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细菌之间的交流方式通常是指的群体感应现象,即在细菌的群体内部,以群体密度为基础,通过自诱导型信号分子调节细菌自身的基因表达。革兰氏阳性菌和阴性菌能采用不同的种特异性信号分子对细菌各种行为进行调控,而LuxS/AI-2系统在革兰氏阳性和阴性菌中,都普遍存在,参与细菌的毒力和代谢中各种行为的调控。近年来的研究表明,信号交流现象不局限于细菌之间的交流,也有细菌和其宿主之间的信号交流。在应激和疾病感染中,细菌能够主动的对宿主的激素分子做出响应,调节生长和毒力,在应激,疾病和免疫过程中起到了不可忽视的作用。本课题以猪的重要呼吸道病原菌胸膜肺炎放线杆菌（Actinobacillus pleuropneumoniae, APP）为对象,研究了LuxS/AI-2系统和宿主儿茶酚胺类激素对APP的基因表达以及相关表型的调控。1. LuxS/AI-2对胸膜肺炎放线杆菌基因表达的调控LuxS是细菌甲硫氨酸代谢的甲基化循环中的一个酶,其催化产生的AI-2分子在一些细菌中是一个群体感应信号分子。LuxS/AI-2在不同细菌的代谢和毒力调控中有着多重功能。APP的培养上清液中存在AI-2活性的分子,并且luxS基因对APP在宿主体内存活是必需的。在本人以往的研究中,已经证实APP的luxS基因是有功能的,其直接参与AI-2分子的合成,并且影响生物被膜形成和毒力。为了全面研究LuxS/AI-2在APP中的功能,本研究通过生物芯片技术比较了luxS突变体和亲本菌在对数生长早期,中期,后期和平台期的基因表达谱差异,分别得到了138,113,351和58个差异表达基因,并通过荧光定量RT-PCR对芯片结果进行了验证。差异表达基因中,有很多参与APP感染的基因,这与luxS突变体毒力下降的现象是一致的。其中,生物被膜形成相关基因pgaABC在突变体的对数生长早期上调,9个粘附相关基因在对数生长后期下调,并且有一批铁摄取和代谢相关基因在四个生长时期分别发生了不同程度的差异表达。在luxS突变体中使用基因互补和AI-2分子互补同时对以上三个毒力相关表型进行了进一步研究,结果表明luxS突变体生物被膜增强,对宿主细胞的粘附能力减弱,但这些变化与不是由于缺乏AI-2引起的；而AI-2分子本身可以不依赖于LuxS增强APP的生物被膜和粘附能力。同时,在铁限制的环境下,APP能够通过分泌的AI-2分子调节生长能力,即luxS突变体的生长缺陷可以被AI-2分子恢复。这些结果表明APP的LuxS和AI-2分子对APP的毒力特征具有多效性。除了感染相关基因以外,还有大量糖代谢和能量代谢相关基因发生了差异表达,对这些基因参与的代谢通路进行了详细分析。在对数生长后期糖代谢基因变化最大,此时APP细胞外的AI-2分子水平开始迅速下降,因此糖代谢的变化可能与AI-2的摄取或转运有关。通过在丰富培养基和人工培养基中添加不同糖类后检测APP的生长能力和胞外的AI-2水平,发现AI-2的转运可能与碳源的选择性利用和碳源的需要量有关。APP核糖转运器操纵子在对数生长后期下调,验证了该转运器中的糖结合蛋白RbsB2能够结合AI-2分子,因此,核糖转运器可能是APP的AI-2分子受体之一。在同一时期,一些在其他细菌中具有广泛调控功能的基因也差异表达,这些基因在LuxS/AI-2对APP的基因表达调控中可能起到重要的枢纽作用。此外,差异表达基因中有少量甲硫氨酸,半胱氨酸和硫代谢基因,表明在APP中,LuxS在AMC和甲硫氨酸相关代谢中也是有作用的,但本研究使用条件下LuxS突变对这些代谢的影响较小。2.儿茶酚胺类激素对胸膜肺炎放线杆菌基因表达的调控细菌能利用哺乳动物的一些应激激素来调控自身的感染过程,这种反应在疾病的发生发展中起到了重要作用。APP在应激情况发生时,感染率升高,疾病的发展结果受到了相应的影响。为了研究APP是否能够感染宿主的应激激素,本研究通过表达谱芯片的方法比较了APP经过儿茶酚胺类激素肾上腺素（Epi）或去甲肾上腺素（NE）处理后和未处理对照之间的基因转录水平差异,并且进一步通过荧光定量RT-PCR对芯片结果进行了验证。在对数生长后期,有158个基因在受到Epi处理后发生了差异表达,而受到NE调控的差异表达基因有105个。这些基因参与APP的各种生物学功能,对基础代谢相关基因的影响较少,而包括了较多的毒力和感染相关基因。说明了APP能响应动物的应激激素,调节自身的基因表达。在差异表达基因中,只有18个Epi和NE共同调控的基因。这些基因包括了毒力因子ApxI的结构基因apxIA,生物被膜形成基因pgaB,粘附素基因APL0443以及一些可能的激素响应系统相关基因tyrP2, ygiY-ygiX（qseC-qseB）和narQ-narP。对受到Epi和NE影响的毒力和感染相关基因以及调控基因分别做了查找和分析。两种激素对APP调节的基因不尽相同,并且差异表达基因中存在着共同的和各自不同的调控基因,说明APP中可能存在着多种对不同激素的感应和调节系统。对毒力相关表型进行了进一步研究,表明Epi促进APP的细胞毒性而NE则能抑制APP的细胞毒性,这种影响与两种激素对apxIA的调控规律一致。肾上腺素受体拮抗剂能阻断Epi和NE对APP细胞毒性的效应。尽管pgaB受到了两种激素的影响,但APP的生物被膜形成没有受到Epi和NE的影响。将激素添加到APP生长过程的情况下,NE能促进APP对宿主细胞的粘附力,而Epi则没有作用,并且肾上腺素受体拮抗剂能阻断NE对APP粘附力的影响。将Epi和NE添加到APP与宿主细胞互作时,两种激素都能增强APP的粘附力,并且这种作用只能被β-肾上腺素受体拮抗剂所阻断。除了受到Epi和NE共同调控的粘附因子APL0443的作用,其他受到影响的粘附基因可也能参与了激素对APP粘附力的作用。