副结核分枝杆菌（MAP）的跨物种毒力策略：绵羊与原驼感染进程及基因表达差异研究

　　本综述系统阐述了副结核分枝杆菌（MAP）在驯养绵羊与野生原驼中的差异化感染机制，通过分析氧化应激基因（katG、sodA）和毒力基因（impA、umaA1、papA2、kdpC）的表达模式，揭示宿主特异性对病原体转录调控的影响，为多宿主系统中MAP传播控制提供分子流行病学依据。

　　

Highlight

病原菌通过调控毒力基因表达适应不同宿主。这种灵活的毒力响应常与广宿主谱病原体（包括野生动物与家畜）的感染能力相关。副结核分枝杆菌（MAP）作为约翰氏病的病原体，可感染多种反刍类草食动物。虽然其在牲畜中的毒力已被充分研究，但对野生宿主的行为了解甚少。通过研究感染进程和毒力基因表达，可深入理解细菌致病机制与宿主反应。本研究比较了家养绵羊和原驼（Lama guanicoe）粪便分离的MAP菌株，包括感染进程及六个基因的表达：两个氧化应激响应基因（katG、sodA）和四个毒力相关基因（impA、umaA1、papA2、kdpC）。以粪便排菌量作为感染进程的替代指标。与原驼相比，绵羊表现出显著更高的MAP排菌量和所有六个基因的表达水平。这些结果表明MAP根据宿主环境调整其表达谱，并可能存在宿主特异性的转录调控。这些数据不排除原驼作为潜在感染源对其同种及其他MAP易感物种的传播风险。在混用物种的景观中，管理跨物种传播和MAP持续存在需要理解这些机制。

Introduction

致病菌为成功感染并在不同宿主体内持续存在，必须严格调控与毒力相关基因的表达及涉及免疫逃逸、胞内生存和组织定植的分子机制（Chakravarty和Massé, 2019）。这些调控过程不仅支持在宿主环境中的生存和复制，还塑造不同宿主群落中感染结果和传播动态（Benbow等, 2018）。

这种灵活响应的毒力对感染广范围宿主物种（包括家畜和野生动物）的细菌病原体尤为相关（Didelot等, 2016）。在此情况下，基因表达可能因宿主细胞靶标、免疫状态或微生物组成而异（Shaw等, 2022; Turner等, 2021）。这些变化可反映病原体的进化适应或不同宿主施加的选择压力（Sukumaran等, 2022）。最终，这种宿主特异的基因表达调控帮助界定病原体的生态范围，以及溢出事件导致短暂定植、慢性感染或进一步传播（Benbow等, 2018; Becker等, 2019; Barber等, 2024）。这在野生动物-家畜界面特别重要，因为病原体可在野生和家养宿主间双向传播（De Garine-Wichatitsky等, 2018; Corti等, 2022; Hayes等, 2023）。在此背景下，每个宿主的生理相容性可能塑造细菌基因表达模式，从而影响感染持续性和传播风险（Yu等, 2021）。

在开放放牧系统中，缺乏物理屏障增加物种间直接或间接接触的可能性，促进多宿主病原系统的出现（De Garine-Wichatitsky等, 2018）。南美洲南部的巴塔哥尼亚草原即是如此，大片原生草地用于粗放绵羊放牧（Radic-Schilling等, 2024），但也是该地区最大原生草食动物原驼（Lama guanicoe）的栖息地（González等, 2006）。历史上原驼分布广泛且数量众多，欧洲殖民前早期种群估计在3至5千万只（Raedeke, 1979）。如今，主要由于绵羊牧场的扩张（该地区现有近1千万只绵羊），残余的一百万原驼分布在巴塔哥尼亚，局限于边缘生境的破碎种群中（Carmanchahi等, 2022）。这种野生和家养反刍动物的重叠创造了生态界面，使跨物种病原传播成为可能（Salgado等, 2009; Corti等, 2022）。

此背景下值得关注的病原体是副结核分枝杆菌（MAP）。这是副结核病或约翰氏病的病原体，一种影响广范围反刍类草食动物的慢性肉芽肿性肠炎（Salgado等, 2009; 2015; Carta等, 2013; Naylor等, 2018; Corti等, 2020）。MAP被证明能在宿主巨噬细胞内生存并适应多样免疫环境（Kravitz等, 2021）。疾病进程常涉及延长的亚临床感染，细菌粪便排菌被广泛接受为感染严重性的替代指标，与肠道病理变化相关（Mitchell等, 2015）。然而，虽然MAP感染在家畜中特征明确，但其在野生物种如原驼中的行为和转录活性知之甚少。

家养绵羊和野生原驼间的生理和免疫差异可能对MAP施加不同的选择压力，导致基因表达的不同模式。氧化应激响应相关基因，如katG、sodA（分别编码过氧化氢酶-过氧化物酶和超氧化物歧化酶）。这些酶对抗宿主免疫反应产生的活性氧物种（Ng等, 2004; Trivedi等, 2012; Kawaji等, 2010）。此外，毒力功能基因如impA、umaA1、papA2和kdpC（涉及细胞壁重塑、胞内生存和营养获取即钾运输），已知根据宿主条件差异调控（Shin等, 2021; Singh等, 2013; Ssekitoleko等, 2021; Steuer等, 2024）。尽管MAP基因表达研究已在绵羊和牛中进行（如Heuer等, 2012; Fernández-Silva等, 2014; Dukkipati等, 2016; Kravitz等, 2022; Steuer等, 2024），但少有探索MAP在野生宿主中的转录行为。接触宿主后，MAP激活涉及上皮入侵、抗吞噬体破坏和氧化应激下生存的复杂基因阵列（Kravitz等, 2021; Ssekitoleko等, 2021），但这些基因在不同宿主物种中的行为仍 largely 未知。

本研究检测了从智利巴塔哥尼亚麦哲伦区共存的家养绵羊和原驼种群粪便样本中获得的MAP分离株。我们使用细菌排菌作为感染进程的替代指标，RT-qPCR定量六个基因的表达：四个涉及毒力（impA、umaA1、papA2、kdpC）和两个氧化应激响应（katG和sodA）。所有这些基因先前报道在MAP感染巨噬细胞或氧化应激条件下上调，是MAP持续和传播相关宿主-病原互作的可靠指标（Ssekitoleko等, 2021）。我们旨在首次确定MAP在野外条件下是否展示宿主特异性表达模式。我们假设来自绵羊的MAP分离株将显示比原驼更高的细菌载量和基因表达，反映宿主相容性和选择压力的差异。理解这些分子响应应有助于澄清野生反刍及反刍类草食动物在副结核病流行病学中的作用，从而指导多宿主系统中MAP传播的管理努力。

Study area, host species, and MAP occurrence

样本采集自智利巴塔哥尼亚南部麦哲伦区的草原牧场，该地区两种物种在粗放牧系统下同域放牧（图1）。该地区气候寒冷半干旱，平均温度冬季-4?°C至夏季+10?°C，年降水200至400毫米（Radic-Schilling等, 2024）。优势植被包括“coiron”（Festuca gracillima）等丛生禾草。

Results

34份原驼样本中，12份（35%）MAP培养阳性，其中八份显示所选基因的可检测表达。30只绵羊中，13只（43%）通过培养和PCR为MAP阳性。为标准化样本量，选择表达水平最高的八只绵羊进行cDNA分析与原驼比较。

Discussion

本研究证明来自绵羊的MAP分离株显示显著更高的细菌载量和更大的毒力相关及氧化应激响应基因表达，相比野生原驼分离株。倍变化分析确认绵羊中基因表达高出5至14倍（依基因而定），强化了宿主特异性因素影响MAP转录活性的假设（Schmittgen和Livak, 2008; Feng等, 2012）。

更高表达

Conclusions

本研究提供首份分子证据表明MAP在绵羊和原驼宿主物种中响应不同。在绵羊中，病原体展示更高细菌载量和更强的毒力与氧化应激基因表达，提示由强免疫压力和宿主-病原共适应塑造的成熟互作。在原驼中，MAP所有检测基因显示一致较低表达，可能反映要么降低的致病活性或较不容许的宿主环境。