在此，研究人员探讨了细菌谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）在高尿酸血症相关的炎症条件下，对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）PA14株生存和毒力的作用。在方法上，研究人员将野生型（WT）和Δgpx菌株暴露于分离的次氯酸（HOCl）、过氧化氢（H₂O₂）、叔丁基过氧化氢（t-BOOH）和尿酸过氧化物（HOOU），或在存在或不存在氧化爆发调节剂的条件下，用人中性粒细胞进行攻击。在体内实验中，研究人员对血尿酸正常的和用氧嗪酸钾诱导的高尿酸血症小鼠进行WT或Δgpx菌株的鼻内感染，以评估细菌载量、炎症、氧化损伤和生存率。结果显示，缺失gpx基因增加了细菌对所有氧化剂（尤其是HOOU）的敏感性，并显著降低了在活化中性粒细胞中的存活率。在小鼠中，与WT感染相比，Δgpx感染导致肺部细菌载量减少、中性粒细胞浸润减轻、氧化损伤降低和生存率显著提高，这种效应在WT感染的动物中因高尿酸血症而加剧。这些发现表明，GPx能解毒炎症过程中产生的有机过氧化物，增强铜绿假单胞菌对氧化杀伤的抵抗力并促进其毒力。总而言之，研究人员的结果突出了氧化还原调控在细菌致病性中的重要性，并将GPx确定为针对多重耐药铜绿假单胞菌的基于氧化还原的抗毒力策略的潜在靶点。
铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是一种革兰氏阴性机会性病原菌，可在多种宿主组织中引起严重感染。其致病性因其形成生物被膜的能力、耐药机制以及包括III型分泌蛋白、群体感应系统、弹性蛋白酶、藻酸盐和铁载体在内的毒力因子而增强
1,2。这些特性使得铜绿假单胞菌能够在恶劣的宿主体内环境中持续存在并逃避免疫清除。该菌是院内感染的常见原因，主要影响免疫功能低下患者（如囊性纤维化或烧伤患者），且与高死亡率和发病率相关
3,4。作为ESKAPE病原体群（由屎肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌属组成）的重要成员，铜绿假单胞菌对全球公共卫生构成重大威胁，导致了近20%的抗生素耐药相关死亡
5-7。其显著的代谢多样性和快速适应恶劣环境的能力使得治疗成为一个持续的挑战，凸显了对超越传统抗生素的新型治疗方法的迫切需求
8。在感染过程中，强烈的中性粒细胞募集和活化是宿主先天免疫应答的核心组成部分，尤其在肺部。活化的中性粒细胞产生大量活性氧（ROS）并释放细胞外陷阱来对抗病原体
11,12。以产生HOCl和H₂O₂等氧化剂为特征的氧化爆发，是清除铜绿假单胞菌的关键抗菌机制
13,14。这种氧化压力对细菌构成了重大的氧化还原挑战，需要强大的抗氧化防御来维持细胞内氧化还原稳态
15,16。其中，谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）利用还原型谷胱甘肽作为电子供体来还原有机过氧化物。然而，GPx的作用在不同细菌物种中似乎存在差异，反映了功能的多样性
17,18。例如，Zhang等人
19观察到，单核细胞增生李斯特菌中GPx酶的缺失导致细菌对金属离子引起的氧化应激的抵抗力增加，而研究人员团队之前的研究表明，携带gpx突变的PA14菌株与野生型（WT）菌株相比，对HOCl的敏感性增加
15。
尿酸（UA）是嘌呤代谢的终产物，是生理体液中众所周知的抗氧化剂，浓度范围为50至400 μM
20,21。UA易被体内髓过氧化物酶（MPO）的过氧化物酶循环氧化。该反应将UA转化为尿酸自由基，后者与超氧阴离子结合形成尿酸过氧化物（HOOU），这是一种中等氧化剂，可与硫醇过氧化物酶和其他硫醇蛋白反应
22-25。被MPO氧化后，UA会转移该酶的氯化循环，导致HOCl产生减少，并削弱MPO对铜绿假单胞菌（即一种高毒力铜绿假单胞菌株）的杀菌活性
23。同时，HOOU被生成并随后被细菌过氧化物酶中和
15。因此，UA在感染过程中发挥双重作用：既减弱HOCl介导的细菌杀伤，又生成挑战细菌氧化还原稳态的次级氧化物。此外，高浓度的UA促进单钠尿酸盐晶体形成和NLRP3炎症小体激活
23,26，并且在某些氧化条件下，它也可能表现出促氧化行为
21。
本研究旨在探讨来自铜绿假单胞菌PA14的GPx在高尿酸血症条件下急性肺部感染过程中，对细菌抵抗氧化应激和毒力的作用。具体而言，研究人员试图确定GPx是否在由氧化爆发驱动的炎症过程中有助于细菌的适应性。研究显示，GPx的缺失增加了细菌对多种氧化剂和中性粒细胞介导的杀伤的敏感性。虽然感染WT菌株导致快速死亡，尤其是在高尿酸血症小鼠中，但感染Δgpx突变株的动物尽管处于促炎环境中却得以存活。这些发现表明，GPx是铜绿假单胞菌在由氧化爆发驱动的炎症过程中适应性的关键决定因素，并且对于在体内维持肺部感染和疾病严重程度是必需的。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：使用转座子插入突变文库构建了Δgpx基因敲除突变株，并通过PCR进行验证；体外评估了突变株和野生型菌株对多种氧化剂（HOCl、H₂O₂、t-BOOH、HOOU）的敏感性；从健康志愿者外周血中分离人中性粒细胞，在体外评估了细菌与中性粒细胞在不同处理（包括氧化爆发调节剂）下的相互作用；构建了高尿酸血症小鼠模型（通过腹腔注射氧嗪酸钾），并通过鼻内感染途径建立了急性肺炎模型；在感染后不同时间点评估了小鼠生存率、肺部及远端器官（肝、脾）的细菌载量、支气管肺泡灌洗液（BAL）中的细胞计数和生化指标、肺组织病理学变化、氧化损伤标志物（蛋白羰基化、脂质过氧化）以及炎症因子水平。样本队列来源于C57BL/6小鼠和健康人类志愿者。
研究结果部分如下：
1. gpx缺失的验证与基础生长特性：通过菌落PCR确认Δgpx突变株中gpx基因的缺失。生长曲线测定表明，在体外培养条件下，Δgpx突变株与WT菌株的生长动力学无显著差异。
2. Δgpx突变株对氧化剂的敏感性增加：与WT菌株相比，Δgpx突变株对HOCl、H₂O₂、t-BOOH和HOOU的杀伤作用表现出显著增加的敏感性，其半数抑制浓度（IC
50）显著降低。
3. 中性粒细胞对细菌的杀伤作用及GPx的保护作用：在体外中性粒细胞杀菌实验中，UA以浓度依赖的方式显著提高了WT菌株的存活率，但对Δgpx菌株的保护作用有限或不一致。加入HOOU直接证实了其对Δgpx菌株的毒性，而对WT菌株无明显影响。使用MPO抑制剂（ABAH）和NADPH氧化酶抑制剂（apocynin）增强了WT菌株的存活，但对Δgpx菌株存活影响不大；而吞噬抑制剂（细胞松弛素B）则恢复了两种菌株的存活。这表明GPx缺失广泛削弱了细菌在中性粒细胞相互作用中的适应性。
4. GPx缺失显著降低PA14在小鼠体内的毒力：在急性肺炎模型中，感染WT菌株的正常尿酸水平和高尿酸血症小鼠均在3天内死亡，且高尿酸血症加速了死亡。相反，所有感染Δgpx突变株的小鼠在整个观察期（15天）内均存活。
5. Δgpx感染导致细菌载量降低和炎症减轻：感染后22小时，Δgpx感染小鼠的肺、肝、脾组织中的细菌载量显著低于WT感染组。肺组织病理学分析显示，Δgpx感染引起的中性粒细胞浸润显著减轻。BAL分析证实，Δgpx感染组的总白细胞、中性粒细胞和巨噬细胞计数均低于WT感染组。
6. GPx缺失减轻氧化损伤和炎症反应：Δgpx感染小鼠肺组织中的髓过氧化物酶（MPO）活性、脂质过氧化产物（TBARS）和蛋白羰基化水平均低于WT感染组。血清和肺组织中的促炎细胞因子（TNF-α和IL-1β）水平在Δgpx感染组也显著降低。高尿酸血症进一步加剧了WT感染组的这些氧化和炎症反应。
论文的讨论部分总结如下：本研究首次证明了GPx参与铜绿假单胞菌PA14株的毒力。GPx酶在多种细菌中存在，在抗氧化防御、解毒以及在多种氧化剂（尤其是有机过氧化物）存在下细菌生存中起着至关重要的作用。在生理条件下，细胞内促氧化剂和抗氧化剂维持动态平衡；但在感染期间，宿主免疫系统通过氧化和非氧化机制被激活以控制和消除病原体。研究人员的结果表明，PA14的GPx1（PA14_27520）有助于细菌在暴露于活化的人中性粒细胞以及体外HOCl、H₂O₂、t-BOOH或HOOU后的存活。尽管GPx可能在中性粒细胞-细菌相互作用中贡献于对这些氧化剂的抵抗，但其在体内解毒的确切作用仍是间接的。与一些报道GPx功能在不同细菌物种中存在差异的研究不同，研究人员的发现表明GPx在氧化应激条件下对于保护PA14免受生物学相关过氧化物（特别是有机氢过氧化物）的伤害具有重要作用。UA的双重作用（减弱HOCl杀菌活性同时生成HOOU）导致了其对WT和Δgpx菌株存活产生不同的影响。体内实验表明，GPx缺失显著降低了细菌的适应性和持续性，从而导致了更低的细菌载量、减轻的炎症和氧化损伤，以及最终更高的宿主存活率。这种表型的主要驱动因素是细菌负荷的显著降低，而非GPx对宿主免疫反应的直接调节。研究人员将GPx缺失与另一种过氧化物酶AhpC1缺失的表型进行了比较，推测GPx可能在感染早期维持细菌生存和持续性方面起着更关键的作用。此外，序列比对分析提示细菌GPx与人类GPx同源性较低，使其可能成为选择性抗毒力治疗的靶点，但这需要进一步的结构和功能研究来验证。总之，研究人员的结果强调了细菌氧化还原防御在塑造感染结局中的重要性，并支持GPx作为铜绿假单胞菌致病性的一个相关决定因素，强化了氧化还原调控作为针对多重耐药病原体的抗毒力策略的有前景的框架。
研究结论部分翻译如下：本研究证明谷胱甘肽过氧化物酶在炎症条件下对铜绿假单胞菌PA14的存活和毒力至关重要。GPx有助于细菌抵抗与中性粒细胞相互作用期间宿主衍生的氧化应激，并且对于在体内的高效细菌适应性和持续性是必需的。在Δgpx感染期间观察到的炎症和组织损伤减轻，最恰当的解释是显著降低的细菌负荷，而非对宿主免疫反应的直接调节。总而言之，这些发现强调了细菌氧化还原防御在塑造感染结局中的重要性，并支持GPx作为铜绿假单胞菌致病性的一个相关决定因素，强化了氧化还原调控作为针对多重耐药病原体的抗毒力策略的有前景的框架。
