双精氨酸转运系统是布鲁氏菌重要的抗胁迫和毒力决定因子

布鲁氏菌病是人、家畜等哺乳动物感染布鲁氏菌而导致的重要的人兽共患病，在世界范围内多有发生。此病不仅给养殖业带来严重的经济损失，还有引发严重公共卫生问题的风险。布鲁氏菌可通过呼吸、进食等途径进入机体，随后被巨噬细胞所吞噬；它是典型的胞内菌，可以在巨噬细胞中存活并复制，进而可以长期存在于体内。布鲁氏菌与宿主的相互作用过程中利用一些特殊的系统，如四型分泌系统（Type IV secretion system）。此系统可以感应巨噬细胞内酸性环境，从而启动表达、分泌效应蛋白以影响宿主，帮助布鲁氏菌完成感染巨噬细胞并实现存活与复制。所以，分泌系统对于布鲁氏菌与宿主互作时发挥重要的作用。双精氨酸系统（Twinarginine translocation system，Tat）是植物和细菌中常见的蛋白转运系统，通常由tatABC 3 个基因编码。它的转运底物一般是包含两个精氨酸的信号肽（其基序S-R-R-x-F-L-K）的已折叠蛋白；转运过程一般是从胞质转移到膜上、周质空间或者分泌到胞外。

近期，《Infection and Immunity》发表了双精氨酸转运系统对布鲁氏菌发挥完整毒力至关重要的研究。该研究首先在马耳他种布鲁氏菌M28 基因组中鉴定了一套双精氨酸转运系统，利用tatA 的基因缺失株，研究者发现Tat 系统缺陷的布鲁氏菌在体外对膜刺激物SDS、金属螯合剂EDTA 和氧化刺激物H2O2的敏感性均大大增加，表明Tat 系统对维持布鲁氏菌外膜的完整性和抗氧化能力很重要。进一步在巨噬细胞和小鼠感染模型上研究的结果均显示了Tat 系统缺陷严重影响了布鲁氏菌感染巨噬细胞和小鼠的能力，表现为脾脏肿大不明显以及菌载量显著降低；此外，研究者还发现Tat 系统突变株感染小鼠后脾脏在肉芽肿形成、嗜中性粒细胞浸润、布鲁氏菌免疫反应性等病理指标上与野生型感染相比均有明显减弱。

为了进一步探索Tat 系统对毒力的影响是否与其转运底物有关，研究者首先利用三个生信分析工具，基于信号肽基序和切割位点等特征，筛选到布鲁氏菌M28 中至少有28 个蛋白可能通过Tat 系统转运。随后，研究者利用大肠杆菌酰胺酶报告系统，验证了其中至少23 个蛋白确实为Tat 系统的转运底物；这些底物可以被归类为ABC 转运蛋白、氧化还原酶、细胞壁合成酶等。最后，该研究成功构建了22 个Tat 底物的缺失株，进行了小鼠感染试验，结果显示，Tat 底物中的酰胺水解酶、L，D-转肽酶、ABC 转运蛋白和甲硫氨酸亚砜还原酶对布鲁氏菌发挥完整毒力有明显贡献；但是，布鲁氏菌Tat 系统缺陷导致的毒力减弱不能用单一的Tat 底物来解释，毒力的减弱可能是多种表型和底物共同作用的结果。

本研究首次对布鲁氏菌的Tat 底物进行了系统性的鉴定，并展示了Tat 系统及其转运底物在布鲁氏菌发挥毒力过程中的作用；为了解布鲁氏菌的病原学和毒力策略开辟了一条新的途径；同时，Tat缺失株作为一个弱毒株，可以为开发抗布鲁氏菌药物或减毒活疫苗提供重要的参考价值。未来的工作可以聚集于鉴定更多的Tat 底物、明确各个底物的生物学功能以及阐明各底物在细菌生理和感染中的具体作用和机制。

评述论文来源：XIN YAN,SEN HU,YAN YANG,et al. The twin arginine translocation system is important for stress resistance and virulence of Brucella melitensis [J].Infect Immun. 2020, 10: IAI.00389- 20. doi: 10.1128/IAI.00389-20.