近日，国际微生物学权威综述期刊《Trends in Microbiology》在线发表了上海交通大学微生物代谢国家重点实验室何亚文教授团队的综述文章“DSF家族群体感应信号介导的种内、种间和跨界信号交流(DSF-family quorum sensing signal-mediated intraspecies, interspecies, and inter-kingdom communication)”。何亚文教授为文章第一作者和通讯作者，中山大学邓音乐教授、新加坡南洋理工大学缪岩松教授(Prof. Yansong Miao)为文章共同第一作者。
DSF(Diffusible signaling factor)是多种革兰氏阴性细菌产生的一类中链顺式不饱和脂肪酸(图1)。细菌通过识别自身合成与分泌的DSF，感应自身群体细胞密度，诱导相关基因表达，调整细胞代谢与生理状态。根据信号接收与传导机制，DSF介导的种内交流主要分为三类：①植物病原黄单胞菌为代表，DSF由RpfC/RpfG双组分系统接收与传导。何亚文教授团队一直引领这一研究领域，先后鉴定了黄单胞菌中DSF家族信号分子的化学结构、信号传导途径和调控的生物学功能，阐明了DSF生物合成途径与DSF翻转(turnover)的分子机制，进一步发现寄主植物免疫系统与黄单胞菌DSF群体感应系统之间存在着精细的相互作用。②动植物病原伯克氏菌为代表，DSF由调控蛋白RpfR接收与传导。中山大学邓音乐教授团队在这一领域开展了引领性的研究工作。③以条件致病绿脓杆菌为代表的DSF接收与传导机理尚待研究。
图1 三种DSF-介导的种内交流系统及其所依赖的信号分子
多样性出发，根据多环氧杂蒽酮类天然产物分子骨架和多样后修饰的特点，将其分为九类。针对每一类多环氧杂蒽酮天然产物，详尽地比较了其光谱、质谱特征，汇总并分析了可能的化学结构-生物活性相关性，重点阐述了多环氧杂蒽酮类天然产物的生物合成途径、药效基团-氧杂蒽酮环的酶催化机制以及多重氧甲基化和氯代修饰过程。对该领域的未来进行了展望，指出综合运用基因组、代谢组、转录组以及蛋白组多组学技术将有助于发现和丰富多环氧杂蒽酮类天然产物宝库。
同时，DSF产生菌也能利用DSF信号分子与其它细菌之间开展种间交流(图2)，包括伯克氏菌(Burkholderia spp.)、嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)、绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)、弗郎西斯菌(Francisella novicida)、芽孢杆菌(Bacillus)、噬菌蛭弧菌(Bdellovibrio bacteriovorus)、沙门氏菌(Salmonella)等。在目前发表的文献中，多数DSF产生菌均利用分泌的DSF信号分子干扰其它细菌的生长或发育，限制其发展，保持自身在局部环境的竞争力。
DSF产生菌还能与真核生物之间开展跨界信号交流(图2)。DSF家族信号分子显著干扰白色念珠菌(Candida albicans)菌丝体发育和生物膜形成，影响其致病性。加州大学伯克利分校Steven Lindow教授团队系统阐明了苛养木杆菌利用DSF信号分子调控其在利器叶蝉(sharp shooter leaf hoppers)前肠中的定殖能力，有利于苛养木杆菌通过这种刺吸式昆虫转移到葡萄等寄主植物维管束中。南洋理工大学缪岩松教授团队首先发现DSF可以诱导植物细胞膜甾醇富集，高度诱导植物细胞壁纤维素合成，以及影响细胞膜上免疫功能分子的生化特性，比如植物鞭毛蛋白受体聚集和内吞，从而抑制植物病程相关分子模式激发的免疫反应(PTI)；进一步研究发现DSF影响植物细胞壁-质膜-微丝骨架复合体[plant cell wall-plasma membrane-actin cytoskeleton (CW-PM-AC) continuum]的生物物理特性，扰乱细胞膜表面上蛋白分子的识别与大分子组装，导致植物免疫系统信号失调（图3）。西北大学田静教授团队发现DSF信号可以有效抑制斑马鱼中脂多糖(LPS)诱导的炎症反应，其作用机理可能是干扰Toll-样受体通路抑制下游炎症因子的表达以及影响caspase家族级联反应激活，抑制溶酶体组织蛋白酶基因表达，从而减轻炎症导致的细胞凋亡。阐明DSF介导的种内、种间与跨界交流现象与机制进一步深化了微生物社会学的内涵，同时也有助于研发新型抗感染策略。
图2 DSF介导的种间与跨界信号交流
图3 DSF在拟南芥和斑马鱼中的信号途径
本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海农乐生物制品股份有限公司等资助。
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