铜绿假单胞菌LasR缺陷型菌株的代谢组学特征分析及其在囊性纤维化感染诊断中的潜在应用

本研究针对囊性纤维化(CF)患者呼吸道慢性感染中铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)LasR调控基因突变体的临床意义，通过非靶向代谢组学分析揭示了LasR功能缺失与特定代谢标志物的关联。研究人员比较了24株临床分离株（含LasR+和LasR-表型）的外代谢组，发现羟基吲哚乙酸(HIAA)和甲酰犬尿氨酸等色氨酸代谢产物可作为LasR缺陷的生物标志物。该研究为CF患者呼吸道感染的早期诊断和预后评估提供了新思路。

　　

在囊性纤维化(CF)患者的呼吸道慢性感染中，铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的持续存在是导致发病率和死亡率居高不下的主要原因。随着感染进程的发展，这种机会性病原体会发生显著的进化适应，产生包括LasR调控基因突变在内的多种表型变异。虽然临床已证实LasR缺陷株的出现与疾病进展相关，但这一关键调控因子如何影响细菌代谢网络仍是一个未解之谜。

来自西班牙巴利阿里群岛大学健康科学研究所(IUNICS)和巴利阿里群岛卫生研究所(IDISBA)的研究团队在《Scientific Reports》发表的最新研究，通过代谢组学技术揭示了LasR缺陷型铜绿假单胞菌的独特代谢特征。研究人员采用非靶向液相色谱-质谱(LC-MS)技术分析了24株临床分离株（包括10名CF患者3-8年间的纵向样本）的外代谢组(exometabolomes)，结合功能缺失/功能回复实验，鉴定出与LasR表达状态密切相关的代谢标志物。

研究主要采用三项关键技术：1）人工痰培养基(ASM)模拟CF肺部环境培养临床菌株；2）超高效液相色谱-高分辨质谱(UHPLC-HRMS)进行非靶向代谢组学分析；3）基于PCA和ANOVA的多元统计分析筛选差异代谢物。样本队列包含巴利阿里群岛医院提供的CF患者纵向分离株和急性呼吸道感染分离株两组对照。

研究结果部分：
"LasR功能株与缺陷株的外代谢组差异"显示，PCA分析将LasR+和LasR-菌株明确分为两个独立簇群，发现1369个差异代谢特征。其中LasR-组特异性产生2,5-二叔丁基对苯二酚等抗生物膜化合物，而LasR+组则高表达吩嗪-2-羧酸等毒力相关代谢物。

"LasR在感染过程中的代谢适应作用"通过7年间连续分离的克隆相关菌株证明，LasR突变驱动了羟基吲哚乙酸(HIAA)和甲酰犬尿氨酸的积累，这些色氨酸代谢产物与炎症反应密切相关。

"LasR表型的潜在生物标志物发现"通过lasR基因互补实验证实，功能回复可使HIAA水平降低4.1倍，同时恢复丁酰-L-高丝氨酸内酯(C4-HSL)等群体感应分子的产生。

这项研究首次系统阐明了LasR调控网络对铜绿假单胞菌代谢重编程的影响，特别揭示了色氨酸代谢通路在慢性感染中的关键作用。发现的代谢标志物不仅为理解CF肺部感染的病理机制提供了新视角，更开创了通过代谢组学监测感染进展的新途径。值得注意的是，HIAA作为临床常规检测指标，其与LasR表型的关联为现有诊疗体系提供了可直接转化的生物标志物。该成果对开发针对慢性呼吸道感染的精准诊断策略具有重要指导价值，也为靶向细菌代谢的抗菌疗法研发提供了理论依据。