单增李斯特菌是一种重要的食源性致病菌，可导致严重的侵袭性感染，尤其在免疫力低下人群和孕妇中具有高死亡率。其致病性主要由多个毒力岛（Listeria Pathogenicity Islands, LIPIs）调控。毒力岛4（LIPI-4）是2016年新发现的毒力基因簇，最初在高致病性克隆复合体CC4中发现，被认为与神经侵袭和胎盘侵袭密切相关。随后的流行病学调查发现，LIPI-4也存在于中国占主导地位的人类感染序列型ST87（CC87）中，该菌株在食品和临床样本中均有检出，但LIPI-4的具体致病机制此前尚不明确。

本研究以中国新疆分离的ST87菌株LM928为对象，通过构建LIPI-4缺失突变体（ΔLIPI-4）和回补菌株，首次系统揭示了LIPI-4通过调控鞭毛形成，进而影响细菌运动性、宿主细胞粘附、侵袭、胞内增殖及细胞间扩散的全新机制。

LIPI-4缺失显著削弱细菌侵袭与胞内生存能力

研究人员系统评估了LIPI-4在感染不同宿主细胞过程中的作用。结果表明：

粘附与侵袭能力下降：与野生型菌株相比，ΔLIPI-4突变体对多种细胞的粘附能力显著降低，包括人脑微血管内皮细胞（hCMEC/D3）、人绒毛膜滋养层细胞（HTR-8/Svneo）和巨噬细胞（RAW264.7）。其侵袭肠上皮细胞（Caco-2）、血脑屏障细胞和胎盘滋养层细胞的效率也明显减弱。

胞内增殖受损：在Caco-2、hCMEC/D3、HTR-8/Svneo和RAW264.7细胞内，ΔLIPI-4突变体的胞内增殖速度显著慢于野生型菌株。

细胞间扩散受限：斑块形成实验显示，ΔLIPI-4突变体在成纤维细胞（L929）单层中形成的斑块面积和数量显著减少，表明其细胞间扩散能力严重受损。

这些结果共同证明，LIPI-4是李斯特菌成功定植宿主、实现细胞内生存和扩散的关键毒力因子。

关键发现：LIPI-4正向调控鞭毛形成与细菌运动性

研究进一步探索了LIPI-4影响毒力的深层机制。出乎意料的是，LIPI-4的缺失并未影响细菌在常规或特定碳源培养基中的生长，但却严重破坏了细菌的运动性。

运动性丧失：在半固体琼脂和穿刺实验中，ΔLIPI-4突变体在28℃和37℃下的运动扩散圈显著小于野生型菌株。

鞭毛结构完全缺失：透射电镜观察发现，野生型菌株在28℃培养时100%的细菌能形成鞭毛（最多可达4根），而ΔLIPI-4突变体则完全无法形成鞭毛结构。

鞭毛基因表达下调：实时荧光定量PCR分析显示，ΔLIPI-4突变体中关键鞭毛蛋白基因flaA的表达量急剧下降了35.7倍，其他相关基因fliI、flgK和调控基因degU的表达也显著下调。

这表明LIPI-4是鞭毛生物合成的正调控因子，其缺失通过抑制鞭毛基因表达，导致细菌失去运动器官，这可能是其毒力减弱的核心原因。

转录组学揭示代谢重编程是LIPI-4调控鞭毛的关键路径

为了全面解析LIPI-4的全局调控网络，研究人员对野生型和ΔLIPI-4菌株在28℃和37℃下进行了转录组测序分析。

显著基因表达变化：在28℃和℃下，分别有237个和463个基因的表达发生显著改变。有趣的是，鞭毛组装相关基因的表达并未广泛下调，除flaA外，部分基因甚至出现上调。

糖转运系统被异常激活：最显著的发现是，ΔLIPI-4突变体中编码糖ABC转运蛋白的一系列相邻基因（lmo0178-lmo0181）表达量极度上调（在28℃上调高达64至290倍）。这些蛋白负责摄取糖类等营养物质。

代谢通路富集：KEGG通路分析表明，差异表达基因显著富集于“不同环境中的微生物代谢”和“碳代谢”等通路。GO分析也显示，磷酸转移酶系统（PTS）和碳水化合物转运过程受到显著影响。

研究人员提出一个能量分配假说：LIPI-4可能作为代谢调节器，平衡细菌的能量利用。当其缺失时，细菌可能通过过度激活高效的ABC糖转运系统来补偿可能的营养摄取缺陷，但这消耗了大量能量。而鞭毛的合成与组装是一个极为耗能的过程，在能量资源有限的情况下，细菌优先将能量分配给基础代谢和营养获取，而非鞭毛合成，从而导致鞭毛形成失败和运动性丧失。

结论与展望

本研究首次深入阐明了LIPI-4这一新型毒力岛在李斯特菌致病过程中的分子机制。LIPI-4并非通过直接影响生长，而是通过调控全局代谢网络，特别是碳代谢和能量分配，来正向调控鞭毛的生物合成。完整的鞭毛结构继而赋予细菌运动能力，这对于其有效粘附、侵袭宿主细胞以及在细胞间扩散至关重要。

这项发现不仅增进了对李斯特菌高致病性克隆（如ST87）毒力调控的理解，也为开发针对细菌运动性和代谢途径的新型抗菌策略提供了潜在靶点。未来研究可进一步验证能量分配假说，并探索靶向LIPI-4或其调控网络以削弱李斯特菌感染能力的可能性。

参考文献：

[1]Liu C, Ma X, Jia B, Qian R, Gao S, Liu L, Qi Y, Yin Z, Hu G, Wang J. Function analysis of LIPI-4 in Listeria monocytogenes reveals a key role of flagella formation in the regulation of virulence. Virulence. 2025 Dec;16(1):2543144. doi: 10.1080/21505594.2025.2543144. Epub 2025 Aug 6. PMID: 40754683; PMCID: PMC12330269.