著下降。进一步研究发现，这种生存能力的差异并非由于宿主细胞产生的NO或炎症因子的差异，而是与细菌内源性NO的产生密切相关。MoeA缺失突变株在巨噬细胞内的NO产生减少，导致其无法有效激活宿主细胞的自噬过程，从而影响了其在宿主细胞内的生存。
自噬在细菌生存中的作用
研究人员观察到，金黄色葡萄球菌感染能够诱导宿主细胞发生自噬，且MoeA的存在对于自噬的激活至关重要。通过使用自噬抑制剂3-MA和VPS34抑制剂，发现抑制自噬可以显著降低野生型菌株在巨噬细胞内的生存能力，而对MoeA缺失突变株的影响较小。这表明自噬在金黄色葡萄球菌的生存中发挥了重要作用。
NO通过S-亚硝基化修饰调节自噬
研究进一步揭示了NO通过S-亚硝基化修饰宿主细胞的硫氧还蛋白（Trx），进而激活c-Jun N末端激酶（JNK）-Bcl-2信号通路，促进Beclin1的释放，从而启动自噬过程。实验中，使用NO供体（SNP）可以恢复MoeA缺失突变株在巨噬细胞内的NO产生和自噬激活能力，而使用NO清除剂（carboxy-PTIO）则抑制了野生型菌株的自噬激活和生存能力。此外，使用Trx抑制剂（PX-12）也显著降低了野生型菌株在巨噬细胞内的生存能力，进一步证实了NO通过Trx调节自噬的机制。
MoeA在体内感染中的作用
研究人员利用野生型和自噬缺陷型（lc3a?/?）小鼠模型，验证了MoeA在体内感染中的作用。结果显示，野生型小鼠感染野生型菌株后，生存率显著下降，而自噬缺陷型小鼠的生存率则不受影响。此外，在肺部感染和皮肤脓肿模型中，野生型菌株在野生型小鼠中的细菌负荷和病理损伤均显著高于自噬缺陷型小鼠。这些结果表明，自噬在金黄色葡萄球菌体内感染中发挥了重要作用。
克隆转移与自噬的关系
研究还发现，不同克隆型（如ST5和ST239）的金黄色葡萄球菌在硝酸盐代谢、NO产生和自噬激活能力上存在差异。ST5克隆型表现出更强的硝酸盐利用能力和自噬激活能力，这可能与其在医院环境中稳定流行有关。通过比较不同克隆型在体内外感染中的表现，研究人员推测自噬的激活在金黄色葡萄球菌克隆转移中发挥了重要作用。
结论
本研究深入探讨了金黄色葡萄球菌内源性NO在宿主细胞内生存中的作用机制，揭示了MoeA通过调节硝酸盐代谢和NO产生，激活宿主细胞自噬，从而促进细菌在宿主细胞内的生存和致病性。这些发现不仅为理解金黄色葡萄球菌的致病机制提供了新的视角，也为开发针对该菌的新型抗菌策略提供了潜在的靶点。
