研究简介
结核病的一个典型特征是形成肉芽肿，其内部缺氧。结核分枝杆菌必须适应这种环境以存活并进入持续性感染状态。本研究的出发点是探究缺氧是否会特异性诱导分枝杆菌分泌某些蛋白质，从而帮助其适应恶劣环境并逃避免疫。通过定量蛋白质组学分析，研究人员发现，在缺氧条件下，结核分枝杆菌H37Rv菌株的培养滤液中，有22种分泌蛋白的表达上调。其中，与脂肪酸代谢相关的基因产物尤为突出。他们进一步聚焦于表达上调最显著的蛋白——Rv0859，即脂肪酸降解酶A（Fatty-acid degradation A, FadA）。研究发现，FadA不仅在缺氧条件下被强烈诱导表达和分泌，而且在结核病患者及海分枝杆菌感染的斑马鱼模型的肉芽肿中心区域高度富集。
功能实验表明，无论是敲除海分枝杆菌还是结核分枝杆菌中的FadA基因，都会导致感染斑马鱼或小鼠模型体内的细菌负荷显著降低，肉芽肿的坏死程度减轻，表明FadA能增强分枝杆菌在宿主体内的存活并促进肉芽肿坏死。机制层面的深入探索是本研究的核心。研究发现，FadA能够抑制宿主巨噬细胞中促炎细胞因子IL-6的表达。进一步的机制揭示，FadA实际上是一种乙酰转移酶，能够催化宿主细胞内的乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）转化为乙酰乙酰辅酶A（AcAcCoA）。这一反应消耗了宿主细胞质中的乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A是组蛋白乙酰化修饰的关键底物。其水平的降低，导致组蛋白H3第9位赖氨酸的乙酰化（H3K9Ac）水平下降，而H3K9Ac是激活基因转录的重要表观遗传标记。这直接抑制了IL-6基因启动子区域的组蛋白乙酰化，从而阻碍了IL-6的表达。IL-6被证实在本研究中具有抑制肉芽肿坏死和保护宿主的作用。
因此，FadA通过其酶活性，在表观遗传水平上下调了关键的宿主免疫应答。研究通过点突变实验证实，FadA的乙酰转移酶活性依赖于其保守的H359和C389位点，这些位点的突变会使其丧失降低宿主乙酰辅酶A水平、抑制IL-6表达以及促进肉芽肿进展的能力。本研究探索了针对这一通路的治疗潜力。补充乙酸盐可以增加宿主巨噬细胞内的乙酰辅酶A水平，从而在细胞和斑马鱼感染模型中逆转FadA的免疫抑制作用，显著降低细菌负荷和病理损伤。
这为结核病，特别是耐药结核病的治疗，提出了一种新的宿主导向治疗策略：即通过干预宿主-病原体相互作用的代谢界面，靶向分枝杆菌劫持宿主脂肪酸代谢的环节来增强抗结核免疫。本研究首次发现了缺氧诱导的分枝杆菌蛋白FadA通过其乙酰转移酶活性，拦截宿主脂肪酸代谢中间产物乙酰辅酶A，以表观遗传学方式抑制宿主IL-6介导的免疫防御，从而促进细菌在肉芽肿中持续存活的新机制，为结核病的免疫治疗提供了新的思路和靶点。
Bioscreen 全自动微生物生长曲线分析仪的应用
Bioscreen设备用于测定不同分枝杆菌菌株的生长曲线，以验证基因操作（如敲除FadA）是否影响了细菌的基础生长能力.使用了 Bioscreen C全自动生长曲线分析仪及其配套的蜂巢板，将各分枝杆菌菌悬液调整至相近密度后，取200微升加入蜂巢板的孔中。然后将板置于Bioscreen仪器中，在设定温度（结核分枝杆菌H37Rv为37°C，海分枝杆菌为30°C）下进行培养，仪器每天自动测量并在590纳米波长下读取各孔的光密度（OD590），以此绘制生长曲线。研究还利用该设备评估了细菌在缺氧下的生长。方法是在部分孔的培养物表面覆盖50微升石蜡油，以创造缺氧环境，并连续培养监测14天（H37Rv）或10天（海分枝杆菌）。
实验结果
发现一种关键的缺氧诱导毒力因子，结核分枝杆菌在缺氧条件下会特异性大量分泌蛋白Rv0859（FadA）。该蛋白在结核病患者和感染模型的肉芽肿中心区域高度富集，是细菌适应缺氧环境、促进持续性感染的关键因子。阐明FadA抑制免疫的独特分子机制。FadA并非通过传统的信号通路干扰发挥作用，而是一种具有乙酰转移酶活性的代谢酶。它通过消耗宿主巨噬细胞内的乙酰辅酶A，将其转化为乙酰乙酰辅酶A，从而降低细胞内乙酰辅酶A的“库存”。揭示从代谢拦截到表观遗传调控的免疫抑制通，乙酰辅酶A是组蛋白乙酰化的重要底物。其水平降低导致促炎细胞因子IL-6基因启动子区域的组蛋白H3K9乙酰化（H3K9Ac）水平下降。结核分枝杆菌在缺氧环境下分泌FadA，以一种“代谢拦截”的方式，消耗宿主的乙酰辅酶A，通过表观遗传重编程抑制IL-6介导的免疫防御，从而驱动肉芽肿进展和持续性感染。这一发现为理解结核病的免疫逃逸提供了全新视角，并为开发宿主导向疗法奠定了理论基础。
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