J Extracell Vesicles：碱性休克蛋白(Asp23)控制的细胞壁失衡促进了金黄色葡萄球菌的膜泡生物发生

细胞外囊泡，也被称为膜囊泡(MVs)，是纳米级的球形双层结构，由所有三个生命领域的物种(原核生物、真核生物和古细菌)产生。与活菌结构相似，MVs携带多种蛋白质、核酸和脂质，可在细菌通讯、营养获取、DNA转移、生物膜形成、抗生素耐药性、免疫调节和发病机制中发挥作用。除了这些多方面的生理作用外，mv现在作为潜在的感染性生物标志物、细菌疫苗、癌症免疫治疗剂和药物递送平台引起了人们的关注。

囊泡形成是一个复杂的过程，迄今为止，革兰氏阴性菌中已经确定了两种主要机制。一种涉及活细胞膜材料的囊泡形成，这是由细胞包膜干扰引起的，如肽聚糖生物合成不平衡，质周间隙错误折叠蛋白质的积累，或疏水分子嵌入外膜，产生“经典”mv (b型mv)。第二种途径是由基因毒性应激触发的爆炸性细胞裂解的结果，该应激激活了原噬菌体来源的内溶素的表达，导致肽聚糖层的降解和细胞裂解。破碎膜组分的自组装随后产生“爆炸性”mv (e型mv)。

与革兰氏阴性菌的爆发式细胞裂解类似，革兰氏阳性菌也可以通过原噬菌体编码的内溶素产生的肽聚糖层上的孔突出其细胞质膜。外化膜随后作为爆炸性细胞质膜囊泡(ecmv)释放。然而，与革兰氏阴性菌的爆炸性细胞裂解不同，革兰氏阳性细胞在ECMV生物发生过程中不会完全裂解，而是形成鬼细胞。这一过程后来被命名为“冒泡细胞死亡”，已在几种革兰氏阳性物种中得到记录，然而，对革兰氏阳性菌中MVs的生物发生和遗传调控的认识仍处于起步阶段，落后于革兰氏阴性菌中MVs的认识。

金黄色葡萄球菌是世界范围内的一种危险感染源，已被广泛用作研究革兰氏阳性菌中MVs生物发生的模式生物。除了上述泡泡细胞死亡机制外，金黄色葡萄球菌中的囊泡也被认为是通过泡泡机制发生的，在泡泡机制中，两亲性酚溶性调节素(psm)破坏细胞质膜，然后在被肽聚糖自溶素削弱后，通过细胞壁分泌MVs。为了支持这一模型，主要的自溶素编码基因sle和atl的缺失减少了金黄色葡萄球菌MVs的释放，这与它们在肽聚糖降解中的作用一致。最近，三角洲溶血素Hld被证明可以调节囊泡形成并影响金黄色葡萄球菌mv的特性。然而，控制金黄色葡萄球菌MV生物发生和细胞壁传输的遗传决定因素和潜在机制在很大程度上仍然未知。

图片来源：https://doi.org/10.1002/jev2.12501

近日，来自陆军医科大学第二附属医院的研究者们在J Extracell Vesicles杂志上发表了题为“Alkaline shock protein 23 (Asp23)-controlled cell wall imbalance promotes membrane vesicle biogenesis in Staphylococcus aureus”的文章，本研究对金黄色葡萄球菌囊泡形成的决定因素进行了研究，并促进了对金黄色葡萄球菌膜囊泡生物发生生理学的认识。

膜囊泡(mv)是生命各个领域的物种都能产生的，具有多种生理功能和广阔的应用前景。虽然革兰氏阴性菌的囊泡机制已经确立，但革兰氏阳性菌中负责MV生物发生的遗传决定因素和调节因子在很大程度上仍然未知。

透射电镜观察其MV形态

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在本研究中，研究者证明了替代sigma因子B (SigB)中的Q225P替代通过阻碍SigB与asp23启动子的特异性结合，从而抑制碱性休克蛋白23 (Asp23)的表达，从而触发金黄色葡萄球菌菌株Newman的MV产生。Asp23的等基因缺失也促进了Newman中MV的形成，证实了sigB和asp23在调节金黄色葡萄球菌囊泡中所起的关键作用。虽然细菌的生长和细胞质膜的流动性没有受到损害，但asp23突变会削弱细胞壁并增强自溶，这与调节鼠蛋白水解酶活性的α型psm和lrgAB表达减少一致。TEM和蛋白质组学分析表明，Newman和asp缺失突变体产生的mv形态和组成几乎相同，但asp23缺失突变体产生的mv中毒力相关因子显著富集。

Asp23启动子中预测的sigb结合位点

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综上所述，本研究表明Q225P点突变通过削弱SigB与asp23的结合来降低asp23的表达，Asp23的缺失或抑制通过不同的途径触发MV的产生，这些途径可能涉及lrgaba控制的细胞自溶和psm α介导的MV破坏。这些结果强调了sigB和asp在调节金黄色葡萄球菌MV生物发生中的重要意义，并促进了人们对金黄色葡萄球菌囊泡的认识。(生物谷 Bioon.com）

参考文献

Jia Li et al. Alkaline shock protein 23 (Asp23)-controlled cell wall imbalance promotes membrane vesicle biogenesis in Staphylococcus aureus. J Extracell Vesicles. 2024 Sep;13(9):e12501. doi: 10.1002/jev2.12501.