磷酸盐调节因子与大肠杆菌的的发病机制

磷酸盐调节因子与大肠杆菌的的发病机制摘要：

在感染过程中，细菌必须与调节基因表达相协调，以应对环境的刺激。磷酸盐调节因子被PhoBR的两个组件的调节系统所控制。PhoBR是在机体饥饿和盐酸盐调节基因处于稳态的时候被激活的调节基因，许多研究突出显示了Pho 调节因子在细菌的发病机制中起的重要作用，研究出了PhoBR基因是怎么被诱导表达的，另外调节基因参与盐酸盐的代谢系统，引导了许多细胞进程的调节。Pho调节因子有多种多样的功能，减弱毒性和改变许多病毒的特性，包括对宿主细胞的粘附力和对抗菌表位的抵抗力、酸度和氧化性的控制。这篇综述概述了Pho调节因子和大肠杆菌的致病性之间的关系，并举例说明，另外调节了磷酸盐的稳态，Pho调节因子在调节应激和毒力反应时起关键作用。

目录:

1.前言

2.Pho调节因子的诱导

3.Pho调节因子的活性和EXPEC的毒力

4.解剖对PhoBR和Pst系统有关的在特殊组织

5.氧化应激反应

6.细菌细胞表面的修饰

7.粘附素的产生和粘附

8.肠致病性大肠杆菌

9.Pst系统和肠致病性大肠杆菌菌株的粘附

10.在适应环境中出血性大肠杆菌时，Pho调节因子也被激活。

11.出血性大肠杆菌的毒力因子被PhoBR调节

12.结论

致谢

参考文献

1.前言

为了适应和在不同的微生物环境中生存，细菌必须感觉和回应细胞外的信号，对环境刺激的适当反应，可以被双组分调控的系统转导，这包括趋化现象的调节，渗透调节，新陈代谢和运输。一个典型的双组分调控系统（TCRS）由内膜组氨酸激酶传感器蛋白（HK）和一个反应调节器（RR），它作为DNA 粘合蛋白发挥作用，激活或基因表达复压。

磷，是一种细胞内容物，是细胞中第三丰富的元素，它存在于许多分子中，包括细胞膜脂，多糖和核酸。磷酸盐与能量的新陈代谢有关，也是一种转导信号，由TCRS介导。在细胞外集中的磷酸盐，由PhoR编码的HK和PhoB编码的RR双组分调控系统PhoBR运送，当细胞外聚集的磷酸盐低于4μM时PhoBR表达磷酸盐受限制，在磷酸盐受限制的条件下，PhoBR诱导基因属于磷酸盐调节子，它包含与获取能量和新陈代谢有关的不同的磷酸盐组基因。Pho调节因子的控制和跨膜信号转导很大程度上与大肠杆菌和芽孢杆菌环境中的无机磷有关，在大肠杆菌K-12中，Pho调节因子包括31个基因，除了参与磷酸盐的动态平衡，也与作为诱导结果，减弱细菌的毒性有关。

应对不同环境条件下入侵的病原体，宿主病原体相互作用是一个动态过程。病原体在宿主不同的部位生存，需要对环境中直接的不同刺激有适当的反应力。专门的调控系统控制毒力因子的表达，在许多调节水平相互作用中

这是必然复杂的。虽然病原体特定基因的存在可能会决定病原的生活方式和大肠杆菌病原体的潜在毒性，产物由潜在或核心的基因编码，无疑有助于对新陈代谢功能。生理方面和适应环境的变化，包括宿主环境和抵制宿主的防御工事。

Lamarche et al. (2008b)综述了Pho调节因子之间的关系，新陈代谢和致病性。在这里，我们现在的综述主要是讲埃希氏菌属被Pho调节因子诱导后的毒力作用，第一，我们简单的概括一下Pho调节因子的诱导，然后讨论大肠杆菌致病菌在不同毒力影响下Pho调节因子的诱导，包括抵制氧化应激，细胞膜干扰，粘附的产生，对环境的适应力。

2．Pho调节因子的诱导

如上所述，磷酸盐缺乏时由TCRS的PhoBR运送，当细胞外聚集的磷酸盐低于4μM时PhoBR被激活，包括Pho调节因子的基因转录，通过PhoB 的磷酸化与特殊DNA序列的绑定也可以激活，被称为Pho序列框，位于Pho 依赖的启动子区域内，PhoB的绑定或诱导，或抵制Pho调节因子组成基因的转录，包含相关的磷酸盐运输和新陈代谢，在这些系统之中，pstSCAB–phoU 操纵子编码磷酸盐特殊转运系统（PST）.PST系统编码一个ATP粘合箱（ABC）转运蛋白于无机磷酸盐的转运有关，除了于磷酸盐的转运有关外，PST系统也需要Pi的信号转导，PST操纵子的任何基因突变，结果都会影响Pho调节因子的表达，不管环境中磷酸盐的利用率。

调节基因除了与磷酸盐的获得和新城代谢有关，Pho调节因子的诱导似乎具有多效性，在磷酸盐限制条件下培养的大肠杆菌K-12的蛋白组学分析显示，400种以上的蛋白表达有差异，在K-12和致病性大肠杆菌做微阵列实验，相关的Pho调节因子直接或间接与多重代谢系统有关。值得注意的是，Pho 调节因子与细菌的毒力有关，作为诱导调节病原体的特殊基因，影响许多细菌病原体的生存和毒力，多重应激反应和毒力属性被失活的PST系统所影响。

具体来说，一般情况下，氧化和酸应激反应都与Pho调节因子有关，一般与酸应激反应的联系与病原性大肠杆菌的毒性结果有关。其中，通过Pho调节因子的诱导毒性属性的改变，细胞表面的荚膜抗原会显著性的减少，抵抗血清的杀菌作用，产生阳离子抗菌肽，酸氧化能力，同时产生1类菌毛。

3. Pho调节因子的激活和ExPEC的毒力

肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）是致病性大肠杆菌的一个重要分组。在人类和动物中可产生多样性感染，包括，泌尿道感染(UTIs)，脑膜炎，和败血症。

在研究ExPEC的毒力中Pho调节因子的作用主要研究ExPEC5131型，这种型可以导致猪的败血症，和禽流感致病性大肠杆菌（APEC），078型的x7122，可以导致家禽的大肠杆菌病，在APEC型的x7122，突变株的毒力的衰减水平直接与Pho调节因子的激活水平有关，然而，选择获得独特的转录序列(SCOTS)显示出PhoB被表达，当实验感染鸡APEC型的x7122，表明Pho调节因子的微调毒力的要求，当不适当的或组成Pho调节因子诱导的有害影响。

4．剖析PhoBR和PST系统的具体贡献

如上所述，PST系统有助于Pho调节因子和高亲和力的Pi吸收。直到最近，PST的双重作用，因此很难解释在APEC的毒力PST失活的影响，目前还不清楚是否衰减是由于PhoBR TCRS构成的激活作用，或损失了PST介导的高亲和力磷酸盐的吸收。然而，这可以表明PhoB介导构成Pho调节因子的激活，而不是PST系统的失活，这对APEC的了毒力具有决定性作用。在PhoR一个点

突变，构成有活性的Pho调节因子，独立于Pi的运输和失活的PST系统，衰减毒力和毒力属性，比如对氢过氧化物和血清的敏感性，和产生1型菌毛。有趣的是，它被认为PhoB调节剂在APEC不需要毒力。这与苏格兰的分析实验所指出的有差异，但是与最近的Pratt et al. (2010)所做的一直，表明V.霍乱的衰减毒力在PST突变后诱导了Pho调节因子，而不是Pi的信号转导。

5. 氧化应激反应

氧化应激反应由细菌的新陈代谢产生，免疫系统和宿主暴露的环境因素如：金属离子。氧化应激诱导损伤DNA，蛋白质和膜，还可以导致细胞死亡。在APEC PST突变株被调控一些显示出抗氧化剂活性的基因被表达。过氧化氢酶katE，过氧化物歧化酶sodC,DNA保护蛋白dps和调控小RNA oxyS，他们在表达基因时都有差异。然而，PST突变株比亲本株x 7122对代理产生养中间体（ROI）更敏感。在大肠杆菌K-12发现，烷基过氧化物还原酶ahpCF ,过氧化氢酶katG和丙酮酸盐氧化酶poxB的基因通过葡萄糖的代谢需要抵抗氧化应激的产生。自从氧化应激的产生对ExPEC全病毒是至关重要的，PST突变株对氧化应激敏感是可以解释的，至少在他们的衰减方面可以解释。

6. 细菌细胞表面的修饰

在磷酸盐缺乏的条件下，通过代入游离的磷脂，细菌可以表明修改了他们的磷脂类。一个很强的Pst影响系统和脂质A结构修饰相关的Pho调节因子，在x7122株.细胞表面干扰被证明。事实上，PST系统突变导致脂质A结构的修改，包括以六溴酰化- 1-吡咯烷酮基-磷酸形式降低。在大多数革兰氏阴性菌的外部细胞膜的外部的单层细胞由脂多糖组成，包含脂质A，这于外部细胞膜的完整性有关，成为一个保护屏障对抗不同的环境应激。在PST突变株改变脂质A的结构，可以通过增加突变株对血清补体，万古霉素和阳离子抗菌肽(CAMPs)的敏感性。

除了参与脂质A的生物合成,pst系统的缺失导致环丙烷（CFA）和不饱和脂肪酸（UFA）的不平衡，增加了外膜的通透性。微列分析也显示了脂质A的修饰和基因表达的差异属于肠道菌共同抗原的生物合成，脂多糖在PST APEC突变株生物合成。由于细胞膜的完整性可以抵抗环境的应激，在PST突变株上的细胞膜干扰可以解释减少致病性大肠杆菌毒力性状。

7. 粘附素的产生和粘附

1型和F9菌毛间接粘附于宿主细胞的大肠杆菌上，与生物被膜的形成有关，1型菌毛在毒力发挥了关键的作用，在APEC pst突变株，发现这些菌毛的表达被抑制，在它们的表面没有发现菌毛。由于 1 型菌毛被优先在气囊表达，气囊是APEC主要的感染场所，在pst突变株伞布产生的降低也导致了APEC移植和毒力的降低。同样的，在泌尿道大肠杆菌，失活的pst系统也抑制表达一型菌毛和毒力的改变。

8．肠内致病性大肠杆菌

肠内的致病菌常或多或少的引起严重腹泻，在某些情况下导致更严重的疾病。许多疾病与大肠杆菌有关，包括由diarrhoeagenic大肠杆菌引起的肠道感染，比如，肠毒性大肠杆菌，肠病原性大肠杆菌，肠出血性大肠杆菌，Diarrhoeagenic EPEC和EHEC 产生一个附属的特性和在受感染的肠细胞绒毛边缘消除（A/E）损害，这也是局限性毁坏的特征和细菌的内部吸附。这个病变形态严重威胁到全世界的人和动物的健康。作为动物疾病的原因，附属的和消除的大肠杆菌（AEEC）感染，严重影响了人类的食品安全（人类致病菌株感染牛

的饮水槽而影响动物），动物福利，经济产量（断奶仔猪腹泻的暴发流行带来的损失，影响了贸易活动），环境的生物安全。

9.Pst系统和肠内大肠杆菌株的粘附力

在体外器官培养的模型，在pst基因插入一个转座子来损害猪的EPEC株粘附小猪回肠细胞的能力。在EPEC株LRT9 (O111:abH2)删除pst操纵子，损害肠内细胞Hep-2的粘附。它被假设为由于下降调节了分别编码一束成型的菌毛和intimin粘附素的bfp和eae操纵子。Bfp与小菌落的形成有关，intimin与直接粘附有关。他们的积极调节基因perA 和perC也被抑制。同样的，在非典型EPEC株E128012 (O114:H2)缺乏Bfp，Hep-2 和T84肠内细胞对pst突变株的粘附力降低。柠檬酸杆菌属的病原体的pst突变株，导致在老鼠肠内附属和消除，在C56BL/6老鼠的排泄率很低。这说明Pho调节因子抑制未知的粘附毒力。事实上，通过pst系统抑制这些粘附素来使Pho调节因子活化(PhoBR)，通过EHEC O157:H7 ATCC株43894的下降调节phoBR 和pstS，从而粘附HT-29肠上皮。

这些发现表明，破坏pst phoU部位不仅仅使Pho调节因子活化而且引导了不同的粘附作用。在EPEC和EHEC，一个完整的pst系统保持全毒力而更容易在肠内定居。

10．随着EHEC对环境的适应而Pho调节因子被激活

pst系统(Pho调节因子)在EHEC毒力的作用还没有研究清楚，环境应激引导Pho调节子，仅仅从转录开始研究。大肠杆菌O157:H7 株EDL933释放的钠苯甲酸脂，是抑菌和抑真菌剂，可以使pst和其他Pho调节因子基因向上调节。这就说明pst系统的作用像一个钠苯甲酸脂的流出泵，正如在分支杆菌属观察到的一样。大肠杆菌O157:H7株TW14359和Sakai暴露的氧化应激正调节pst操纵子和phoBR的转导。在酸震动条件下，Pho调节因子响应phoB调节剂包括EHEC O157:H7株FDA518。PhoB活化asr,一个基因编码酸震动蛋白需要大肠杆菌K-12在适当的酸性条件，去引导其他的酸震动蛋白。运用体内诱导抗原技术(IVIAT), PhoE和PhoA，外膜蛋白与不同阴离子的运输和胞质碱性磷酸酶有关，在先前被诊断为溶血和尿毒症并发症的病人血清里分别被鉴定有大肠杆菌O157:H7蛋白。这进一步证明Pho调节因子的成员是通过大肠杆菌致病菌的感染而被表达。

11.EHEC的毒力因子由phoBR调节

EHEC O157:H7 Sakai和DL933株被鉴定通过候选基因与公认的结合位点PhoB。在Sakai株，一些基因座被确认是通过phoB融合基因组文库lacZ被直接调节。Yoshida et al. (2010)证明出基因群esc0540-0544是通过Pho调节因子正调节的。这些基因群与埃希氏菌属siiCA-DA操纵子是同源的，它们编码了已被公认的RTX毒素，与1型分泌系统是同源的。虽然公认的大肠杆菌O157:H7 中的RTX毒素的功能没有被公布，但是已得出Pi传感可以调节EHEC的调节系统。

13. 结束语

致病性大肠杆菌存活需要不同的营养环境，包括Pi被限制的某些生态系统。

Pho调节因子的存活，不仅要控制磷酸盐的稳定状态，而且要参与复杂的网络联系工作，对细菌的毒力和应对应激都很重要。在这个系统中不适当的基因表达或抑制表达对细菌毒力会产生严重的结果。pst系统的基因突变或phoB的多重效应，都于大肠杆菌毒力特点的改变有关。虽然这些效应也许会影响某些条件下磷酸盐缺乏时的吸收，PhoBR TCRS调节也许跟被发现的大肠杆菌突变株Pst 和PhoB的多重效应有关。PhoB介导构成的Pho调节因子

的活力在减弱毒力和一些突变株共有的特性方面起重要的作用。Pho调节因子的活化还可以影响改变粘附素的表达和粘附细胞和组织的能力的改变。若要深入研究需要了解在Pho调节因子控制下大肠杆菌毒力基因相关的功能。

每年，家禽养殖业因为APEC高病死率的影响受到了极大的经济损失，一些ExPEC株可以感染家禽和哺乳动物，确定了某些APEC株可以引起动物传染病。EPEC和EHEC的感染还影响到人类的食品安全，动物福利，经济生产和环境生物安全。随着致病性细菌抵抗力的增强，探索新的预防方法和治疗措施是迫在眉睫的。研制出新的弱毒株疫苗可以发挥减弱Pst 和PhoBR突变株的优势，也可以改变构成Pho调节因子的活力。药物诱导Pst系统或直接影响PhoBR活力，对于中和细菌毒力和促进消除宿主体内病原体是很有效的治疗方法。

利益冲突声明

作者宣称没有利益冲突。

致谢