综述：超越单一物种：在新定义的具核梭杆菌复合体中绘制毒力特征图谱

《Virulence》：Beyond a single species: Mapping virulence traits across the redefined Fusobacterium nucleatum complex

这篇叙事性综述旨在系统梳理具核梭杆菌（Fn）复合体不同成员（如前亚种/物种Fnuc、Fpo、Fan、Fvn、Fwat）在毒力因子上的差异。作者着重分析了各成员的分泌系统（特别是V型）、免疫调节、生物膜形成、代谢适应等关键特征，强调精确的物种鉴定对于理解其在不同疾病（如结直肠癌、牙周病）中致病潜力的重要性。

　　

引言：一个不断演变的分类群

具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum sensu lato, Fn）曾长期被视为单一物种，后被细分为四个亚种（nucleatum, polymorphum, animalis, vincentii/fusiforme）。2022年，这些亚种被确认为独立的物种。此外，还提出了该复合体的新成员，如 F. watanabei(Fwat) 和 F. paranimalissp. nov.。鉴于Fn与多种疾病（如牙周炎、结直肠癌^1–8）的关联日益增多，识别（亚）种特异性的毒力因子变得至关重要。本文将聚焦于这些不同物种的致病潜力差异。

生态位特异性

不同的Fn种群占据特定的生态位。例如，Fan在肠道（尤其是结直肠癌¹⁷、2型糖尿病、克罗恩病）中最为普遍；Fpo在口腔和肠道均有发现；Fvn主要存在于口腔²⁹。这种分布差异为其致病性的不同提供了生态学基础。

分泌系统与毒力因子

Fn的致病性很大程度上依赖于其分泌的毒力因子，其中V型分泌系统（TVSS）尤为重要。

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  V型分泌系统（TVSS）概览
  TVSS在革兰氏阴性菌中普遍存在，Fn主要依赖该系统进行蛋白转运，尤其是其多种亚型（TVa至TVe）^33–36。该系统将表面暴露或分泌的效应蛋白（如粘附素、蛋白酶）输送到细胞外，介导与宿主细胞的相互作用。基因组分析显示，Fnuc和Fvn缺乏III型、IV型分泌系统及伴侣-引物通路，主要依赖Sec转运子和TVSS^12,35。
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  Va型分泌系统及其相关粘附素
  TVaSS是Fn中最丰富的分泌系统之一，其编码的粘附素在不同物种间分布各异^11,16。
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    关键粘附素：包括Fap2、RadD、Aim1、CmpA和丝氨酸蛋白酶Fusolisin。其中Fap2最为普遍，存在于几乎所有Fpo菌株及大多数其他Fn物种中，与结直肠癌和早产有关^11,46。RadD在除Fpo外的大多数物种中高度保守，介导与多种细菌的粘附，并参与淋巴细胞凋亡^11,48,74,75。Aim1在Fan、Fvn和Fnuc中常见，但在Fpo中大多缺失¹¹。CmpA在所有物种中的分布较为广泛¹¹。Fusolisin是一种丝氨酸蛋白酶，在几乎所有被研究的梭杆菌物种中都至少有一个拷贝，参与组织损伤和免疫逃逸^11,51,59。
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    FadA家族：FadA是Fn特有的粘附素，通过结合宿主E-钙粘蛋白（E-cadherin）和VE-钙粘蛋白介导粘附、侵袭和内皮细胞通透性增加^45,60,67,68。其同源基因fadA2（RapA）和fadA3的分布有所不同，fadA2在Fvn和Fnuc中普遍存在，但在Fpo中除少数菌株外基本缺失；fadA3则在几乎所有菌株中以多拷贝形式高度保守¹¹。
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    其他因子：FAD-I（在Fnuc中发现）可诱导人β-防御素2（hBD-2）的表达^76,77。MORN2结构域蛋白在侵袭性Fn物种中富集，可能参与粘附和形成“对接与侵袭网络”^36,45。
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  Vb型和Vc型分泌系统
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    Vb型（TVbSS，双伴侣分泌系统）：由TpsA（效应蛋白）和TpsB（转运蛋白）组成，可能涉及溶血、细胞溶解、粘附和接触依赖性生长抑制等功能^35,36,40。Fnuc编码了最多的相关功能基因³⁶。
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    Vc型（TVcSS，三聚体自转运粘附素）：形成长纤维结构，如CbpF可以结合宿主细胞上的CEACAM1⁸⁶。有趣的是，Fwat比其他物种更富含T5cSS，这是其区别于Fan的一个特征¹¹。

IV型接合菌毛

Fn含有一个简化的IV型接合菌毛（Tfp）基因位点，可能参与粘附和自然感受态（外源DNA摄取）⁹⁹。然而，关键组装基因（如pilM, pilO, pilP）的缺失以及Fnuc ATCC 25586中pilQ基因的移码突变，可能使其Tfp在自然感受态和抽搐运动方面功能不全⁹⁹。

代谢特征

不同Fn物种的代谢能力差异显著，与其生态位适应和疾病关联密切相关。

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  乙醇胺（EA）和1,2-丙二醇（1,2PD）利用：Fan拥有eut和pdu操纵子，能在胃肠道环境中利用EA和1,2PD，并上调fap2、cmpA、fusolisin等毒力基因，促进其在结直肠癌等肠道环境中的适应¹⁷。而Fwat缺乏这些操纵子^11,17。
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  酸应激抵抗：Fan特有的谷氨酸依赖性耐酸系统（GDAR）¹⁷，以及Fn细胞膜中单不饱和脂肪酸的增加¹⁰⁶，有助于其抵抗胃酸，成功定植于肠道。
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  铁获取系统：Fan和Fpo表现出较高的铁获取能力。Fan尤其富含FeoAB等高亲和力亚铁转运系统，这可能为其在铁限制环境（如肿瘤组织）中提供生长优势^29,30。
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  氨基酸合成：Fpo和F. periodonticum拥有广泛的氨基酸生物合成途径，增强了其在复杂生物膜环境中的代谢独立性^29,30,128。
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  对宿主氧化还原平衡的影响：Fan定植的小鼠模型中，氧化型与还原型谷胱甘肽比值（GSSG/GSH）升高，同时促炎前列腺素和神经酰胺等促癌代谢物水平增加，表明Fan驱动了一个促炎、促癌的肠道代谢状态¹⁷。

脂多糖

Fn的脂多糖（LPS）结构在不同菌株间存在显著化学变异性，影响其与免疫系统的相互作用^{130,134–137}。例如，Fan ATCC 51191的脂多糖具有独特的O抗原重复单元和双磷酸化六酰化脂质A结构，可能增强其与抑制性受体Siglec-7的结合^132,140,141。Fnuc JCM 8532（原ATCC 25586）的脂质A结构类似于大肠杆菌的化合物506，但毒性较低，其与宿主细胞的相互作用受血清成分（如sCD14）调节¹⁴⁴。此外，Fpo的LPS可能包含唾液酸，而Fnuc则缺乏相关的唾液酸转移酶基因^12,13。

唾液酸化能力

多种Fn物种能够de novo合成唾液酸用于表面唾液酸化（糖模拟），这可能有助于免疫逃逸^58,149。这种唾液酸化在纯培养中比在生物膜中更明显。除了免疫调节，唾液酸也可能被生物膜中的其他细菌（如Tannerella forsythia）用作碳源，支持口腔生物膜的生态^58,161。

外膜囊泡

Fn分泌的外膜囊泡（OMVs）富含多种毒力因子（如自转运粘附素、FadA、MORN2蛋白），可以递送LPS等免疫调节分子，激活TLR4等受体，诱导促炎细胞因子（如IL-8、TNF）的释放，从而促进炎症和组织破坏^79,165。OMVs还可携带生物活性核酸，影响宿主免疫和治疗抵抗^166,167。

侵袭潜力

Fn能够侵入宿主细胞（如牙龈成纤维细胞、结肠细胞），其中Fpo表现出最高的细胞内细菌载量，Fvn最低¹⁶⁸。其侵袭机制可能涉及“拉链”机制和TLR2/4的相互作用^{38,168,170–172}。此外，Fnuc能够结合并激活纤溶酶原，产生的纤溶酶可降解细胞外基质并激活基质金属蛋白酶（MMPs），增强组织侵袭能力¹⁷³。Fnuc还能结合并激活前MMP-9，进一步促进组织穿透^145,178。

免疫逃逸

Fn通过多种机制调节宿主免疫，营造免疫抑制微环境。

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  靶向抑制性受体：Fnuc通过其粘附素RadD直接结合自然杀伤细胞（NK细胞）等免疫细胞上的抑制性受体Siglec-7，从而抑制NK细胞的杀伤功能^48,190。Fan的LPS和OMVs也能结合Siglec-7，诱导单核细胞来源的树突状细胞和巨噬细胞表达IL-10、PD-L1，并下调CD86，促进促肿瘤的M2型巨噬细胞极化^{180,182,183,195}。此外，Fap2可结合TIGIT，CbpF可结合CEACAM1，通过多靶点抑制T细胞和NK细胞功能^86,204,205。
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  其他免疫调节因子：Fad-I可诱导hBD-2表达^76,77。梭杆菌免疫抑制蛋白（FIP）可抑制B细胞和T细胞增殖^209–211。不同物种对中性粒细胞活性的干扰能力也不同，例如Fpo比Fnuc或Fvn更能诱导中性粒细胞凋亡^18,213。

生物膜形成能力

Fn是口腔生物膜中的关键桥梁物种，其不同物种具有独特的结合特性。

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  种间共聚：Fpo通过其RadD特异性地与Streptococcus mutans的SpaP粘附素结合²¹⁶。Fn的RadD也是其与Clostridioides difficile共聚和增强后者生物膜形成的关键介质²¹⁷。Fn还能与多种口腔螺旋体（Treponemaspp.）发生特异性、蛋白依赖性的共聚²¹⁸，以及与Helicobacter pylori共聚²¹⁹。
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  遗传谱系与共现模式：结直肠癌相关的梭杆菌谱系L1倾向于与Streptococcus、Campylobacter、Gemella等生物膜相关类群共现，表明其参与生物膜样微生物聚集体³²。

裂解酶

Fn是口腔中强效的硫化氢（H₂S）生产者之一，其产生与牙周病相关^{227–229,235}。多种酶参与了这一过程，例如Fn1220（贡献了最主要的H₂S产量²³⁹）、Fn1055、Fn0625和Fn1419（L-甲硫氨酸γ-裂解酶）^{235,239–242}。此外，Fn的C-S裂解酶（如来自Fan的FnaPatB1和来自Fnuc的Fn0625）还能将半胱氨酸结合物代谢为有气味的硫醇，可能与口腔异味有关^240,243,244。

结论

具核梭杆菌复合体远非一个均一的群体，其不同成员在毒力因子库、代谢能力、生态偏好和免疫调节策略上存在显著差异。这些（亚）种特异性的特征深刻影响了它们在不同疾病（如结直肠癌与牙周病）中的致病潜力。精确的物种/菌株水平鉴定，对于理解其致病机制、开发针对性诊断和治疗方法至关重要。未来的研究需要更深入地探索这些差异的分子基础及其在疾病发生发展中的具体作用。