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为探究新生儿脑膜炎大肠杆菌（NMEC）与宿主环境的相互作用，研究发现低亮氨酸通过 Lrp-NsrP-PurD 通路增强其致病性，静脉注射亮氨酸或可防治大肠杆菌脑膜炎。
新生儿细菌性脑膜炎在全球范围内都有着较高的死亡率和发病率，其中由大肠杆菌引起的新生儿脑膜炎（Neonatal meningitis-causing Escherichia coli，NMEC）最为常见。尽管有抗生素治疗，但细菌性脑膜炎的死亡率几十年来一直维持在 20 - 25%，约 50% 的幸存者还会留下永久性的神经后遗症，如听力丧失、发育迟缓、认知障碍等。随着耐药性的不断出现，迫切需要创新的治疗策略。在此背景下，南开大学的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员运用了多种技术方法。在基因研究方面，通过 RNA 测序（RNA-seq）、5' 和 3' RACE 测定等技术来鉴定和分析小 RNA（sRNA）及相关基因的转录情况；利用 qRT-PCR、Western blotting 等技术检测基因和蛋白质的表达水平；借助表面等离子共振（SPR）、染色质免疫沉淀 - qPCR（ChIP-qPCR）技术研究蛋白质与基因的相互作用。在动物实验方面，构建了小鼠实验性血源性脑膜炎模型、大鼠肠道定植模型等，以研究细菌在体内的致病过程。
研究结果如下：
- NsrP 是负调控 NMEC 毒力的 sRNA：研究人员通过分析之前的 RNA-seq 数据，发现了一种潜在的 NMEC 特异性 sRNA——NsrP。NsrP 由 RDI 13 编码，经实验验证其为从 NMEC RS218 基因组反向链转录的 sRNA，且不依赖 Hfq。动物实验表明，缺失 NsrP 会增加 NMEC 在小鼠血液中的存活和复制，提高大肠杆菌脑膜炎的发病率，加重脑膜炎症，降低感染小鼠的存活率，说明 NsrP 抑制 NMEC 的毒力。
- NsrP 通过抑制 purD 表达来抑制 NMEC 毒力：预测显示 purD 可能是 NsrP 的潜在靶基因，实验证实 NsrP 能负向调节 purD 的表达。purD 基因编码的蛋白对 NMEC 在人血清中的存活至关重要，缺失 purD 会降低 NMEC 在小鼠血液中的存活和复制能力，抑制脑膜炎的发展。进一步研究发现，NsrP 对 NMEC 毒力的调节是通过与 purD mRNA 直接结合实现的，且 NsrP 与 purD mRNA 的结合促进了 purD mRNA 的降解，从而降低 PurD 的表达。
- NMEC 感知血液中低亮氨酸水平以抑制 NsrP 表达：研究发现，从感染小鼠血液中回收的 WT NMEC 中 NsrP 表达降低。分析 NsrP 启动子区域发现存在 Lrp 结合位点，实验证明 Lrp 可直接结合 NsrP 启动子，且低亮氨酸水平能通过 Lrp 抑制 NsrP 的表达。
- NMEC 通过感知低亮氨酸水平以 NsrP 依赖的方式促进小鼠血液中 purD 的表达：由于低亮氨酸抑制 NsrP 表达，而 NsrP 负向调节 purD 表达，研究人员发现低亮氨酸条件下 purD 表达增加。在 Δlrp、ΔNsrP 和 NsrPpro-mu 菌株中，亮氨酸对 purD 表达的调节作用消失，表明 NMEC 通过感知血液中的低亮氨酸水平，以 Lrp 和 NsrP 依赖的方式增加 purD 表达。此外，研究还发现 purD 对 NMEC 在肠道的定植没有影响。
- 静脉注射亮氨酸可通过阻断 Lrp-NsrP-PurD 调节通路降低小鼠中 NMEC 的毒力：实验表明，给感染 NMEC WT 的小鼠静脉注射亮氨酸，可增加 NsrP 表达，降低 purD 表达，减少菌血症水平，抑制脑膜炎发展。对不同大肠杆菌菌株的研究发现，亮氨酸对 ΔNsrP、ΔpurD 等菌株感染的小鼠菌血症水平和脑膜炎发展没有显著影响。比较基因组分析显示，NsrP 广泛存在于 NMEC 中，而在其他大肠杆菌菌株中不存在，因此静脉注射亮氨酸可能是预防和治疗大肠杆菌菌血症和脑膜炎的潜在策略。
研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 NMEC 通过感知宿主血液中低亮氨酸水平，调节 NsrP 介导的信号转导通路，增强细菌嘌呤生物合成，从而促进菌血症和脑膜炎的发展。sRNA 在细菌适应营养限制条件中起着重要作用，NMEC 通过水平基因转移获得 NsrP，使其能够在血液中调节嘌呤合成，适应营养限制环境。与其他治疗方法相比，针对 Lrp-NsrP-PurD 信号转导通路的亮氨酸给药，可能是一种更具潜力的治疗策略，且对肠道微生物组成和多样性的影响较小。总之，该研究为大肠杆菌诱导的脑膜炎的预防和治疗提供了新的思路和潜在策略。
