白念珠菌适应性进化新机制：TOR 信号通路的关键作用

《mBio》：Adaptive evolution of Candida albicans through modulating TOR signaling

本文揭示白念珠菌通过调节 TOR 信号通路进行适应性进化，影响其在宿主中的定植与致病。

　　### 白念珠菌适应性进化新机制：TOR 信号通路的关键作用
白念珠菌（Candida albicans）作为一种广泛存在于人体的真菌，与人类健康密切相关。它通常寄居于皮肤、口腔、胃肠道及泌尿生殖道等部位，是人体微生物群落的重要组成部分 。在正常情况下，白念珠菌与宿主和谐共生，并不会引发疾病。然而，一旦宿主的免疫功能下降，或体内微生态平衡被打破，白念珠菌就可能大量繁殖，从而导致黏膜感染，甚至发展为威胁生命的系统性疾病，因此它也是一种重要的机会性致病真菌。

在复杂多变的宿主环境中，白念珠菌要成功生存并引发感染，必须具备快速适应不同生态位的能力。这种适应能力与它的致病性密切相关，以往研究多聚焦于基因组进化，如非整倍体形成、点突变积累以及杂合性缺失（LOH）等机制在白念珠菌适应过程中的作用。但这些并不能完全解释白念珠菌的适应性进化现象，所以探寻其他潜在机制成为该领域的研究热点。

研究人员对 11 株来自浅部念珠菌病患者的白念珠菌临床分离株展开研究。首先，通过对 7 个管家基因的测序，运用非加权组平均法（UPGMA）构建系统发育树，来分析这些菌株的遗传背景。结果发现，在小鼠肠道定植模型中，所有临床分离株都展现出比实验室参考菌株 SC5314 更强的竞争优势，在接种后短短 5 天内，就能在与 SC5314 的竞争中胜出。

进一步研究发现，菌丝相关转录会抑制白念珠菌的共生适应性。研究人员检测了与菌丝形成相关的基因，如UME6、SAP6和HYR1的表达情况。结果显示，在肠道定植过程中，SC5314 中这些基因的表达水平显著高于部分临床分离株。此前研究表明，N - 乙酰葡糖胺（GlcNAc）是肠道中诱导白念珠菌菌丝相关转录的主要物质 。此次研究发现，临床分离株在 GlcNAc 刺激下，菌丝相关基因的表达明显低于 SC5314，GlcNAc 也无法诱导临床分离株形成伸长的菌丝，而血清却能使临床分离株正常形成菌丝。这表明临床分离株在 GlcNAc 响应方面存在特异性缺陷，这种形态模式可能使其在共生生长中占据优势，同时在全身感染时仍保留致病潜力。

实验室参考菌株 SC5314 长期在实验室条件下培养传代，其体内适应性有所降低。那么，临床分离株是否也存在类似情况呢？研究人员对 11 株临床分离株进行体外传代培养，每天在标准实验室条件（酵母提取物蛋白胨葡萄糖培养基，YPD，30°C）下传代，持续 65 天。结果发现，经过传代的菌株在与亲代菌株的竞争实验中处于劣势，其在肠道定植过程中菌丝相关转录显著增加，这可能是导致其共生适应性降低的原因。而且，随着体外传代次数的增加，临床分离株对 GlcNAc 的响应能力逐渐增强，更容易形成菌丝。不过，这种进化似乎只影响 GlcNAc 诱导的菌丝形成，在中性 pH 条件下，传代后的细胞很少形成伸长的菌丝。

为深入探究体外传代影响白念珠菌 GlcNAc 响应细胞程序的机制，研究人员对 11 对亲代 - 传代菌株进行全基因组测序。他们重点关注大规模遗传事件（如 LOH 和非整倍体）以及单核苷酸多态性（SNPs），却发现只有 1 株传代菌株出现了与 Chr 7 三体相关的非整倍体现象，且这并不能解释传代菌株竞争适应性降低的问题。同时，LOH 事件在体外传代过程中也没有明显规律，在已知与 GlcNAc 响应菌丝生长相关的NGS1和REP1基因中，也未检测到蛋白质遗传多态性。

随后，研究人员对随机选取的两株菌（N266286 和 N267429）进行转录组分析。结果显示，与亲代菌株相比，传代菌株中 TOR 通路相关基因的表达发生显著变化，TOR 通路活性降低。进一步研究发现，所有 11 株临床分离株的传代菌株对 TOR 抑制剂雷帕霉素更为敏感，细胞中磷酸化核糖体蛋白 S6（P - S6）水平明显下降，这表明体外进化导致临床分离株中 TOR 活性降低。此外，虽然在进化菌株的TORC1、BRG1和HOG1基因中检测到一些单核苷酸变异，但大多为同义突变，且预测的蛋白质变异没有明显趋势。值得注意的是，用雷帕霉素抑制 TOR 后，临床分离株在 GlcNAc 刺激下能形成与体外传代菌株相当水平的菌丝，这表明 TOR 可能调节白念珠菌对 GlcNAc 的响应。而且，不同培养基条件下的体外传代实验表明，TOR 活性降低促进 GlcNAc 响应菌丝相关转录这一现象，在所有测试的白念珠菌临床分离株中普遍存在，且与传代时的培养条件无关。

研究人员还对临床分离株及其体外传代衍生物中 TOR 通路的动力学差异进行了时程分析。结果发现，在营养条件变化时，亲代细胞的 TOR 活性基础水平较高，而传代菌株对细胞外营养条件更为敏感。在营养丰富的培养基中，传代菌株生长更快；但在营养贫瘠的培养基中，临床分离株的适应性更强。同时，传代菌株对多种应激条件（如 NaCl、SDS 和刚果红等）更为敏感，在体内感染实验中，感染传代菌株的小鼠肾脏和脾脏中的真菌负荷明显低于感染临床分离株的小鼠。这一系列结果表明，体外进化使白念珠菌对多种应激的敏感性增加，在体内共生生长和全身感染过程中的适应性降低。

既然高基础水平的 TOR 活性对白念珠菌应对压力具有优势，那么抑制 TOR 信号是否会影响临床分离株的适应性优势呢？研究人员通过在小鼠体内进行实验，给小鼠喂食雷帕霉素或对照药物，然后接种临床分离株及其体外传代衍生物的 1:1 混合物。结果发现，在雷帕霉素处理的小鼠中，临床分离株和传代衍生物在共生适应性、对 caspofungin、NaCl、刚果红和 SDS 的敏感性方面均无显著差异。这表明抑制 TOR 信号足以消除临床分离株的适应性优势，从而证明白念珠菌通过调节 TOR 活性进行适应性进化。

白念珠菌作为人体肠道微生物群的主要真菌，却时刻威胁着人体健康，尤其是免疫功能低下的人群。以往研究多关注基因组进化在其适应性过程中的作用，而本研究首次揭示了白念珠菌可通过调节 TOR 信号通路进行适应性进化。

在白念珠菌的进化过程中，点突变等基因组变化虽然重要，但本研究发现，TOR 信号通路的调节为其提供了一种无需基因组变异就能快速适应环境的方式。临床分离株在宿主环境中可能获得较高的 TOR 活性，从而增强其在宿主适应过程中的适应性。此外，研究还将 TOR 通路与 GlcNAc 信号联系起来，尽管 GlcNAc 与 TOR 之间的具体调节机制尚待进一步研究，但这为深入理解白念珠菌的适应性进化提供了新的方向。

TOR 信号通路在真核细胞中广泛存在，是进化上保守的环境和内源性应激传感器。本研究强调了该通路在共生 - 致病真菌适应性进化中的直接驱动作用，这种机制可能也适用于其他生物。这一发现不仅有助于深入了解白念珠菌的致病机制，也为开发新型抗真菌治疗策略提供了潜在的靶点，有望为临床治疗白念珠菌感染带来新的思路和方法。<