中大新聞網(wǎng)訊（通訊員葛振煌）嗜肺軍團(tuán)菌（Legionella pneumophila）是一類40多年來(lái)在世界各地包括我國(guó)被頻繁報(bào)道的引起軍團(tuán)菌肺炎以及龐蒂亞克熱的革蘭氏陰性胞內(nèi)病原細(xì)菌，是公共區(qū)域的重大安全隱患。全球每年都有幾次軍團(tuán)菌的爆發(fā)流行，在國(guó)際上，軍團(tuán)菌肺炎已被多個(gè)國(guó)家列為法定傳染病。
嗜肺軍團(tuán)菌具有由復(fù)制期和侵染期組成的雙相生活周期，以保證其適應(yīng)復(fù)雜變化環(huán)境時(shí)的存活和增殖。此外，胞內(nèi)軍團(tuán)菌通過(guò)T4BSS分泌系統(tǒng)向宿主細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至少330種效應(yīng)蛋白是其毒力的關(guān)鍵。軍團(tuán)菌生長(zhǎng)和毒力因子及時(shí)、精細(xì)地表達(dá)，是保證其存活、增殖和引起疾病能力的關(guān)鍵。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陸勇軍教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事病原細(xì)菌與宿主相互作用研究。團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)酪蛋白水解蛋白酶P（ClpP）的蛋白水解作用對(duì)嗜肺軍團(tuán)菌至關(guān)重要，揭示了軍團(tuán)菌ClpP通過(guò)降解積累的CsrA蛋白豐度和調(diào)控csrA mRNA的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，以蛋白水平和轉(zhuǎn)錄水平的雙重方式調(diào)控CsrA在不同生活周期階段的表達(dá)量。該研究證明了軍團(tuán)菌生長(zhǎng)和毒力因子在雙相生活周期中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r(shí)序調(diào)控，是保證其存活、增殖和引起疾病能力的關(guān)鍵（Ge Zhenhuang, et al., Frontiers in Microbiology, 2019）。
圖1 蛋白酶ClpP調(diào)控生長(zhǎng)與毒力因子CsrA的表達(dá)
嗜肺軍團(tuán)菌存活和毒力的關(guān)鍵是雙相生活周期和毒力蛋白-效應(yīng)蛋白分泌的嚴(yán)謹(jǐn)調(diào)控。團(tuán)隊(duì)圍繞“嗜肺軍團(tuán)菌致病力中雙相生活周期和毒力的調(diào)控機(jī)制”繼續(xù)開(kāi)展研究，近期成果通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)系統(tǒng)地揭示了雙相生活周期和細(xì)菌發(fā)病機(jī)制的完成很大程度上依賴于ClpP依賴性蛋白水解調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。
圖2 蛋白質(zhì)組學(xué)揭示ClpP調(diào)控的蛋白譜
作者對(duì)軍團(tuán)菌雙相生活周期中受控蛋白和底物蛋白的ClpP依賴性動(dòng)態(tài)譜進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)ClpP是生活周期依賴性蛋白表達(dá)的主要調(diào)控因子，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)嗜肺軍團(tuán)菌需要依賴ClpP的蛋白水解來(lái)監(jiān)測(cè)脂肪酸生物合成相關(guān)蛋白Lpg0102/Lpg0361/Lpg0362和SpoT的豐度，以正常調(diào)節(jié)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(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的調(diào)控因子。
圖3 ClpP是調(diào)控雙相生活周期依賴性表達(dá)蛋白的關(guān)鍵因子（綠色表示蛋白被ClpP調(diào)控，灰色表示蛋白不受ClpP調(diào)控）
圖4 ClpP通過(guò)脂肪酸生物合成蛋白調(diào)控SpoT水平以生活周期的轉(zhuǎn)換
該研究系統(tǒng)闡述了目前軍團(tuán)菌研究中最重要和亟待解決的一個(gè)問(wèn)題，即雙相生活周期和毒力是否一致性地被調(diào)控。團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)嗜肺軍團(tuán)菌的雙相生活周期和毒力的調(diào)控是相互獨(dú)立的，并鑒定了各自調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中可檢驗(yàn)的關(guān)鍵蛋白。
圖5 SpoT的表達(dá)不能恢復(fù)菌株的胞內(nèi)存活和增殖能力
圖6 ClpP通過(guò)調(diào)控生活周期-生長(zhǎng)因子和效應(yīng)蛋白-毒力因子的系統(tǒng)視圖
這項(xiàng)研究全面揭示了涉及調(diào)節(jié)嗜肺軍團(tuán)菌雙相生活周期和細(xì)菌毒力的關(guān)鍵代謝途徑，完善了軍團(tuán)菌最重要的兩個(gè)特征（雙相生活周期和毒力）之間的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)嗜肺軍團(tuán)菌的防控和軍團(tuán)病的治療具有重要指導(dǎo)意義。
該研究結(jié)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(fā)表在國(guó)際經(jīng)典蛋白質(zhì)組學(xué)權(quán)威刊物Molecular & Cellular Proteomics，并被美國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)會(huì)官方新聞月刊ASBMB TODAY采訪報(bào)道。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士畢業(yè)生葛振煌為第一作者，陸勇軍教授為通訊作者，中山大學(xué)為第一完成單位。該研究獲得廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)項(xiàng)目（2018B020205002）、廣東長(zhǎng)江慈善基金會(huì)（E2018096）和廣東省自然科學(xué)基金會(huì)（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
