颠覆认知！致病“元凶”单核细胞增多性李斯特菌，竟依赖宿主“免费糖”完成胞内增殖与致病

单增李斯特菌是一种臭名昭著的食源性病原体，能在宿主细胞胞质中快速复制并导致严重感染。长期以来，科学界普遍认为，李斯特菌在胞内主要依赖甘油和己糖磷酸（如葡萄糖-6-磷酸）作为碳源，而磷酸转移酶系统——一套负责摄取游离糖的“糖分进口系统”——在其胞内生活中被认为处于抑制状态。然而，威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队于2025年4月在《PLOS Pathogens》上发表的研究，彻底颠覆了这一传统认知。他们首次证明，磷酸转移酶系统（PTS）是李斯特菌在宿主细胞胞质中生存、增殖和致病不可或缺的关键因子。

传统代谢模型遭遇挑战：缺失甘油与己糖磷酸，细菌仍能存活

李斯特菌如何利用宿主细胞的营养物质进行快速复制，是其致病的关键。既往基于同位素示踪代谢组学的研究表明，该菌在胞内主要利用甘油进行分解代谢，并利用己糖磷酸进行合成代谢，形成所谓的“二分代谢”模式。

为验证这两种碳源是否是李斯特菌胞内生存的唯一必需碳源，研究团队构建了一系列基因敲除突变株：无法利用甘油的突变株（ΔglpD/ΔgolD）、无法利用己糖磷酸的突变株（ΔuhpT），以及两者都无法利用的“双敲”突变株（ΔglpD/ΔgolD/ΔuhpT）。体外实验证实，这些突变株确实失去了在相应单一碳源培养基中生长的能力。

然而，令人惊讶的结果出现了：当将这些突变株感染小鼠巨噬细胞时，即便完全丧失了甘油和己糖磷酸的利用能力，细菌仍然能够在宿主胞质内复制，其生长曲线与野生型菌株无异。在小鼠全身感染模型中，“双敲”突变株的毒力虽然有所下降（约10-100倍），但依然能建立起显著的感染负荷。这一发现强烈提示，李斯特菌在宿主体内必定还利用着其他尚未被充分认识的碳源来支持其生存。

意外的发现：毒力基因持续高表达的菌株，也在“吃糖”

为了系统地寻找这些“神秘”的碳源，研究人员采用了Biolog表型微阵列技术，对野生型菌株和一种毒力基因持续高表达的突变株[PrfA* (G145S)]进行了大规模碳源代谢筛查。PrfA是李斯特菌毒力基因的主调控因子，传统模型认为，PrfA激活时会抑制PTS系统的功能。

筛查结果出人意料：野生型菌株和PrfA*突变株在碳源利用谱上高度相似。两者都能有效利用一系列由PTS介导摄取的游离糖，例如某些糖苷类物质。这一发现与“胞内李斯特菌不使用PTS”的既有观点直接矛盾，暗示PTS系统可能并非胞内代谢的旁观者，而是积极的参与者。

关键证据：敲除PTS通用“发动机”，细菌胞内生长完全停滞

PTS系统包含多种针对不同糖的转运蛋白，但它们都共享两个通用磷酸载体蛋白：PtsI (EI) 和 PtsH (HPr)。这两个蛋白好比整个PTS系统的“发动机”，是任何PTS功能运转的必需条件。

研究团队构建了缺失这两个关键蛋白的突变株（ΔptsI 和 ΔptsH），以完全废除所有PTS的功能。结果令人震惊：

巨噬细胞内生长完全缺陷： ΔptsI 和 ΔptsH 突变株在感染巨噬细胞后，完全丧失了胞内复制能力，细菌数量无法增长。

体内毒力严重受损：在小鼠感染模型中，ΔptsI突变株的毒力衰减了500至5000倍，其影响远超仅缺失甘油和己糖磷酸的突变株。

叠加效应：当将PTS功能缺失（ΔptsI）与甘油/己糖磷酸利用缺失（ΔglpD/ΔgolD/ΔuhpT）相结合时，产生的三重突变株毒力衰减进一步加剧，显示出这些代谢途径在致病过程中的独立且叠加的贡献。

这些铁证表明，PTS系统是李斯特菌在胞质内成功建立感染的关键毒力决定因素。

排除干扰：毒力缺陷源于代谢“断粮”，而非基因表达紊乱

一个可能的质疑是：PTS的缺失是否通过影响毒力主调控因子PrfA的活性，间接导致了毒力下降？为了回答这个问题，研究人员在ΔptsI突变株中引入了持续激活的PrfA* (G145S)突变。

毒力未被挽救： 即使PrfA被强制持续激活，ΔptsI突变株的体内毒力缺陷并未得到恢复。这表明，毒力衰减的根本原因在于代谢途径的破坏（即“断粮”），而不在于毒力基因的表达调控失灵。

毒力因子活性反而增强：溶血实验进一步证实，ΔptsI突变株分泌的溶血素O（LLO，一种关键毒力因子）活性甚至高于野生型，这再次支持了其毒力缺陷与PrfA活性无关的结论。

研究意义与未来展望：代谢灵活性赋予生存优势，PTS成潜在新靶点

这项研究从根本上重塑了我们对李斯特菌胞内代谢策略的理解：

代谢灵活性：李斯特菌展现出极高的代谢可塑性，能够同时或交替利用多种碳源（甘油、己糖磷酸以及多种游离糖）来适应胞内复杂多变的营养环境。这解释了其为何能在不同宿主细胞类型和组织中成功定植。

挑战传统教条：研究明确推翻了“胞内李斯特菌不使用PTS”的长期假设，揭示了PTS作为关键毒力因子的新角色。

提出新科学问题：研究引出了许多悬而未决的问题，宿主胞质中的游离糖从何而来？是宿主自身代谢产生，还是细菌分泌磷酸酶“抢夺”而来？李斯特菌基因组中编码的29个完整PTS系统，各自偏好哪种糖？这些糖的可用性在不同细胞和组织中如何变化，又如何影响细菌的致病过程？

潜在的干预靶点：PTS系统的关键组件，尤其是通用的磷酸载体蛋白（EI和HPr），作为李斯特菌赖以生存的“代谢命门”，为开发新型抗毒力疗法或精准抗菌策略提供了极具吸引力的潜在靶点。

威斯康星大学团队的这项研究如同一记重锤，敲碎了我们对病原菌胞内代谢的固有认知。它清晰地表明，李斯特菌的致病成功不仅依赖于已知的“经典”营养源，更离不开其高效、灵活利用宿主胞质内游离糖的能力。这一发现不仅拓宽了基础病原生物学的视野，也为未来对抗这一顽固食源性病原体开辟了全新的思路。

参考文献：

[1]Freeman MJ, Eral NJ, Sauer JD. Listeria monocytogenes requires phosphotransferase systems to facilitate intracellular growth and virulence. PLoS Pathog. 2025 Apr 15;21(4):e1012492. doi: 10.1371/journal.ppat.1012492. PMID: 40233105; PMCID: PMC12052390.