《International Microbiology》：Cholesterol sulfate signaling facilitates persistent colonization of mucoid-coccoid H. pylori in gastric environment
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本研究针对幽门螺杆菌为何依赖胃环境中丰富的胆固醇及其衍生物这一关键问题，探究了胆固醇或胆固醇硫酸盐是否作为信号分子发挥作用。通过在含有特定浓度胆固醇的培养液中孵育螺型H. pylori，研究人员发现，高浓度胆固醇诱导其转化为具粘液荚膜的球菌形态（m-coccoids）。这种形态转化伴随着细菌信号基因表达上调、生物膜形成增强、运动性提高，以及对热、酸、盐、氧、抗生素和阿托伐他汀（ATV）等应激的抵抗力显著提升。研究证实胆固醇硫酸盐（CS）通过激活细菌信号系统介导了这种适应性形态转变。这一发现阐明了幽门螺杆菌在富含CS的胃环境中选择性定植并抵抗压力的一种新机制，为理解其持续性感染和治疗提供了新的视角和潜在靶点。
胃部堪称一个充满挑战的生存环境：强酸、消化酶、免疫系统以及食物流动带来的物理冲击。然而，幽门螺杆菌（Helicobacter pylori, H. pylori）却能在此“安家落户”，成为人群中一种常见的共生菌或病原体。长久以来，科学家们对H. pylori在胃部“定居”的秘密充满好奇。已知胃黏膜环境富含胆固醇及其衍生物，而H. pylori自身并不能合成胆固醇，也无法将其作为碳源代谢。那么，它对胃环境中的胆固醇如此依赖，背后究竟隐藏着怎样的生物学意义？是仅仅为了加固细胞膜，还是另有玄机？这些问题悬而未决，促使研究者们展开深入探索。
在这项发表于《International Microbiology》的研究中，研究人员独辟蹊径，提出一个新颖假说：胃环境中的胆固醇或其水溶性衍生物，可能不仅仅是H. pylori的结构性“建材”，更可能是启动细菌适应性变化的“信号分子”。为了验证这一猜想，他们设计了一系列精巧的实验。
研究者们首先将经典的螺旋形态（spiral）的H. pylori菌株，接种到含有不同浓度（50-250 μM）胆固醇的布鲁氏肉汤（Brucella Broth, BBR）中进行培养。经过72小时的微需氧孵育后，他们惊讶地发现了一个“变身”现象：在较低浓度（50和100 μM）胆固醇条件下，细菌仍保持螺旋形态，并形成典型的针尖状菌落；然而，在较高浓度（150和250 μM）胆固醇条件下，细菌竟然全部转化为一种新的形态——包裹在粘液荚膜中的球菌形态（mucoid colonies with coccoid bacteria, m-coccoids），形成了光滑粘稠的菌落。这表明高浓度的胆固醇能够特异性地诱导H. pylori发生形态转变。
为了探明这场“变身秀”的幕后机制，研究进一步深入。他们利用光镜、透射电镜和扫描电镜等技术，精细追踪了细菌在250 μM胆固醇培养液中随时间变化的形态学轨迹。结果显示，在培养的早期阶段（6-48小时），细菌呈螺旋状或开始聚集；而到了54小时之后，一个关键的转折点出现，细菌开始逐步转变为球菌形态，并相互连接成精巧的网状结构，最终在72小时完全变为m-coccoids。这种形态转变并非简单的退化，反而带来了功能的全面“升级”。
与它们的螺旋态“前身”相比，新生的m-coccoids表现出更旺盛的生命力和更强的环境适应力。运动性观察和鞭毛染色显示，m-coccoids的鞭毛数量更多，运动更加活跃。实时荧光定量PCR分析揭示，在转变过程中，与信号传导相关的基因如 homB（参与表面粘附和生物膜形成）、lepA（一种膜相关GTP酶，可能参与膜信号通路）和 luxS（产生群体感应信号分子AI-2）的表达均显著上调。扫描电镜结果更直观地展示了m-coccoids在固体表面快速形成致密生物膜的能力。最令人印象深刻的是其“超强抵抗力”：m-coccoids能够耐受高达65°C的高温、pH低至2-4的强酸环境、10%的高盐浓度，甚至可以在有氧条件下生长。在抗生素敏感性测试中，螺旋形态的H. pylori对除四环素外的多种抗生素敏感，而m-coccoids则对除了利福平之外的所有测试抗生素都表现出抗性。这种全面的“压力抵抗表型”暗示着，胆固醇诱导的转变可能是H. pylori应对胃内及外界治疗压力的一个关键生存策略。
那么，胆固醇究竟是如何“下达”变身指令的呢？研究者们将目光投向了胆固醇硫酸盐。他们推测，实验所用的商业胆固醇原料中可能含有少量水溶性的杂质——胆固醇硫酸盐。胆固醇硫酸盐（Cholesterol Sulfate, CS）是胃黏膜上皮中含量丰富的一种稳定酸性脂质，恰好具备作为水溶性信号分子的条件。为了验证CS信号通路的存在并寻找干预点，研究引入了临床常用的降胆固醇药物阿托伐他汀（Atorvastatin, ATV）。ATV在动物细胞中通过抑制甲羟戊酸通路来阻断胆固醇合成，并能干扰如Rho GTPases等依赖于异戊烯化修饰的信号蛋白功能。
实验设计非常巧妙：在螺旋H. pylori于含250 μM胆固醇的BBR中培养的同时，每隔6小时加入一次ATV。结果显示，如果在培养54小时之前（即形态转变启动前）加入ATV，就能成功抑制螺旋菌向m-coccoids的转变，细菌最终仍形成典型的螺旋菌菌落；然而，如果在54小时之后（即转变过程启动后）再加入ATV，则无法阻止转变的完成，细菌最终仍形成粘液-球菌菌落。这一“时间窗口”效应强烈提示，胆固醇/CS很可能通过激活一个对ATV敏感的信号转导级联反应（例如依赖于异戊烯化G蛋白或小型GTP酶的信号通路）来启动形态转变程序，一旦程序启动，ATV便难以逆转。
综合所有发现，本研究描绘出一个清晰的图景：胃环境中高浓度的胆固醇，特别是其水溶性衍生物胆固醇硫酸盐，可作为关键的信号分子被H. pylori感知。这种信号通过激活细菌内部（可能涉及群体感应及类似真核生物的蛋白激酶C等）的信号转导网络，触发一系列基因表达和生理变化，最终导致螺旋型H. pylori转化为具有粘液荚膜的球菌形态（m-coccoids）。这种“终极形态”不仅保留了活性与可培养性，更获得了包括多重抗生素耐药性在内的、对多种胃内及治疗相关应激条件的强大抵抗力。这为解释为何H. pylori能选择性地、顽固地定植于富含CS的胃黏膜，并在抗菌治疗压力下持续存在提供了全新的机制见解。研究也提示，靶向胆固醇/CS信号通路（例如利用他汀类药物与抗生素联用），可能成为克服H. pylori耐药性、提高根除疗效的一个有前景的新策略。
