脂质组学分析猪繁殖与呼吸综合征病毒继发性感染细菌及其宿主

《Microbial Pathogenesis》：Lipid profiling of the secondary infecting bacteria with porcine reproductive and respiratory syndrome virus, including Streptococcus suis serotype 2, and their hosts

　　

本研究分析了伴随猪繁殖与呼吸综合征病毒（Porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV）感染的常见细菌的脂质成分，以及宿主的脂质谱。研究人员采用液相色谱-电喷雾电离串联质谱法（Liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry, LC-MS-MS）分析了2型猪链球菌（Streptococcus suis serotype 2, SS2）、兽疫链球菌（Streptococcus equi subsp. zooepidemicus, SZ）、7型胸膜肺炎放线杆菌（Actinobacillus pleuropneumoniae serotype 7, APP7）、5型副猪嗜血杆菌（Haemophilus parasuis serotype 5, HP5）和A型多杀性巴氏杆菌（Pasteurella multocida type A, PM）。在这些细菌中检测到了磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine, PC）、氧化PC、磷脂酰乙醇胺（Phosphatidylethanolamine, PE）、磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol, PI）、溶血磷脂（Lysophospholipids, LPLs）[溶血磷脂酸（Lysophosphatidic acid, LPA）、溶血磷脂酰胆碱（Lysophosphatidylcholine, LPC）、溶血磷脂酰乙醇胺（Lysophosphatidylethanolamine, LPE）、溶血磷脂酰肌醇（Lysophosphatidylinositol, LPI）]、脂肪酸（Fatty acids, FAs）及其代谢物[花生四烯酸（Arachidonic acid, 20:4 AA）、二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid, 22:6 DHA）、前列腺素（Prostaglandins）、环氧二十碳三烯酸（Epoxyeicosatrienoic acid, EET）]。同时还检测到了鞘脂[神经酰胺（Ceramide, Cer）、鞘磷脂（Sphingomyelin, SM）、1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine-1-phosphate, S1P）和脑苷脂（Cerebroside, Cb）]。研究人员收集了小鼠和猪模型的组织、血浆和细胞沉淀样本，以及细胞模型，并使用上述方法进行了分析。所得脂质组学数据随后进行了统计学分析。获得了特定组织、雄性和雌性血浆以及细胞系（J774A.1和N2a）的脂质谱。组织病理学变化被认为与局部和循环水平的脂质谱有关。总体而言，研究人员实现了对五种细菌以及经SS2、脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）和PRRSV处理的宿主的脂质谱分析。这有助于理解细菌脂质生物学、微生物-宿主相互作用，并为对抗呼吸道感染的策略提供信息。

论文解读：PRRSV继发性感染细菌的脂质组学特征及其宿主互作机制

研究背景与意义

猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）被认为是导致猪多因子呼吸道疾病的关键病原体之一。该病毒会破坏巨噬细胞功能并抑制其非特异性杀菌活性，从而使猪只易继发感染多种细菌，如猪链球菌（Streptococcus suis）、兽疫链球菌（Streptococcus equi subsp. zooepidemicus, SZ）、胸膜肺炎放线杆菌（Actinobacillus pleuropneumoniae, APP）、副猪嗜血杆菌（Haemophilus parasuis, HP）和多杀性巴氏杆菌（Pasteurella multocida, PM）。这些继发性细菌感染或其代谢物会加剧PRRSV引发的炎症反应，共同导致急性肺损伤和猪呼吸道病综合征（Porcine respiratory disease complex, PRDC）。在这一过程中，细菌和宿主通过调整自身的脂质代谢来克服组织细胞的物理和免疫屏障，营造利于感染的微环境。尽管已知许多细菌分泌磷脂可诱发肺动脉高压，且PRRSV与猪链球菌共感染会上调花生四烯酸（Arachidonic acid, AA）代谢，但关于PRRSV继发性感染相关细菌的脂质谱及其与宿主互作的具体机制仍不明确。因此，本研究旨在填补这一空白，通过分析细菌和宿主的脂质组成，为理解细菌脂质生物学及开发针对呼吸道感染的治疗策略提供依据。

关键技术方法

研究人员主要采用液相色谱-电喷雾电离串联质谱法（LC-MS-MS）对细菌、宿主组织及细胞模型进行脂质组学分析。实验对象包括五种继发性感染细菌（SS2、SZ、APP7、HP5、PM）的细胞沉淀，以及经SS2感染的小鼠（模拟链球菌中毒性休克综合征STSS）、经脂多糖（LPS）处理的小鼠和经PRRSV感染的仔猪的组织、血浆样本。细胞模型选用了小鼠巨噬细胞样细胞系J774A.1和小鼠神经母细胞瘤细胞系N2a。数据分析采用了主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）和偏最小二乘判别分析（Partial Least Squares Discriminant Analysis, PLS-DA）等多元统计方法。

研究结果

1. 继发性感染细菌的脂质谱 (Lipid profile of secondary infecting bacteria)

研究人员通过LC-MS-MS分析发现，在所检测的五种细菌细胞沉淀中，磷脂酸（Phosphatidic acid, PA）的多种物种（如16:0 18:2 PA等）未被检测到，但检测到了溶血磷脂酸（LPA）的部分物种（如17:0 LPA、18:1 LPA和22:6 LPA）。相比之下，磷脂酰胆碱（PC）的多个物种（如16:0 18:2 PC、16:0 20:4 PC等）在五种细菌中均被检测到，表明PC是这些细菌细胞膜的主要成分之一。此外，研究还鉴定了氧化PC、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰肌醇（PI）、溶血磷脂（LPLs）以及鞘脂类（如神经酰胺Cer、鞘磷脂SM、1-磷酸鞘氨醇S1P和脑苷脂Cb）的存在。这首次揭示了这些继发性病原体的详细脂质组成。

2. 宿主脂质谱分析

在SS2感染的小鼠模型中，研究人员观察到感染后小鼠特定组织（如肝脏、脾脏、肺脏）和血浆中的脂质谱发生了显著变化。这些变化与组织病理学的改变密切相关，表明脂质代谢紊乱可能是STSS发病机制中的重要环节。在LPS处理的小鼠模型中，肺部脂质谱的改变提示了炎症应激对宿主脂质代谢的直接影响。而在PRRSV感染的仔猪模型中，肺部组织的脂质组学数据显示，病毒感染导致了特定的脂质分子（如某些磷脂和鞘脂）丰度的改变，这为理解PRRSV致病的分子机制提供了新的视角。

3. 讨论 (Discussion)

研究人员指出，目前关于细菌中磷脂和鞘脂的知识仍然有限。本研究首次揭示了SS2、SZ、APP7、HP5和PM这五种PRRSV继发性感染细菌的脂质组成，证实了这些细菌能够从头合成多种磷脂和鞘脂类别。虽然PA是细菌磷脂的前体，但在本研究中未在细菌细胞沉淀中检测到多种PA物种，这可能与PA在膜中的低丰度或其快速转化为其他脂质有关。研究结果表明，这些细菌的脂质谱具有独特性，且与宿主的脂质代谢存在复杂的相互作用。

4. 结论 (Conclusion)

综上所述，本研究的结果首次揭示了与PRRSV共同感染宿主的五种细菌的脂质组成。其次，研究人员提供了SS2感染小鼠、LPS处理小鼠以及PRRSV感染仔猪的全面且具可比性的磷脂和鞘脂谱。这项研究为细菌脂质生物学提供了宝贵的新见解，并为探索针对呼吸道感染的生物标志物和策略开辟了新途径。该研究强调了脂质组学在解析微生物-宿主互作及疾病发病机制中的重要性。