《Nature Communications》：Released palmitic acid–mediated TLR4/NF-κB activation enhances the virulence of Bordetella pertussis MT28 lineage
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尽管疫苗接种覆盖率很高，但百日咳在全球范围内重新出现。在中国，携带高毒力ptxP3等位基因的大环内酯类耐药性（MR）百日咳鲍特菌谱系（称为ptxP3 MR-MT28，即MT28）已成为主要的流行谱系，但其扩张的驱动因素尚不清楚。为探索其流行原因，研究人员整合流行病学监测与基因组、表型及体内外感染分析，揭示了MT28菌株增强的定植能力和炎症潜能。他们发现，由该菌株产生的棕榈酸（PA）作为一种促炎介质，通过TLR4/NF-κB信号通路放大炎症反应。这项研究阐明了MT28谱系的致病特征，并揭示了一条先前未被识别的脂质驱动的百日咳鲍特菌感染炎症通路，为理解百日咳的再度流行提供了关键的机制见解。
尽管全球疫苗接种覆盖率已相当可观，但一种古老的儿童呼吸道疾病——百日咳，近年来却呈现全球性“回归”趋势，其发病人数不断攀升，成为一个棘手的公共卫生挑战。尤其是在中国，监测数据显示，尽管疫苗接种工作持续推进，百日咳病例却在悄然增加。这不禁引发了科学界的疑问：是什么力量在背后驱动着百日咳的复苏？难道仅仅是疫苗接种策略或覆盖率的问题？深入的研究目光聚焦于病原体本身——百日咳鲍特菌。近年来，一种特殊的百日咳鲍特菌谱系引起了研究人员的极大关注。它携带一个被称为ptxP3的高毒力基因等位基因，同时对常用的抗菌药物大环内酯类产生了耐药性，被命名为ptxP3 MR-MT28，简称MT28谱系。这个谱系在中国等地的百日咳病例中检出比例越来越高，似乎正在成为主导的流行“选手”。然而，关于这个“后来居上”的MT28谱系，仍有许多未解之谜：它为何能够脱颖而出，取代其他菌株成为主流？除了已知的耐药性和ptxP3基因，它是否还拥有其他不为人知的“生存利器”或“致病法宝”，从而赋予了其更强的适应性和致病潜力？要解释百日咳的再度流行，理解MT28谱系的崛起机制至关重要。为了回答这个核心问题，一支研究团队展开了一项系统性研究，最终在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上发表了他们的发现，揭示了MT28谱系增强的致病力背后，一种由细菌自身产生的脂肪酸所驱动的全新炎症机制。
为了揭示MT28谱系的致病特征，研究人员综合运用了多组学分析和体内外感染模型。他们首先整合了流行病学监测数据，获取了代表性的临床分离株，为研究提供了真实的样本基础。在技术方法上，研究结合了基因组学分析来比较不同谱系的遗传背景；通过转录组学（RNA-seq）全面解析了细菌在感染过程中的基因表达谱变化；利用脂质靶向代谢组学（结合液相色谱-质谱，LC-MS）技术，对细菌产生的代谢物进行了系统的鉴定和定量分析。在表型验证方面，研究采用了体外细胞感染模型（如利用人单核细胞系THP-1）评估细菌诱导的炎症反应，并通过小鼠鼻腔感染模型在活体水平评估细菌的定植能力和肺部炎症程度。此外，还利用特定的信号通路抑制剂和分子生物学技术（如siRNA敲低、蛋白质印迹法WB等）深入探究了棕榈酸作用的信号通路机制。
MT28菌株展现出增强的定植能力和促炎表型
研究人员首先在动物模型中比较了MT28谱系菌株与其他谱系菌株的毒力。结果显示，MT28菌株在小鼠呼吸道（包括鼻腔和肺部）的定植数量显著更高，并且引发了更严重的肺部炎症反应，表现为更密集的炎性细胞浸润。在体外，用MT28菌株感染人免疫细胞（THP-1细胞）后，细胞分泌的关键促炎细胞因子，如白细胞介素6（IL-6）和肿瘤坏死因子α（TNF-α），其水平也显著高于感染其他谱系菌株的细胞。这些数据共同表明，MT28谱系确实具备更强的在宿主体内“安家落户”（定植）和“煽风点火”（引发炎症）的能力。
转录组学揭示毒力相关基因表达上调
为了探究这种增强毒力的分子基础，研究人员对感染过程中的细菌进行了转录组测序分析。他们发现，与毒力密切相关的多个基因在MT28菌株中表达量显著升高。这些基因包括：编码百日咳毒素A亚基的ptxA基因、编码丝状血凝素的fhaB基因、编码气管定植因子的tcfA基因，以及编码毒力调控主开关BvgA的bvgA基因。这些基因的上调为MT28菌株观察到的增强粘附、定植和毒素产生等表型提供了直接的基因表达层面的解释。
MT28菌株产生大量棕榈酸并驱动炎症
接下来，研究试图找出驱动MT28相关过度炎症的具体细菌因子。通过对细菌培养上清进行脂质靶向代谢组学和液相色谱-质谱（LC-MS）分析，研究人员有了一个关键发现：MT28菌株在生长过程中会向环境中释放异常高水平的游离棕榈酸（Palmitic Acid, PA）。当在体外实验中，将这种从MT28菌株中纯化或化学合成的棕榈酸单独作用于THP-1细胞时，它能够剂量依赖性地诱导IL-6和TNF-α的产生，重现了MT28菌株感染所引发的部分促炎效应。这一结果表明，MT28菌株来源的棕榈酸本身就是一个强有力的促炎介质。
棕榈酸通过TLR4/NF-κB信号通路放大炎症
最后，研究深入阐明了棕榈酸发挥作用的分子机制。已知棕榈酸能够被先天免疫细胞表面的Toll样受体4（TLR4）识别。通过使用TLR4的特异性抑制剂TAK-242，或利用小干扰RNA（siRNA）敲低TLR4的表达，研究人员成功阻断了棕榈酸以及MT28菌株上清所诱导的细胞因子产生。进一步的机制研究表明，棕榈酸激活TLR4后，会触发其下游的关键信号通路——核因子κB（NF-κB）通路。蛋白质印迹分析显示，棕榈酸处理能促进NF-κB抑制蛋白IκBα的磷酸化和降解，从而激活NF-κB并使其入核，启动促炎细胞因子的转录。同样，在动物实验中，通过药物抑制TLR4也能显著减轻MT28菌株感染引起的小鼠肺部炎症。这些结果清晰地证明，MT28谱系来源的棕榈酸，正是通过激活宿主免疫细胞的TLR4/NF-κB信号通路，从而“火上浇油”，放大了百日咳感染过程中的炎症反应。
综上所述，这项研究系统性地揭示了中国流行的优势百日咳鲍特菌谱系——MT28（ptxP3 MR-MT28）增强致病力的新机制。研究发现，MT28菌株不仅携带高毒力等位基因ptxP3和对大环内酯类药物的耐药性，其在宿主体内的定植能力和引发炎症的潜力也显著增强。这种增强的毒力表现有其转录组基础，即多个关键毒力基因（ptxA， fhaB， tcfA， bvgA）的表达上调。更重要的是，研究首次发现MT28菌株能够产生并释放大量的游离棕榈酸（PA），该脂肪酸作为一种细菌来源的“危险分子”，可以被宿主免疫细胞的模式识别受体TLR4识别，进而激活下游的NF-κB信号通路，最终导致过度的促炎细胞因子（如IL-6， TNF-α）产生和炎症损伤。这项工作的意义重大。它不仅为解释MT28谱系在中国及全球的快速扩张和百日咳的再度流行提供了关键的病原学机制，而且揭示了一条先前未被认识的、由细菌自身代谢产物（脂质）驱动的炎症通路，拓宽了我们对细菌-宿主互作复杂性的理解。该发现提示，除了关注细菌的基因和毒素，其代谢“副产物”也可能在疾病发生发展中扮演重要角色。未来，针对TLR4信号通路或细菌脂肪酸代谢的干预策略，或许能为控制由高毒力MT28谱系引起的重症百日咳提供新的治疗思路。
