Hha毒素通过铜感应CpxR通路调控奇异变形杆菌毒力表型的分子机制研究

本研究针对尿路致病菌奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)的铜抗性机制展开探索，通过Tn5转座子突变筛选发现hha毒素基因缺失导致细菌铜敏感性增加。研究人员系统揭示了Hha-TomB毒素-抗毒素系统(TA)通过调控flhDC、mrp等毒力基因表达影响细菌运动、生物膜形成、持久菌产生等表型，并首次证实铜感应CpxR双组分系统正向调控hha表达。该研究为TA系统调控病原菌环境适应性和致病机制提供了新见解，并为抗感染治疗提供了潜在靶点。

　　

尿路感染是全球常见的细菌感染性疾病，其中奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)是导管相关尿路感染(CAUTIs)的重要病原体。该菌特有的群集运动能力和尿素酶介导的尿液碱化可导致导管堵塞和肾结石形成。更棘手的是，宿主在感染过程中会动员铜离子至尿液作为抗菌防御机制，而病原体则进化出复杂的铜抗性系统来应对这种选择压力。目前，细菌如何协调铜抗性与毒力表达仍知之甚少，这限制了针对铜稳态通路开发新型抗菌策略的进程。

发表在《Journal of Migration and Health》的这项研究从铜敏感突变体筛选入手，发现hha基因缺失显著增强细菌对铜的敏感性。Hha作为毒素-抗毒素系统(TA)的毒性组分，与抗毒素TomB形成操纵子结构。研究人员通过构建基因缺失株、回补株和过表达株，结合报告基因检测、电泳迁移率实验(EMSA)、透射电镜(TEM)等技术，系统解析了Hha的多重调控功能。

研究结果显示：Hha-TomB操纵子结构分析证实hha和上游tomB基因共转录为同一操纵子。表型实验表明Hha缺失导致细菌铜敏感性增加，同时影响鞭毛运动（游泳/群集能力下降50%）、生物膜形成（减少40%）、持久菌产生（降低3倍）等关键毒力表型。EMSA实验首次证实Hha直接结合鞭毛主调控基因flhDC启动子区域。

在宿主互作方面，hha突变株表现出：对THP-1巨噬细胞杀伤的敏感性增加2倍；对尿路上皮细胞NTUB1的黏附侵袭能力下降60%；诱导上皮细胞IL-6/IL-8表达升高3-5倍；蜡螟幼虫感染模型中完全丧失致病力。分子机制研究发现：

1. 1.

   CpxR通过结合hha启动子区直接调控其表达

2. 2.

   铜离子(50 μM)可同时诱导cpxR和hha表达2-3倍

3. 3.

   Hha第13位半胱氨酸(C13)对其毒性至关重要，C13E突变体毒性消失而C13I保留部分活性

该研究创新性地将细菌铜抗性机制与TA系统功能联系起来，揭示铜感应CpxR-Hha调控轴在协调环境适应性与毒力表达中的核心作用。这不仅为理解TA系统在病原菌应激反应中的调控网络提供了新范式，更重要的是，Hha作为可被铜诱导的毒力调控因子，为开发针对尿路感染的多靶点抗菌策略提供了理论依据。研究提出的"铜-CpxR-Hha-毒力基因"级联调控模型，为后续探索金属离子介导的病原菌致病机制调控开辟了新方向。

主要技术方法包括：通过同源重组构建基因缺失株；使用报告基因系统检测启动子活性；电泳迁移率实验(EMSA)分析蛋白-DNA相互作用；透射电镜观察鞭毛形态；巨噬细胞杀伤实验采用THP-1细胞系；尿路上皮细胞感染模型使用NTUB1细胞系；蜡螟(Galleria mellonella)幼虫用于体内毒力评估。

研究结论强调：Hha作为TA系统毒素，通过感应铜激活的CpxR信号，整合环境应激与毒力调控网络。这种调控模式使细菌能动态平衡生存压力与致病需求，为临床应对耐药性尿路感染提供了潜在干预靶点。该发现对理解TA系统在病原菌环境适应性中的进化意义具有重要价值，也为开发基于铜离子和TA系统调控的抗菌疗法奠定了理论基础。