STM2345调节鼠伤寒沙门氏菌致病性的分子机制研究

Salmonellosis poses a great threat to human health. Research on the pathogenesis of Salmonella has become a hotspot in the research field about enteric pathogens. Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium) is a representative pathogenic serovar of Salmonella, which can cause gastroenteritis in humans and induce severe systemic infection in mice. S. Typhimurium has been widely used as a model in the research of Salmonella pathogenicity and regulatory networks. STM2345 encodes a putative transcriptional regulator with a predicted DNA-binding motif in S. Typhimurium. In the previous study, we have found that deletion of STM2345 gene significantly reduced S. Typhimurium virulence in mice, indicating STM2345 is a novel virulence-associated regulator. However, the molecular mechanisms underlying how STM2345 contribute to S. Typhimurium pathogenicity is unclear. This work will employ multiple molecular techniques to investigate the regulatory systems and host signals underlying how STM2345 contribute to S. Typhimurium pathogenicity, and thus construct the regulatory network of STM2345 in S. Typhimurium. This work will provide key information about putative regulatory proteins, and is important to fully understand the regulation mechanisms and virulence evolution of S. Typhimurium.

沙门氏菌病严重威胁着人类健康，对沙门氏菌的致病机理进行研究是当今国际上肠道致病菌研究领域的热点。鼠伤寒沙门氏菌是最典型的致病性沙门氏菌血清型，感染人能引起肠炎，感染鼠引起致死性的系统性疾病。人们对于沙门氏菌致病机制和调控网络的研究大多数以鼠伤寒沙门氏菌为研究模型。在前期工作中，我们发现了一个未知功能调节蛋白STM2345显著影响鼠伤寒沙门氏菌的致病性，是一个新的毒力调节蛋白，但是它具体的作用机制尚不明确。我们在前期工作的基础上，拟结合多种技术手段，探究STM2345调节鼠伤寒沙门氏菌致病性的分子机理，阐明它如何通过感应宿主信号、感应宿主何种信号从而调控鼠伤寒沙门氏菌毒力基因表达的作用机制，进而构建这个调节蛋白的调控网络。研究结果将丰富人们对于未知功能调节蛋白的认识，对于全面理解鼠伤寒沙门氏菌这一重要致病菌的毒力进化和致病机理具有重要意义。

沙门氏菌是一种常见的肠道病原菌，能引起肠炎或致死性的系统性疾病，严重威胁人类健康，每年在全球引起超过1.1亿病例、导致约35万人死亡。对沙门氏菌的致病机理进行研究具有重要的科学意义和应用价值，也是当今国际上肠道病原菌研究领域的热点之一。鼠伤寒沙门氏菌是最典型的致病性沙门氏菌血清型，人们对于沙门氏菌致病机理的研究多以鼠伤寒沙门氏菌为研究模型。项目前期鉴定了鼠伤寒沙门氏菌中一个新的毒力调节蛋白STM2345，但其调控致病性的分子机制并不清楚。本项目结合多组学分析技术和多种先进的分子生物学技术，解析了STM2345调节鼠伤寒沙门氏菌致病性的分子机理。结果发现，STM2345（命名为PagR）受巨噬细胞内的低镁和低镁双信号激活，通过激活沙门致病岛2毒力基因的表达，进而提高鼠伤寒沙门氏菌的在巨噬细胞内的复制能力和对小鼠的致病能力；低镁和低磷信号对pagR的调节具有时序性：感染巨噬细胞初期（0–4 h），低磷信号通过PhoB/R双组份系统激活pagR；4 h后，低镁信号通过PhoP/Q双组份激活pagR；这种双重信号介导的时序调节方式诱导了沙门致病岛2基因在巨噬细胞内的持续高表达。此外，我们鉴定了5个其它的与鼠伤寒沙门氏菌致病性相关的调节蛋白，解析了相关的调控通路；通过研究鼠伤寒沙门氏菌与巨噬细胞在代谢水平上的互作机制，发现鼠伤寒沙门氏菌能诱导巨噬细胞的代谢重编程，使感染的细胞内积累糖酵解中间产物；鼠伤寒沙门氏菌能利用宿主的糖酵解中间产物作为其在细胞内复制的营养物或者作为信号分子激活其毒力基因表达，从而提高自身在细胞内的复制能力和致病能力。本项目研究结果为全面理解沙门氏菌的致病机理奠定了重要基础，项目鉴定的与沙门氏菌致病性相关的调控蛋白或者宿主因子可以做为疫苗和相关药物的候选靶点，为沙门氏菌的预防和治疗提供新的思路。