Tectorigenin通过靶向I型菌毛来对抗鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）的感染

《Microbiological Research》：Tectorigenin combats Salmonella Typhimurium infection through type I fimbriae targeting

沙门氏菌I型菌毛表达抑制及天然黄酮类化合物抗毒性机制研究。Tectorigenin通过调控fimA、fimD、fimF、fimH、fimI及STM0551等关键基因抑制菌毛合成，降低致病性并缓解小鼠肠道炎症。

　　

丁颖|黄文琳|张健|邱家章|周永林|王琳|王建峰

中国吉林省长春市吉林大学兽医医学院人畜共患病研究所、教育部人畜共患病重点实验室、严重人畜共患病诊断与治疗国家重点实验室

摘要

多重耐药性沙门氏菌Typhimurium血清型的发病率不断上升，迫切需要开发创新的治疗策略。针对细菌毒力因子已成为传统抗生素的有希望的替代方案。在这些因子中，I型菌毛是宿主定植和致病性的关键结构决定因素。在本研究中，我们探讨了从传统药用植物Belamcandae Rhizoma中分离出的天然黄酮类化合物Tectorigenin（TE）的抗毒力潜力。结果表明，TE通过直接作用于菌毛操纵子中的关键结构和调控基因（包括fimA、fimD、fimF、fimH、fimI和调控基因STM0551），显著抑制了S. Typhimurium的群集运动能力、生物膜形成和血凝能力。体内实验进一步证实，TE治疗可缓解S. Typhimurium感染小鼠的临床症状，有效减轻肠道炎症并保持上皮屏障的完整性。总体而言，这些发现表明TE是一种有效的抗毒力剂，能够靶向I型菌毛，为S. Typhimurium感染的管理提供一种新的非杀菌方法。

引言

沙门氏菌Typhimurium是一种革兰氏阴性、兼性细胞内病原体，是分离频率最高且多重耐药的沙门氏菌血清型之一（Havelaar等人，2015a，2015b）。它具有广泛的宿主范围，可引起人类和家畜（包括家禽、猪、马和牛）的系统性疾病和胃肠道疾病（Johnson等人，2018a，2018b；Li等人，2023b）。S. Typhimurium在自然界中普遍存在，存在于土壤、水体和动物肠道中。传播通常通过摄入受污染的食物或水经粪-口途径发生。虽然感染往往是自限性的，但可能导致严重的慢性并发症（Gangathraprabhu等人，2020）。鉴于其临床重要性，有效的治疗干预措施至关重要。然而，由于多重耐药性的出现，传统抗生素疗法受到了严重限制。目前，S. Typhimurium菌株已对环丙沙星和头孢曲松等一线抗生素产生耐药性，因此迫切需要开发新的治疗策略（Guo等人，2025）。

S. Typhimurium的致病性依赖于一系列对宿主定植、细胞内存活和扩散至关重要的毒力因子。这些因子包括沙门氏菌致病性岛、毒力质粒、肠毒素以及菌毛和鞭毛等结构成分（Liu等人，2019）。其中，菌毛对细菌的粘附至关重要。沙门氏菌通过表达多种类型的菌毛，能够有效地粘附于各种宿主组织（Yue等人，2012）。I型菌毛是沙门氏菌中最主要的菌毛结构，在感染过程中提供必要的支持。它们促进细菌向上皮细胞的趋化性，并介导与宿主组织蛋白上特定受体的结合（Zeiner等人，2012）。此外，I型菌毛直接参与生物膜的形成，这增强了细菌对环境变化的抵抗力，并保护细菌免受宿主免疫反应和抗菌剂的攻击（Meng等人，2025）。

I型菌毛由fim基因簇编码，该基因簇包含多个结构和调控基因，包括fimA、fimC、fimD、fimF、fimH、fimI、fimW、fimY、fimZ和stm0551（Uchiya等人，2019），以及一个tRNA-Arg转运蛋白。前六个基因编码结构和组装蛋白，其中fimA编码构成菌毛骨架的主要亚基，而fimH位于菌毛的远端，介导与宿主细胞的特异性粘附（Clegg SHughes 2002）。这些结构基因的转录受到fimW、fimY、fimZ和stm0551的严格调控（Saini等人，2009；Kuan NLYeh，2019）。FimY和FimZ蛋白的启动子之间存在交叉激活作用，形成正反馈循环，强烈刺激菌毛的表达（Clegg SHughes 2002）。相反，高拷贝的fimZ表达会诱导fimY的表达，进而触发fimW的表达以抑制fimY的启动子（Klasa等人，2020）。FimW作为抑制因子，在菌毛生长受到抑制时其表达水平会上升，尤其是在细菌在固体培养基上生长时（Wang等人，2012）。此外，位于fimY和fimW之间的stm0551是I型菌毛的负调控因子（Ku?mińska-Bajor等人，2015）。证据表明，I型菌毛会引发强烈的肠道炎症反应。与缺乏菌毛的菌株相比，野生型沙门氏菌感染显著增加了促炎细胞因子（如IL-1β、IL-6和IL-12β）的水平（Rong等人，2023）。这些特征突显了I型菌毛在增强沙门氏菌致病性方面的作用。

Tectorigenin（TE）是从Belamcandae Rhizoma中分离出的天然黄酮类化合物。它具有广泛的药理活性，包括抗炎、抗氧化、抗癌和神经保护作用。其抗菌潜力最早在2001年被发现，对幽门螺杆菌菌株（MIC 50-100 μg/mL）（Oh等人，2001）和皮肤真菌（如红色毛癣菌；MIC 3.12-6.25 μg/mL）（Bae等人，2001）有效。最近的研究表明，TE通过抑制ATP酶活性和增加膜通透性来对抗耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）（Joung等人，2014）。在产气荚膜梭菌中，TE通过靶向IV型菌毛显著抑制其滑动运动能力、生物膜形成和对Caco-2细胞的粘附（Liu等人，2019）。尽管有这些发现，TE对S. Typhimurium感染及其I型菌毛功能的影响尚未得到研究。

在本研究中，我们证明TE显著抑制了S. Typhimurium的群集运动能力和生物膜形成，而不影响细菌的存活能力。通过使用透射电子显微镜（TEM）、血凝试验和RT-qPCR，我们确定了这些表型的主要机制：TE对I型菌毛表达的强烈抑制。随后，在小鼠模型中验证了TE对S. Typhimurium感染的治疗效果，有效减轻了全身性和肠道病变。总之，我们的结果证实TE是一种针对I型菌毛的新型抗毒力剂。这些发现不仅将TE作为治疗S. Typhimurium感染的有希望的治疗候选物，还为开发创新的非杀菌抗感染策略提供了坚实的理论基础。

部分摘录

细菌菌株、生长条件和天然化合物

本研究中使用的S. Typhimurium SL1344菌株由中国扬州大学兽医医学院的王艳红博士慷慨提供。细菌菌株保存在30%甘油中，温度为-80°C。ΔfimA突变体由我们的实验室构建并维持。S. Typhimurium SL1344的ΔfimH突变体由王珊珊赠送。构建敲除菌株的方法和引物在补充材料中有描述。细菌的接种比例为

Tectorigenin抑制S. Typhimurium的群集运动能力而不影响其生长

通过筛选天然生物活性化合物，我们发现TE是S. Typhimurium运动能力的强效抑制剂。TE的化学结构如图1A所示（Hall等人，2018）。运动能力试验表明，TE在0至64 μg/mL的浓度范围内对S. Typhimurium SL1344的群集运动能力具有浓度依赖性的抑制作用。值得注意的是，TE对游泳运动能力没有显著影响（图1B）。最低抑制浓度

讨论

沙门氏菌是全球食品安全的主要威胁之一，其污染经常导致严重的食源性疾病暴发（Scallan等人，2011；Qamar等人，2022）。自20世纪90年代以来，由于历史上过度使用抗菌剂，家禽养殖中出现了多重耐药性沙门氏菌菌株，这已成为一个严重的公共卫生危机。尽管疫苗开发常常受到技术复杂性和漫长临床周期的阻碍，但

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（2021YFD1801000）和中国国家自然科学基金（项目编号U23A20242）的支持。

CRediT作者贡献声明

王建峰和王琳负责监督研究。丁颖完成了大部分实验并撰写了手稿。黄文琳参与了实验的完成和手稿的修订。张健、邱家章和周永林进行了实验并协助样本收集。所有数据均为内部生成，未使用任何第三方数据服务。所有作者同意对工作的所有方面负责，确保数据的完整性和准确性。

CRediT作者贡献声明

丁颖：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法学、实验设计、数据分析、概念化。周永林：监督、资源协调、实验设计。邱家章：监督、项目管理、方法学、实验设计、资金筹集。张健：验证、方法学、实验设计。黄文琳：初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法学、数据分析。

致谢

不适用。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

出版同意

不适用。