微生物学报

Drug	Usage phase	Structural formula	Target	Research phase	References
Repurposed fenoprofen	Clinical use phase		SaeR; sae P1	Invivo	[55]
Floxuridine		sae P1; P _hla	[56]
HR3744	Laboratory research phase		SaeR	[18]
SAV13
Phenazopyridine hydrochloride	Clinical use phase		SaeS	Invitro	[57]
Xanthoangelol B1	Laboratory research phase		[58]
20S-ginsenoside Rg3		SaeRS system	[59]
Gambogic acid		Invivo	[60]
Neogambogic acid

Drug	Usage phase	Structural formula	Target	Research phase	References
Repurposed fenoprofen	Clinical use phase		SaeR; sae P1	Invivo	[55]
Floxuridine		sae P1; P _hla	[56]
HR3744	Laboratory research phase		SaeR	[18]
SAV13
Phenazopyridine hydrochloride	Clinical use phase		SaeS	Invitro	[57]
Xanthoangelol B1	Laboratory research phase		[58]
20S-ginsenoside Rg3		SaeRS system	[59]
Gambogic acid		Invivo	[60]
Neogambogic acid

Serial number	A	B
Structural formula
Molecular	426.51	408.49
AlogP	4.32	4.91
Polar surface area	118.22	97.99
HBA	6	5
#ROS violations	0	0
HBD (lipinski)	5	4
CX acidic pKa	7.66	6.93
CX logp	4.69	5.85
Aromatic rings	2	2
QED weighted	0.29	0.27
Molecular weight (monoisotopic)	426.204 2	408.193 7
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Molecular species	Neutral	Neutral
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Heavy atoms	31	30
Np likeness score	1.89	1.93

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Heavy atoms	31	30
Np likeness score	1.89	1.93

潜在的抗金黄色葡萄球菌靶点：SaeRS双组分调控系统

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吴钰煌 ¹^,² , 乐贤 ¹^,² , 张庆勇 ³ , 邹黎黎 ¹^,²^,^* , 陈围 ¹^,²^,^*

微生物学报 | 综述 2025,65(3): 939-955

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微生物学报 | 综述 2025, 65(3): 939-955

潜在的抗金黄色葡萄球菌靶点：SaeRS双组分调控系统

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吴钰煌¹^,², 乐贤¹^,², 张庆勇³, 邹黎黎¹^,²^,^*, 陈围¹^,²^,^*

作者信息

1 三峡大学基础医学院，肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室，湖北宜昌

2 三峡大学基础医学院，宜昌市感染与炎症损伤重点实验室，湖北宜昌

3 三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌

A potential anti-Staphylococcusaureus target: SaeRS two-component regulatory system

Yuhuang WU¹^,², Xian YUE¹^,², Qingyong ZHANG³, Lili ZOU¹^,²^,^*, Wei CHEN¹^,²^,^*

Affiliations

1 Hubei Key Laboratory of Tumor Microenvironment and Immunotherapy, College of Basic Medical Sciences, China Three Gorges University, Yichang, Hubei, China

2 Yichang Key Laboratory of Infection and Inflammation, College of Basic Medical Sciences, China Three Gorges University, Yichang, Hubei, China

3 The First College of Clinical Medical Science, China Three Gorges University, Yichang, Hubei, China

出版时间: 2025-03-04 doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240608

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摘要

收起

SaeRS双组分调控系统是金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)中重要的调控系统，因其能够协调多种毒力因子的表达和生物被膜形成，并介导严重致病性而被广泛深入研究。SaeRS系统通过传感器组氨酸激酶SaeS识别外部信号，并通过调节SaeR的磷酸化状态来激活其功能，而辅助蛋白SaeP和SaeQ在该系统中发挥着增强功能的作用，帮助细菌逃避宿主免疫应答。此外，S. aureus的其他调控系统及调节因子可协同SaeRS系统参与毒力表达调控，进一步增强细菌的致病性。本文综述了SaeRS系统及其与其他调控系统和因子相互作用以调控毒力因子表达和生物被膜形成的机制，总结了针对SaeRS系统的靶向药物，并分析了抗SaeRS系统药物的具体实例以协助筛选和设计新的靶向药物，为SaeRS系统的具体调控机制研究以及S. aureus相关感染的治疗提供参考。

关键词

金黄色葡萄球菌 / SaeRS双组分系统 / 毒力因子 / 生物被膜 / 抗菌靶点

Abstract

收起

The SaeRS system has been extensively and intensively studied for its involvement in the regulation of virulence factor expression and biofilm formation in the Gram-positive pathogen Staphylococcusaureus, mediating severe pathogenicity. The activation of the system depends on the recognition of external signals by the sensor histidine kinase SaeS and the phosphorylation status of the response regulator SaeR. With the help of auxiliary proteins SaeP and SaeQ, S. aureus is prompted to express a variety of virulence factors, coordinate its biofilm formation, and even evade the host immune response. In addition, other regulatory systems and modulators of S. aureus can synergize with the SaeRS system to participate in the regulation of virulence factor expression, enhancing bacterial pathogenicity. This paper reviews the SaeRS system and its interactions with other regulatory systems and factors to regulate the expression of virulence factors and biofilm formation. It summarizes targeted drugs against the SaeRS system and analyzes specific examples of anti-SaeRS system drugs to provide clues for the screening and design of new targeted drugs. This review is expected to provide a theoretical basis for the research on the specific regulatory mechanisms of the SaeRS system and the treatment of S. aureus-associated infections.

Key words

Staphylococcusaureus / SaeRS two-component system / virulence factor / biofilm / antibacterial target

引用本文

吴钰煌, 乐贤, 张庆勇, 邹黎黎, 陈围. 潜在的抗金黄色葡萄球菌靶点：SaeRS双组分调控系统. 微生物学报, 2025 , 65 (3) : 939 -955 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240608

Yuhuang WU, Xian YUE, Qingyong ZHANG, Lili ZOU, Wei CHEN. A potential anti-Staphylococcusaureus target: SaeRS two-component regulatory system[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2025 , 65 (3) : 939 -955 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240608

正文

收起

金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)作为常见的革兰氏阳性致病菌，广泛分布于人类和动物的皮肤、鼻腔及肠道等部位。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcusaureus, MRSA)的出现，使得S. aureus在全球范围内广泛流行，对公共卫生安全构成了严重威胁。溶血素、凝固酶、中毒性休克综合征毒素-1 (toxic shock syndrome toxin 1, TSST-1)等毒素以及侵袭性酶等是导致S. aureus致病性的主要毒力因子。S. aureus生物被膜的形成会显著加剧皮肤、软组织、血液等部位的感染，进而引发脓毒血症、中毒性休克综合征、肺炎等疾病。其中，SaeRS是调控S. aureus毒力因子和影响生物被膜形成的关键双组分系统；研究表明，该系统能够与其他调控系统/因子发生交互作用^[1]。例如，Rho^[2]、Rot^[3]、CodY^[4]可对SaeRS系统进行负向调控，而FakA^[5]、ScrA^[6]、ClpXP^[7]等因子则能促进SaeRS系统的表达。SaeRS与不同的调控系统和因子共同参与S. aureus毒力因子表达调控和生物被膜的形成，探究它们之间的互作关系有助于我们更好地理解S. aureus的毒力调控机制。此外，以该系统作为靶点的抗菌药物相继被发现，且显示出良好的应用前景。因此，本文在全面阐述SaeRS的系统组成、内部调控机制及研究进展的基础上，进一步探讨了SaeRS系统的刺激信号以及与其他调控系统/因子之间的互作关系，以深入理解以SaeRS系统为核心的调控网络机制，以及该调控网络对毒力因子表达、生物被膜形成和宿主免疫逃逸的调控作用。最后，通过总结靶向SaeRS系统的药物并分析具体靶向药物实例，为抗S. aureus药物的筛选与设计提供思路，以期为SaeRS系统相关机制研究和S. aureus引起的感染性疾病治疗提供新思路和理论依据。

1 SaeRS系统概述

收起

SaeRS双组分系统由sae操纵子调控，包含saeP、saeQ、saeR、saeS四个基因，以及P1、P3两个启动子^[1]。P3启动子位于saeQ内部，仅负责转录saeR和saeS。saeR和saeS分别编码表达反应调节因子SaeR和传感器组氨酸激酶SaeS，用于感应和响应同源信号^[1]。P1启动子的转录调控能力强于P3，它可被SaeRS双组分系统自诱导，并调控转录saePQRS^[1]。当外界环境发生变化，如存在中性粒细胞衍生产物或游离脂肪酸时，SaeS会被激活并磷酸化SaeR；磷酸化的SaeR进一步结合到目标基因的启动子区域，从而调控目的基因的表达(图1A)^[1]。

SaeS由跨膜、HAMP和激酶3个结构域组成^[1]。然而，其跨膜结构域的边界尚未被清晰描述，蛋白结构也尚未被成功解析，但可借助AlphaFold3进行三维结构预测(图1B)。结果显示，SaeS具有较长的折叠链，这可能与其跨膜方式有关，较集中的折叠结构或许对其处理信号和实现磷酸酶活性具有重要作用^[8]。在SaeS胞质侧的N端结构域中的连接肽控制其激酶活性，一旦该连接肽缺失，即使无信号诱导，SaeS的激酶活性也会异常升高，且对人中性粒细胞肽1 (human neutrophil peptide 1, HNP1)无反应^[10]。

SaeS作为响应外界信号的重要蛋白，其激酶活性已被证实^[10]，但它的磷酸酶活性仍存在争议。Yeo等^[11]研究发现，脂肪酸可作为信号分子，通过影响SaeS激酶活性来抑制SaeRS系统，例如，心磷脂和磷脂酰甘油可与SaeS直接结合，促进SaeS的激酶活性。同时，SaeS的天然跨膜结构域决定了S. aureus中脂肪酸的转录^[12]。因此，SaeS在识别不同类型信号分子方面具有重要作用，其跨膜结构域是实现这一功能的重要基础。另外，目前已知SaeS存在3种突变形式，即SaeS^P (SaeS^L18P)^[13]、SaeS^SK (SaeS^N227S和SaeS^E268K)^[14]以及SaeS^SKT (SaeS^N227S、SaeS^E268K和SaeS^S351T)^[13]。由于SaeS^P的突变，SaeS的激酶活性大大提升，且特异性地对十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate, SDS)刺激有反应^[15]。缺少SaeQ时，SaeS^P的结构不稳定^[16]，说明SaeQ对SaeS^P具有保护作用。Olson等^[14]研究发现，SaeS^SK的突变并不影响SaeS的功能活性。对于SaeS^SKT，与野生型SaeS相比，其活性以生长依赖的方式增加，在指数生长阶段后达到最大^[13]。发生SaeS^SKT突变的SaeRS系统在指数生长阶段活性最高，在平稳生长阶段降低^[17]。总之，SaeS活化模式改变的分子基础仍有待深入探究。

SaeR的蛋白结构已经被成功解析(图1C)^[18]。其51位天冬氨酸残基是重要的磷酸化位点，是SaeR结合其靶DNA的信号基础。同时，SaeR的TTAA序列被认为在SaeR介导的转录激活中发挥主要作用^[19]。

辅助蛋白SaeP和SaeQ并不直接参与激活SaeRS系统，但它们需要通过形成SaePQS三元复合物来诱导SaeS的磷酸酶活性^[20]。研究发现，不能与SaeP相互作用的SaeS胞质结构域的磷酸酶活性可通过SaePQ在体外得到增强^[20]。因此，细胞质中的SaeQ-SaeS相互作用可能直接激活SaeS磷酸酶活性。同时也发现SaeS蛋白在介导SaeRS调控的靶基因随机表达和生物被膜发育中起着重要作用，且SaeP也参与了这个过程^[21]。不仅如此，SaeP还能够调节S. aureus介导的对人类中性粒细胞的反应，saeP和saeQ在一定程度上共同影响了S. aureus的致病性^[22]。SaeP、SaeQ的作用可能是协助SaeS信号识别和传导，但SaeP、SaeQ和SaeS三者的相互作用部分及激活的分子机制还有待深入研究。

总之，SaeRS系统的激活依赖于SaeS识别信号及SaeR磷酸化目标基因，而SaePQ主要协助SaeS识别和传导信号。然而，各个组件之间具体的调节机制和界限目前尚不清楚。

2 影响SaeRS系统的信号

收起

2.1 激活信号

HNP1-3是人中性粒细胞产生的抗菌肽，为吞噬溶酶体中的主要抗菌活性物质。Geiger等^[23]研究表明，在亚抑制浓度下，HNP1-3能直接激活SaeRS系统，且这种激活效应具有菌株特异性^[23]。具体而言，在USMS-1、MW2、N315、USA300、MRSA252和MSSA476等菌株中，HNP能够激活SaeRS系统，然而，在ISP479R、COL和Newman菌株中却不存在这种激活现象^[23]。Yeo等^[11]研究发现，心磷脂是HNP在静止生长期介导SaeRS系统激活不可或缺的必要条件，但在指数生长阶段，它并非SaeRS系统诱导的必要条件。另外，SaeRS系统也可被小鼠中性粒细胞激活，而这些中性粒细胞并不产生如HNP1-3一样的α-防御素^[24]，这说明在小鼠中性粒细胞中还存在其他能够激活SaeRS系统的分子。

钙卫蛋白是中性粒细胞中的另一种蛋白，它与Zn结合能够使SaeRS系统不受Zn和Fe的抑制^[25]，但具体机制尚不明确。总之，中性粒细胞中存在活性抗菌物质，这些物质具有激活SaeRS系统的作用，但这些刺激信号或许已经成为S. aureus实现免疫逃逸的信号基础。

2.2 抑制信号

目前，脂肪酸被认为是抑制SaeRS系统表达的主要信号分子之一。脂肪酸通过抑制SaeS跨膜结构域的18氨基酸结合位点活性，从而实现对毒力因子表达的抑制^[12]。在此过程中，脂肪酸对SaeS的抑制作用与SaeP和SaeQ并无关联，同时，脂肪酸的这种抑制作用也不受细胞呼吸状态的影响^[12]。然而，先前的研究却显示，细胞NADH依赖性有氧呼吸会影响脂肪酸对SaeRS系统的抑制作用^[26]。对于细胞呼吸状态带来的不同作用及其具体机制，还需深入探索。然而可以肯定的是，脂肪酸抑制了SaeRS系统调控的毒力因子表达，并且不同脂肪酸所产生的抑制效果也不相同^[12]。

3 SaeRS系统与其他调控系统和因子的关系

收起

目前已经发现多种调控系统和因子与SaeRS系统之间存在着极为复杂的交互关系，影响着S. aureus的生物被膜形成、毒力因子表达等各种生理活动^[1]。Szklarczyk等借助STRING对SaeRS系统的4个组成元件进行了相互作用网络预测(图2A、2B)，发现saeS和saeR分别与多种调控因子存在交互关系^[27]。然而，已有许多调控因子被证实与SaeRS系统存在作用关系(图3)；同时，也有相关研究证明部分调控系统在调节S. aureus毒力方面与SaeRS系统并不存在协同或交叉作用。遗传证据表明，尽管SaeRS和SrrAB系统都能调节细胞裂解相关因子的表达，但两者在调控生物被膜形成方面的作用相互独立，拥有各自独立的调控网络和作用机制^[28]。

3.1 SarA

SarA作为全局转录调控因子，在S. aureus的毒力因子表达、生物被膜形成和环境信号转导中发挥关键作用。saeRS和sarA之间存在协同作用，能够共同抑制细胞外蛋白酶的产生，并协助积累生物被膜形成的关键蛋白^[29]。在某些情况下，SarA的缺失会增强SaeRS系统的活性，进而影响毒力因子的表达和生物被膜的形成^[30]。SarA蛋白家族中的Rot作为一种全局性毒力调控因子，也与SaeRS系统存在交互作用，Rot和SaeR能够通过直接结合到ssl (编码超抗原样蛋白SSLs)启动子上，协同激活ssl基因^[31]。rot基因还能通过抑制sae P1启动子，从而抑制SaeRS系统的表达来调控特定毒力因子^[3]。总之，SarA能够增强SaeRS系统的活性，而其家族成员Rot则可通过P1启动子抑制SaeRS系统的表达。

3.2 CodY

CodY是一种转录调控因子，能对营养物质的变化做出响应，进而调节S. aureus的代谢以及毒力因子的表达。CodY通过调控S. aureus细胞膜上支链脂肪酸的合成，从而激活SaeS并升高SaeR磷酸化水平，促使SaeRS系统的表达^[32]。不仅如此，CodY还可影响脂肪酸激酶FakA的表达，而被激活的FakA则会进一步激活SaeRS系统的表达^[32]。另外，FakA对S. aureus的乙酸盐代谢、氧化还原平衡以及细胞内氨基酸的水平进行调节^[5]，并且可进一步影响S. aureus脂肪酸的水平，进而间接影响SaeRS系统的激活状态。Mlynek等^[4]研究表明，CodY不仅可通过直接与sae P1启动子结合，抑制SaeR的正常功能；还可通过Agr和Rot介导的方式间接抑制sae P1启动子表达，进一步影响SaeRS系统的活性。另一方面，CodY的缺失会导致SaeS的表达活性更强，磷酸化SaeR的丰度更高，但该CodY抑制SaeS的机制与其结合P1启动子无关联^[4]。在宿主感染过程中，CodY能够通过抑制SaeRS系统的表达，延缓免疫逃逸和免疫细胞杀伤蛋白的产生，随后通过识别环境信号调控SaeRS系统的表达^[4]。总之，CodY不仅可直接或间接地抑制SaeRS系统的调控活性，还可通过改变支链脂肪酸的生成来促进SaeRS系统的表达。

3.3 Agr

Agr系统作为一个关键调控系统，对S. aureus的生存、致病性以及抗生素耐药性等具有重要作用。由于agr突变后降低了sae P1、sae P3启动子的活性，以及SaeRS系统mRNA的表达水平，研究者认为SaeRS系统位于Agr调控细胞外蛋白产生途径的下游^[33-34]。然而，一些靶基因受到Agr和SaeRS系统以相反的方式调控，因此也有研究认为Agr和SaeRS系统的调控表达也可能是彼此独立的^[13]。例如，coa和fnbA受Agr系统和SaeRS系统反向调控，前者抑制其表达而后者激活^[13]。Agr和SaeRS系统均能正向调控TSST-1，agr缺失后TSST-1仍可表达，但sae的缺失却使TSST-1无法表达分泌^[35]。DelMain等^[21]研究也表明，核酸酶基因nuc的随机表达主要依赖于SaeRS系统；因生长条件的不同，nuc的表达可具备2种不同的模式：即游离菌状态的S. aureus表现出明显的SaeRS系统依赖性调节模式，该模式与Agr系统无关；而S. aureus形成生物被膜后，nuc表达在生物被膜发育期间显示出SaeRS系统依赖性，但在成熟期间显示Agr系统依赖性。因此，Agr系统通过对sae操纵子转录、特定靶基因以及不同生长条件下nuc基因的调节来影响细胞外蛋白的产生，其与SaeRS系统之间潜在的交互作用较为复杂，还需进一步探索。

3.4 ScrA

ScrA是一种新发现的小蛋白，它通过SaeRS系统影响S. aureus的毒力因子表达。当ScrA过表达时，会导致SaeRS系统的调控活性增强；但在调节溶血活性时，ScrA似乎独立于SaeRS系统发挥作用^[6]。由此认为，ScrA对SaeRS系统的调控活性具有促进作用，但目前尚不清楚其影响SaeRS系统的具体方式。这一发现为深入理解S. aureus的致病机制提供了新线索。另外，ScrA与SaeRS系统以及可能与ArlRS系统的潜在关联^[6]，暗示着这些系统之间可能存在复杂的调控网络。

3.5 其他调控系统/因子

Rho是一类小GTP酶，参与细菌的信号传导等过程。当S. aureus的Rho蛋白被抑制时，SaeRS系统可表现出更高活性，从而调控靶基因表达^[2]。Rho蛋白可能是S. aureus用于限制SaeRS系统过表达以避免触发宿主免疫系统的调控因子，其目的在于协助S. aureus逃避免疫识别。

PurN可影响S. aureus的代谢途径和毒力因子表达，对持留菌形成和毒力具有重要调控作用，能够与谷氨酸合酶GltB相互作用，激活SaeRS系统以调节S. aureus毒力^[36]。这表明PurN不仅能够直接影响细菌的代谢途径参与调控毒力，还可通过与SaeRS系统的相互作用，间接影响细菌的生存策略和对抗生素的耐受性。

ClpXP蛋白酶复合体在S. aureus中发挥蛋白质降解和应激响应的功能，它通过影响FtsH的稳定性和降解MoeA蛋白，间接影响SaeRS系统的功能^[7]。FtsH是一种膜结合蛋白酶，能够降解不稳定蛋白，包括SaeS^L18P变体。MoeA作为钼蝶呤(molybdopterin)生物合成途径的一部分，其稳定性受到ClpXP的调控，进而影响SaeRS系统的调控作用^[7]。因此，ClpXP可能是维持SaeRS系统正常生理功能的调节因子。

总之，深入了解这些调控网络机制对于理解S. aureus如何适应宿主环境并引发疾病具有重要意义。这些调控因子与SaeRS系统的相互作用，揭示了S. aureus在复杂的宿主环境中生存和致病的策略。通过进一步研究这些调控机制，可为开发新的治疗方法和抗菌策略提供重要的理论依据。

4 SaeRS系统对细菌生理活动的影响

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4.1 对关键毒力因子表达的影响

SaeRS系统通过调控SaeR的磷酸化状态来影响下游目标基因的表达。根据SaeR的磷酸化水平，即目标基因所需的激活条件，可将下游目标基因分为2类。I类目标基因(如coa、fnbA、eap、sae等)需要高水平的磷酸化SaeR来激活；而II类目标基因(如hla、hlb、cap等)仅需低水平的磷酸化SaeR即可激活^[37]。

S. aureus是溶血素一类具有重要生物活性的蛋白质，能够破坏红细胞膜并损伤白细胞。溶血素可分为α-溶血素、γ-溶血素等5种，其中α-溶血素是研究最为广泛的溶血素。研究表明，SaeRS系统能够正向调控由hla编码的α-溶血素和hlb编码的β-溶血素^[38]。SaeRS系统通过SaeR结合位于hla启动子-35区域上游22 bp处的直接重复共有序列，从而激活hla基因的转录^[37]。尽管Agr系统等其他调控系统也参与了对hla的调控，但研究表明SaeRS系统可能是调控hla表达的关键；Nurxat等^[39]研究发现，共生表皮葡萄球菌分泌的热敏感、蛋白酶K抗性小分子通过SaeRS系统和Agr系统降低S. aureus的溶血活性，降低S. aureus对小鼠的致病性。然而，表皮葡萄球菌对S. aureus的Agr-I型溶血的抑制主要依赖于SaeRS系统，且hla的转录被显著抑制^[39]。同样，Venkatasubramaniam等^[40]的研究也强调，SaeRS系统在由α-溶血素、HlgA (γ-溶血素A亚单位)和HlgB构成的γ-溶血素HlgAB的表达活性中起着关键作用^[41]。此外，ScrA也被发现能够激活SaeRS系统来调控HlgAB的表达^[6]。

TSST-1是S. aureus产生的外毒素，能够导致宿主发生休克、多器官功能障碍综合征等急性疾病。SaeRS系统是TSST-1主要的转录激活因子，SaeR直接结合到tst启动子上的共识别结合位点，从而激活TSST-1的表达；同时，saeS的突变可导致TSST-1的表达完全丧失^[35]，说明TSST-1的表达在很大程度上依赖于完整的SaeR和SaeS。目前已经发现TSST-1的表达还受到其他调控因子的调控。例如，Agr系统可通过RNAIII效应分子来控制TSST-1的表达，但Agr系统还能够与Rot结合来限制TSST-1的表达^[42]。同时，ClpXP也被认为在调控tst基因中发挥关键作用^[43]。从ClpXP、Agr、Rot与SaeRS系统的潜在关系来看，TSST-1的表达可能倾向于以SaeRS系统为主导，并配合其他调控因子的调控模式。

凝固酶(由coa编码)在S. aureus的自我防护以及逃避免疫中发挥重要作用，是SaeRS系统调控的侵袭性酶之一^[44]。研究表明，saeS的首个跨膜区发生点突变(L18P)会导致SaeRS系统持续活化，这种持续的活化状态促进了凝固酶等毒力因子的表达^[45]。然而，SaeRS系统不仅直接调控coa，还能通过影响其他相关基因如eap、clfb、emp等的表达，间接影响凝固酶的功能^[45]。这意味着SaeRS系统调控的coa并非完全决定凝固酶的功能状态，其中还存在其他目的基因的串扰。

核酸酶(由nuc编码)同样是S. aureus重要的侵袭性酶之一，它参与了对抗宿主免疫反应的过程。SaeRS系统调控nuc的表达不仅影响S. aureus的侵袭性，还可能影响其逃避宿主免疫的能力。在SaeRS系统中，SaeP能够通过SaeRS系统下调nuc-gfp基因的表达^[46]。在生物被膜形成的早期阶段，nuc的表达仅依赖于SaeRS系统；在生物被膜发育的成熟阶段，nuc的表达则依赖于SaeRS和Agr系统^[21]。另外，CodY也可以通过SaeRS系统来调节nuc的表达^[32]。

SaeRS系统还参与了S. aureus部分表面结构蛋白表达的调节。在SaeRS系统的调控下，fnbA基因编码的纤维连接蛋白结合蛋白A协助了生物被膜的形成。SaeS的不同亚型对fnbA的调控存在差异，SaeS^P型能导致包括fnbA在内的I类目标基因高度表达，而SaeS^L型则显示出强烈的抑制作用^[37]。SaeS的不同亚型对eap的调控也存在差别，在含有SaeS^L型的菌株中，环境因素中的SDS可抑制eap基因的表达^[15]。相比之下，在含有SaeS^P型的菌株中，SDS却促进了eap的表达；其中，SDS主要是通过干扰SaeS的激酶活性来影响SaeRS系统对eap表达的调控^[15]。

综上所述，毒力因子作为S. aureus生理活动过程中重要的组成部分，为其入侵宿主发挥了关键作用。尽管SaeRS是毒力调控的重要系统，然而其他调控因子也参与其中，使得S. aureus的毒力调控机制显得极为复杂。这种多基因之间的相互作用为S. aureus在感染过程中适应不同环境以及逃避免疫系统攻击提供了多种策略。

4.2 对生物被膜形成的影响

S. aureus的生物被膜由胞外多糖、蛋白质、胞外DNA和脂质等组成，是细菌适应环境和获取营养的结构基础。它可提高S. aureus的耐药能力、造成慢性感染、协助免疫逃逸、引起宿主组织破坏等。因此，生物被膜是S. aureus引起严重感染疾病的重要因素之一。研究已经发现，saeS的突变可导致SaeRS系统处于持续活化状态，从而抑制了生物被膜的形成^[47]，说明SaeRS系统可直接调控生物被膜的形成^[1]。

SaeRS系统能够通过感知营养物质水平(如S. aureus外毒素和蛋白酶导致宿主细胞裂解释放的营养物质)来调控毒力基因，从而协助形成生物被膜^[1]。低营养物质水平会增加SaeR的表达来增强coa和fnbA的表达^[48]；而coa在SaeRS系统的调控下，可影响S. aureus凝集能力和生物被膜的形成^[45]。SaeRS系统通过调节fnbA来协助生物被膜的形成^[28]。因此，SaeRS系统调控生物被膜形成与coa和fnbA的表达一样，需要高水平磷酸化的SaeR来激活^[28]。

Barraza等^[48]发现多种调控因子参与了SaeRS系统对生物被膜形成的调节。在生物被膜形成过程中，SaeRS系统可通过自诱导肽AIP介导的信号来降低表面附着蛋白的表达，从而影响生物被膜的形成^[48]。SaeRS可与SarA系统协同作用，共同抑制胞外蛋白酶的产生，促进生物被膜形成关键蛋白质的积累^[29]。在ScrA激活SaeRS系统的情况下，可导致游离的细菌聚集附着，并形成生物被膜^[6,40]。CodY通过影响脂肪酸激酶FakA的表达，间接激活SaeRS系统，进而影响生物被膜形成^[5]。

总之，SaeRS系统通过直接或间接调控多个与生物被膜形成相关的基因和蛋白质，以及与其他调控网络的交互作用，共同调控S. aureus的生物被膜形成。这为理解S. aureus如何利用其复杂的调控网络适应环境压力和宿主防御提供了重要视角，并为开发针对S. aureus生物被膜形成的新型治疗策略提供了潜在目标。

4.3 对免疫逃逸的影响

鉴于SaeRS系统对毒力因子和生物被膜的调控作用，S. aureus在入侵宿主后可能以此逃避免疫系统的识别、杀伤、清除，帮助S. aureus进一步扩散感染。例如，S. aureus可通过分泌毒力因子来损伤中性粒细胞和巨噬细胞，以抵抗吞噬作用，中性粒细胞作为机体清除S. aureus的主要免疫细胞之一，其释放的HNP等抗菌物质却可激活S. aureus的SaeRS系统信号响应^[49]。S. aureus已经逐渐演化出一系列应对中性粒细胞杀伤的逃逸机制^[49]。如S. aureus可通过降低趋化因子的表达水平来阻碍中性粒细胞的募集^[50]；抑制NF-κB的磷酸化，减少人中性粒细胞中IL-8的产生，促使中性粒细胞凋亡^[51]；降低单核细胞来源的肿瘤坏死因子-α表达水平，来抑制中性粒细胞活性氧的产生以逃避免疫反应^[52-53]。Li等^[54]研究表明，SaeRS系统在感染早期甚至在生物被膜形成之前就能促进S. aureus的聚集，以掩盖病原体相关分子模式，抑制Toll样受体2依赖的抗原识别，从而阻碍巨噬细胞中NF-κB途径的激活，损害巨噬细胞的免疫调节功能，以及对浮游细菌的吞噬和杀菌能力；此外，该研究还证实了SaeRS介导的生物被膜对巨噬细胞的免疫抑制作用。虽然SaeRS促进S. aureus聚集并损害巨噬细胞功能可能与下游毒力因子(如溶血素、白细胞毒素、蛋白酶和黏附素)有关，但具体是哪种或哪些毒力因子在起关键作用仍不明确。

S. aureus的宿主免疫逃逸机制为其生存和扩散提供了重要途径，这也加大了治疗S. aureus感染的难度。因此，深入了解宿主信号激活SaeRS系统的机制，包括信号分子的种类、信号分子与SaeRS系统的作用方式以及免疫逃逸方式，将有助于研究制定针对S. aureus的免疫逃逸应对策略。这对于有效控制S. aureus感染、提高治疗效果具有重要的现实意义。通过揭示这些机制，可以更好地理解S. aureus与宿主免疫系统之间的相互作用，为开发新的治疗方法和疫苗提供理论依据。

5 靶向SaeRS系统的药物

收起

SaeRS系统在S. aureus毒力因子表达和生物被膜形成过程中发挥着重要作用，是极具潜力的有效抗菌靶点。因此，筛选或设计靶向SaeRS系统的药物成为众多研究者的关注热点，目前也已相继发现并鉴定出一些靶向SaeRS系统的药物(表1)。

研究发现，由美国食品和药物管理局(United States Food and Drug Administration, FDA)批准用于抗炎的非甾体药物非诺洛芬可靶向SaeR，它通过抑制sae P1启动子和SaeR，使SaeR无法结合下游DNA介导的目标基因表达，最终导致S. aureus的毒力因子表达下降，生物被膜形成受到抑制且结构被破坏，该作用在小鼠模型中得到了验证，且对临床菌株有效^[55]。同样，FDA批准的抗肿瘤药物氟尿苷可抑制SaeRS系统的sae P1启动子和hla启动子P _hla，以保护人类中性粒细胞免受S. aureus介导的杀伤作用^[56]。利用sae P1启动子驱动的GFP-Lux双报告系统进行高通量筛选发现的HR3744也可特异性靶向SaeR，而HR3744的类似物SAV13的抑制作用比HR3744强4倍，并具有相同的抗菌特性和靶标特异性^[18]。Dufresne等^[57]通过大量药物筛选，证实盐酸非那吡啶通过与SaeS结合抑制SaeS激酶功能，使SaeR磷酸化水平降低，从而抑制TSST-1的产生。来自当归的异戊二烯化查尔酮黄当归B1及其衍生物可直接与SaeS结合并抑制其组氨酸激酶活性^[58]。从人参中提取的固醇类化合物20S-人参皂苷Rg3也可抑制SaeRS系统，降低生物被膜相关基因CopZ、CspA和SasG的转录水平^[59]。藤黄酸和新藤黄酸也能够通过抑制SaeRS系统来下调S. aureus毒力因子表达，并抑制生物被膜形成^[60]。综上所述，靶向抑制SaeRS系统药物的抗菌机制包括：抑制SaeS激酶活性；干扰SaeR的磷酸化或结合下游靶基因的能力；抑制sae的启动子或下游目标基因的启动子的转录功能。此外，在这些药物中，某些原先并非用于治疗感染性疾病的药物以及从传统中药材提取的化合物也具备靶向细菌重要调控系统以发挥抗菌作用的潜

力。目前，非诺洛芬、盐酸非那吡啶等已应用于临床的药物在S. aureus感染的治疗方面展现出潜在的应用前景。因此，后续研究可针对这些药物开展临床抗感染试验评估，以便进一步确定其疗效和安全性。然而，在进行临床评估时需充分考虑这些药物已知的其他药理作用，谨慎评估其对其他组织器官可能产生的不利影响，确保在治疗感染的同时不会引发其他不良反应。此外，深入挖掘传统药物资源对加速新型药物的开发和利用具有重要意义，这将为应对耐药菌感染等临床难题提供更多的解决方案。

为了有效筛选或设计靶向抑制SaeRS系统的药物，我们借助ChEMBL数据库对靶向SaeRS系统的药物展开了生物信息学分析。表2中的A药物为数据库中未定义的药物，它能够靶向抑制SaeS，且与异戊二烯化查尔酮黄当归B1 (B药物)具有相似的碳链结构，可作为设计靶向该蛋白或系统可参考的分子架构。鉴于药物B已有文献报道其靶向SaeS的抗菌活性^[58]，因此将药物B作为对照，对以药物A为代表的一类抗菌药物进行分析，具有一定的借鉴和指导意义。由表2可知，药物A和B的分子量较为接近，均具有较高的脂溶性/疏水性，这或许有助于它们通过细菌膜结构进入胞内发挥作用。二者都具有较高的极性表面积，这更有利于其发挥抗S. aureus活性，因为较大的极性表面积对革兰氏阳性菌的抑制作用更强^[61]。两者的亲水性溶解度均较高，有助于在胞内的分布和作用发挥。ROS violations结果皆为0，表明两者的靶向抗菌作用不会引发氧化应激。#Rotatable bonds的结果提示，药物A和B具有较高的构象多样性，这可能有助于提高其与SaeRS系统的靶向亲和力和活性，但也需考虑可能带来的结构稳定性问题。结合HBA等其他分析结果，药物A和B都显示出较强的药理作用和安全性，且Np likeness score结果提示对这2种药物的开发和评价具有积极意义。

6 总结与展望

收起

S. aureus在全球范围内的流行已造成了严重的公共卫生问题。Zou等2017年证实了细菌的硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase, TrxR)是一个理想的抗生素差异性毒性作用靶点^[62]；在此基础上，进一步筛选到依布硒啉(ebselen)^[63-64]、姜黄素(curcumin)^[65]、紫草素(shikonin)^[66]、蜂毒素(melittin)^[67]等一系列具有抗菌活性的物质，并在多种耐药菌感染的小鼠模型中进行了治疗试验。特别值得一提的是，虽然依布哂啉已处于临床III期试验阶段，但因其靶向巯基而具有的多靶点药理活性，给临床评估带来了挑战。因此，更优的抗S. aureus药物应当具备明确、特异性的作用靶点且不易产生耐药性。以上信息进一步表明，仍需进一步寻找新的抗S. aureus靶点和药物。

S. aureus的毒素(如溶血素、TSST-1等)、侵袭性酶(如凝固酶、核酸酶等)、表面蛋白等致病因素是S. aureus在宿主体内感染和增殖的重要手段^[1]。其中，协助S. aureus实现定殖、耐药等生命功能的生物被膜在S. aureus致病过程中发挥重要作用，且因其特殊结构而较难被有效清除^[1]。SaeRS系统是S. aureus毒力因子表达和生物被膜形成的重要调控系统，作为潜在的抗菌靶点已被深入研究^[1]。在SaeRS系统中，SaeS蛋白的激酶活性是启动该系统的关键，它对外界刺激信号具有较强的敏感性^[8]。尽管DeepMind研究表明，SaeS的跨膜结构域是启动该系统的重要结构^[8]，但目前还未能确定SaeS蛋白的晶体结构、跨膜方式和具体的刺激信号分子。被激活的SaeS可诱导SaeR发生磷酸化，并启动下游毒力相关基因的表达^[19]。然而，关于SaeS的磷酸激酶活性仍存在争议，还需更多的实验数据来验证这一功能。SaePQ作为辅助蛋白，参与维持SaeRS系统的正常功能，但其具体功能尚未被阐明^[20-21]。因此，以SaeRS系统为主导的毒力因子表达和调控生物被膜形成的确切机制还需深入挖掘。

另一方面，SaeRS系统并非独立地调节S. aureus的毒力因子和生物被膜，它与其他调控系统和调控因子形成了一个复杂的调控网络。Rot^[3]和CodY^[4]起负调控作用，防止SaeRS过表达而被宿主免疫系统识别；而FakA^[5]和ScrA^[6]则可激活SaeRS系统，诱导毒力因子表达并致病。Happer等^[68]研究也发现，细菌代谢物在一定程度上也影响着调控网络对S. aureus致病性的调节。例如，丙酮酸可通过激活AgrAC、SaeRS和ArlRS系统来增强毒力因子的表达^[68]。在SaeRS系统调控生物被膜形成之前，S. aureus即已具备了逃逸巨噬细胞免疫识别和清除的能力^[54]。因此，在SaeRS系统参与调控毒力表达、细菌聚集和生物被膜形成的基础上，寻找并建立各个调控系统和调控因子之间潜在的互作网络至关重要。同时，还需深入了解SaeRS系统的分子结构和运行机制，这有助于筛选、设计靶向抑制SaeS、SaeR以及相关启动子功能表达的有效抗菌药物，为控制、治疗S. aureus感染提供有效的策略。综上所述，调控毒力因子表达和生物被膜形成的SaeRS双组分系统有望成为抗S. aureus感染的有效靶点。

基金

收起

湖北省自然科学基金创新发展联合基金(2024AFD132)
湖北省自然科学基金创新发展联合基金(2024AFD145)
宜昌市医疗卫生研究项目(A24-2-061)

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2025年第65卷第3期

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文章信息

doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20240608

接收时间：2024-10-04
首发时间：2026-02-10
出版时间：2025-03-04

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作者

出版历史

收稿日期：2024-10-04
录用日期：2024-11-06

基金

Innovation and Development Joint Fund of Natural Science Foundation of Hubei Province(2024AFD132)

湖北省自然科学基金创新发展联合基金(2024AFD132)

Innovation and Development Joint Fund of Natural Science Foundation of Hubei Province(2024AFD145)

湖北省自然科学基金创新发展联合基金(2024AFD145)

Yichang Medical and Health Research Project(A24-2-061)

宜昌市医疗卫生研究项目(A24-2-061)

作者信息

1 三峡大学基础医学院，肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室，湖北宜昌

2 三峡大学基础医学院，宜昌市感染与炎症损伤重点实验室，湖北宜昌

3 三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌

通讯作者:

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/wswxb/CN/10.13343/j.cnki.wsxb.20240608

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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