结核分枝杆菌ESX-1相关相变变异体在宿主与抗生素压力下的适应性调控机制

这篇研究揭示了结核分枝杆菌（Mtb）通过同聚核苷酸序列（HT）介导的相变（phase variation）动态调控ESX-1分泌系统的分子机制。研究发现，espR基因5′UTR区的单碱基插入通过转录后上调EspR蛋白表达，进而增强ESX-1底物分泌和异烟肼（INH）耐药性，同时在小鼠感染模型中显著提升细菌适应性。该工作为理解Mtb在宿主免疫和药物压力下的进化策略提供了新视角。

　　

同聚核苷酸序列变异在结核分枝杆菌临床分离株中的高频出现

研究团队通过对26,903株临床分离株的分析，发现espR基因上游144bp处的7G同聚核苷酸序列（HT）存在高频插入/缺失变异（indel）。系统发育分析显示，这些变异在包括谱系1（L1）在内的多个分枝杆菌谱系中独立出现，且与RD236a基因组缺失存在显著关联。值得注意的是，L1菌株中espR HT变异与RD236a缺失呈现协同进化模式，暗示ESX-1调控网络的协同适应机制。

espR上游HT单碱基插入引发转录组重编程

通过将临床常见的+1插入变异（espR-ins）工程化导入H37Rv菌株，RNA-seq分析揭示该变异导致746个差异表达基因（DEGs）。其中espACD操纵子成员表达量上调约2倍，而脂代谢相关基因（如lipU/lipL/lipF）显著下调。与espR敲除株（ΔespR）的对比实验证实，该变异呈现超形态（hypermorphic）效应：408个共享DEGs的表达变化方向相反（P=3.08×10^-25），且espACD转录水平与EspR蛋白功能呈剂量依赖性。

5′UTR结构重塑介导的翻译调控机制

质谱分析显示espR-ins变异使EspR蛋白丰度增加1.8倍，同时增强ESX-1底物CFP-10的分泌。计算机模拟预测该变异通过延长5′UTR区的G/C发夹结构，降低核糖体结合位点（RBS）的碱基配对概率。纳米荧光素酶报告系统验证：携带变异型5′UTR的构建体发光强度提升3.2倍（P<0.001），而mRNA水平无变化，证实该HT通过解除5′UTR的翻译抑制发挥作用。

抗生素压力下的适应性进化

药物敏感性测试发现，espR-ins使异烟肼MIC从0.039μg/mL升至0.079μg/mL（P<0.01），且EspR过表达株呈现相同表型。值得注意的是，该变异对利福平、乙胺丁醇等五种一线药物无影响。机制上，ahpCD和inhA基因的上调可能贡献耐药表型，这与CRISPRi筛选数据一致——espR抑制会增强INH敏感性。

小鼠感染模型中的生存优势

采用DNA条形码标记的竞争性感染实验显示，在C57BL/6和TCRα缺陷小鼠中，espR-ins和espA-del变异株分别获得44%和18%的每代适应性优势（P<0.001）。值得注意的是，ESX-1核心组分eccB1缺失株则表现适应性缺陷，证实ESX-1活性调控是生存优势的关键。

相变变异的生物学意义

该研究首次阐明Mtb通过HT介导的相变实现"预适应"进化：① 7G HT的突变率高达3.8×10^-5/CFU，可快速产生表型多样性；② espR和espA双位点变异实现ESX-1活性的组合式调控；③ RD236a缺失与espR变异存在表观遗传耦合，提示谱系特异性适应策略。这些发现为开发针对结核病持久性感染的新疗法提供了分子靶点。

（注：全文严格依据原文实验数据归纳，未添加非文献支持内容）