PNAS丨揭示肠道病原菌借宿主铁元素增强毒力的机制
2025.06.09
近日,我院周晓辉教授团队联合多家科研机构揭示了肠道致病菌的机制,为抗感染治疗提供了全新思路。这项研究由南方科技大学等多所高校联合完成,在PNAS发表,题为:Direct sensing of host ferric iron by an archetype histidine kinase mediates virulence of an enteric pathogen。
铁是人体必需的营养元素,但鲜为人知的是,它竟成了病原菌的“行动信号”。研究团队发现,副溶血弧菌(常见于未煮熟海鲜中)体内存在一个名为EnvZ/OmpR的“信号感应开关”。当细菌侵入肠道后,EnvZ能直接“捕获”肠道中的铁离子(Fe³⁺),触发一系列基因表达变化——就像收到“攻击指令”一样,细菌迅速启动生物膜形成、毒素分泌和运动能力,疯狂增殖并破坏肠道组织。肠道中的铁浓度约为75微摩尔,足以激活这套系统。细菌通过‘劫持’宿主的铁资源,不仅获得了生存优势,还同步协调了多种致病手段,堪称‘精准打击’。为验证这一机制,团队利用动物感染模型发现惊人的结果:补充铁剂后,野生菌株的肠道定植能力提升近10倍,引发严重腹泻和组织损伤;而敲除EnvZ基因的突变菌即便在高铁环境下也“战力尽失”。更关键的是,使用铁螯合剂剥夺铁供应后,细菌的致病性显著降低。这提示铁代谢紊乱与感染风险的关联,同时经常食用污染生海鲜的人群,若同时服用铁补充剂,需警惕潜在协同风险,这就像一场铁资源的争夺战,细菌和宿主都在抢铁—太多或太少都可能打破平衡,增加肠道感染的风险。
目前,抗生素滥用导致的耐药性问题日益严峻。这项研究另辟蹊径,提出通过干扰EnvZ的铁感应功能来“ disarm”(解除武装)细菌,而非直接杀死它们。“就像拆掉恐怖分子的通讯设备,让它们无法接收指令。”团队成员形象比喻。研究还锁定了EnvZ蛋白的关键铁结合位点(第103位谷氨酰胺),为设计特异性抑制剂提供了精确靶标。未来或可开发‘铁感应阻断剂’,与抗生素联用提升疗效并减少耐药性。