近日，上海市公共卫生临床中心、上海市重大传染病和生物安全研究院范小勇、马瑞青团队在国际顶尖综合期刊PNAS刊发研究论文，阐明TagA作为结核菌基因组守护者，修复活性氮引发的DNA损伤，助力结核分枝杆菌在宿主巨噬细胞内存活，为新型抗结核靶点研发提供关键依据。
结核分枝杆菌能够长期存活于宿主细胞内，是结核病难以清除的重要原因之一。实际上，结核菌在感染后存活于多种巨噬细胞环境中。感染早期，结核菌首先进入肺泡巨噬细胞等，生存环境相对宽松；随着感染进展，结核菌会转移至不同来源和功能状态的巨噬细胞群体。其中，偏向M1型极化状态的间质巨噬细胞或单核来源的巨噬细胞通常能够产生大量活性氧和活性氮，损伤病原菌DNA（如产生3-甲基腺嘌呤），进而阻断基因组复制，影响细菌存活。因此，结核菌必须高效而精准地修复DNA损伤，才能实现在M1型巨噬细胞内的存活。然而，一个关键问题始终未被充分回答：面对宿主来源的RNS压力，结核菌究竟依靠什么机制来保护自身基因组的稳定，实现在严苛的炎症性巨噬细胞中持续存活？
研究团队首先利用高通量筛选技术（Tn-seq）比较结核菌在不同极化状态巨噬细胞中生存所需的关键基因，发现DNA损伤修复相关基因tagA在M1型巨噬细胞条件下特异性富集。进一步验证发现，tagA的突变（ΔtagA）显著影响结核菌在M1型巨噬细胞中和感染4周小鼠体内(即肺部巨噬细胞更偏向M1型、亚硝化应激水平较高的阶段)的生存能力。
TagA编码一种的3-MA糖基化酶，研究团队发现结核菌中的TagA可特异性结合并切除DNA中的3-MA，降低在亚硝化应激下结核菌基因组中的3-MA水平，其关键氨基酸位点Glu48的突变可显著降低TagA与3-MA的结合能力。通过iNOS抑制剂SMT降低M1型巨噬细胞和小鼠体内的RNS压力后，ΔtagA菌株的生存缺陷明显缓解。在海洋分枝杆菌感染的斑马鱼模型中，宿主RNS合成关键基因nos2a的缺失同样能够削弱ΔtagA的体内存活劣势。这些结果共同指向一条清晰的机制链：M1型巨噬细胞中RNS的亚硝化应激可诱导结核菌基因组DNA发生3-MA损伤，TagA通过清除这类损伤维持基因组稳定性，从而帮助结核菌抵御宿主RNS杀伤并存活。
这项研究的价值不仅鉴定了一个新的结核菌实现宿主胞内生存的相关基因，更提出了结核菌利用DNA修复酶抵御宿主免疫杀伤的新视角。首先，研究强调了巨噬细胞异质性的重要性：不同极化状态的巨噬细胞对结核菌施加了性质不同的免疫压力，因而结核菌的适应机制也具有显著的宿主细胞环境特异性；其次，研究将结核菌DNA修复与宿主RNS直接联系起来：此前已报道的多个DNA烷基化损伤修复因子对结核菌在宿主体内存活没有影响，但本研究首次通过高通量筛选及系统的功能实验明确证实了TagA可在体内感染过程中对抗宿主RNS诱导的DNA烷基化损伤并直接影响细菌的生存；最后，TagA及其关键功能位点Glu48为后续研究提供了潜在线索：若能够开发针对TagA功能的干预策略，并与促进宿主抗菌免疫或现有抗结核药物联合应用，或许有望进一步削弱结核菌在炎症微环境中的适应能力并提高抗结核治疗效果。
结核菌在宿主细胞内的顽强生存，并不只是依赖于细菌对宿主免疫攻击的逃避，也来自细菌基因组层面应对宿主压力的精细感知与修复能力。从Tn-seq筛选锁定候选基因，到解析3-MA修复机制，从M1型巨噬细胞，到小鼠和斑马鱼感染模型，本研究系统揭示了TagA在结核菌抵御亚硝化应激中的关键作用。当宿主试图以亚硝化应激攻击病原体基因组时，TagA则化身成为结核菌维持基因组DNA完整性并跨越免疫防线的“守护者”。未来，当我们洞悉结核菌抵御宿主免疫应答的更多奥秘，量身定制的抗结核策略必将引领人类迈向无结核病的新时代。
本项目获得了新发突发与重大传染病国家科技重大专项与上海市科技重大专项的支持，上海市公共卫生临床中心复旦大学2022级博士生张影同学为该论文第一作者，上海市公共卫生临床中心/上海市重大传染病和生物安全研究院范小勇教授与上海市公共卫生临床中心马瑞青博士为共同通讯作者，上海市公共卫生临床中心晏博和中国医学科学院病原生物研究所孙义成研究员也为本研究做出了重要贡献。
