中大新聞網訊（通訊員葛振煌）嗜肺軍團菌（Legionella pneumophila）是一類40多年來在世界各地包括我國被頻繁報道的引起軍團菌肺炎以及龐蒂亞克熱的革蘭氏陰性胞內病原細菌，是公共區域的重大安全隱患。全球每年都有幾次軍團菌的爆發流行，在國際上，軍團菌肺炎已被多個國家列為法定傳染病。
嗜肺軍團菌具有由復制期和侵染期組成的雙相生活周期，以保證其適應復雜變化環境時的存活和增殖。此外，胞內軍團菌通過T4BSS分泌系統向宿主細胞內轉運至少330種效應蛋白是其毒力的關鍵。軍團菌生長和毒力因子及時、精細地表達，是保證其存活、增殖和引起疾病能力的關鍵。
中山大學生命科學學院陸勇軍教授團隊長期從事病原細菌與宿主相互作用研究。團隊前期發現酪蛋白水解蛋白酶P（ClpP）的蛋白水解作用對嗜肺軍團菌至關重要，揭示了軍團菌ClpP通過降解積累的CsrA蛋白豐度和調控csrA mRNA的轉錄表達，以蛋白水平和轉錄水平的雙重方式調控CsrA在不同生活周期階段的表達量。該研究證明了軍團菌生長和毒力因子在雙相生活周期中嚴謹的時序調控，是保證其存活、增殖和引起疾病能力的關鍵（Ge Zhenhuang, et al., Frontiers in Microbiology, 2019）。
圖1 蛋白酶ClpP調控生長與毒力因子CsrA的表達
嗜肺軍團菌存活和毒力的關鍵是雙相生活周期和毒力蛋白-效應蛋白分泌的嚴謹調控。團隊圍繞“嗜肺軍團菌致病力中雙相生活周期和毒力的調控機制”繼續開展研究，近期成果通過蛋白質組學系統地揭示了雙相生活周期和細菌發病機制的完成很大程度上依賴于ClpP依賴性蛋白水解調節的蛋白質穩態。
圖2 蛋白質組學揭示ClpP調控的蛋白譜
作者對軍團菌雙相生活周期中受控蛋白和底物蛋白的ClpP依賴性動態譜進行了表征，發現ClpP是生活周期依賴性蛋白表達的主要調控因子，并進一步發現嗜肺軍團菌需要依賴ClpP的蛋白水解來監測脂肪酸生物合成相關蛋白Lpg0102/Lpg0361/Lpg0362和SpoT的豐度，以正常調節自身的分化。該研究首次明確了SpoT蛋白是該菌完整生活周期的復雜調控網絡中最關鍵的調控因子。
圖3 ClpP是調控雙相生活周期依賴性表達蛋白的關鍵因子（綠色表示蛋白被ClpP調控，灰色表示蛋白不受ClpP調控）
圖4 ClpP通過脂肪酸生物合成蛋白調控SpoT水平以生活周期的轉換
該研究系統闡述了目前軍團菌研究中最重要和亟待解決的一個問題，即雙相生活周期和毒力是否一致性地被調控。團隊的研究發現嗜肺軍團菌的雙相生活周期和毒力的調控是相互獨立的，并鑒定了各自調控網絡中可檢驗的關鍵蛋白。
圖5 SpoT的表達不能恢復菌株的胞內存活和增殖能力
圖6 ClpP通過調控生活周期-生長因子和效應蛋白-毒力因子的系統視圖
這項研究全面揭示了涉及調節嗜肺軍團菌雙相生活周期和細菌毒力的關鍵代謝途徑，完善了軍團菌最重要的兩個特征（雙相生活周期和毒力）之間的調控網絡，對嗜肺軍團菌的防控和軍團病的治療具有重要指導意義。
該研究結果近期以“New Global Insights on the Regulation of the Biphasic Life Cycle and Virulence Via ClpP-Dependent Proteolysis in Legionella pneumophila” 為題，在線發表在國際經典蛋白質組學權威刊物Molecular & Cellular Proteomics，并被美國生物化學與分子生物學會官方新聞月刊ASBMB TODAY采訪報道。中山大學生命科學學院博士畢業生葛振煌為第一作者，陸勇軍教授為通訊作者，中山大學為第一完成單位。該研究獲得廣東省重點領域研發項目（2018B020205002）、廣東長江慈善基金會（E2018096）和廣東省自然科學基金會（2016A030311036）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2022.100233
ASBMB TODAY采訪鏈接：https://www.asbmb.org/asbmb-today/science/112422/how-proteolysis-controls-the-legionnaires-pathogen
