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结核杆菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）是与人类长期共同进化，具有高度致病性的病原菌。有效疫苗的缺乏、耐药菌株的出现以及Mtb与艾滋病病毒(HIV)的共感染使结核病成为人类健康的巨大威胁，全球每年约150万人因结核病死亡。巨噬细胞(MΦ)是抵抗外源异物和病原体的第一道防线，通过吞噬作用、合成活性氧（ROS）/活性氮（RNS）以及MΦ的凋亡清除病原微生物。然而，Mtb产生的过氧化氢-过氧化物酶(KatG)，能够分解MΦ中NADPH氧化酶(NOX-2)产生的过氧化物，对抗MΦ的杀菌功能，促进Mtb在MΦ中的生存。虽然KatG缺陷的Mtb毒力明显降低，但KatG与Mtb致病性的直接关系和机制目前并未得到证实。 过氧化氢(H2O2)进化筛选为我们提供了一株具有高表达KatG蛋白和功能的耻垢杆菌(M.smeg)突变株(mc2114)。DNA序列检测发现，与野生型母株(mc2155)比较，mc2114具有29个点突变位点，其中一个出现在fur基因内。经细胞系和小鼠感染实验发现，与野生菌株mc2155比较，mc2114对小鼠的致死率及在肺泡巨噬细胞（AMΦ）的胞内生存能力显著增高，并伴随降低的MΦ凋亡。经呼吸道接种mc2114的小鼠肺组织炎症反应明显增强，导致严重肺损伤。ELISA检测发现mc2114感染后小鼠肺中炎性因子TNF-a、IL-1b和IL-6显著增高;而ROS水平在小鼠AMΦ中显著降低。此外还观察到在mc2114感染早期，小鼠肺中γ干扰素(IFN-γ)显著低于mc2155感染的小鼠，肺中分泌IFN-γ的NKT和γδT细胞明显减少。利用IFN-γ敲除小鼠进一步证明mc2114同时阻碍了依赖于IFN-γ的诱导性一氧化氮合成酶(iNOS)和NOX-2的表达，导致ROS和RNS的减少。这些结果提示mc2114在小鼠中的致病能力显著增强。为进一步分析mc2114的毒力变化机制，向mc2114中回补正确的fur基因，构建回复突变株(Fur-mc2114)，并证实KatG的表达在Fur-mc2114中接近野生菌株mc2155的水平。Fur-mc2114感染小鼠后在肺中的定植能力介于mc2155、mc2114之间，诱发的炎症反应与mc2155水平一致。 这些结果表明KatG是重要的毒力因子，提示mc2114导致的抗ROS、抑制AMΦ的凋亡、抑制IFN-γ的产生和促进炎症反应与KatG的活性增高相关，在分枝杆菌的致病机制中有重要作用。此外，多种毒力表型与KatG活性增高的相关性提示，KatG的致病机制有可能不仅限于抑制过氧化物介导的杀菌作用。对这些毒力表型相关性的认识和发现有可能受限于常规的基因敲除技术，而通过进化筛选获得的KatG高表达菌株为揭示Mtb的致病机制、发现重要的疫苗候选分子、和建立Mtb的感染和药物筛选模型提供了重要的手段。此外，H2O2进化筛选模拟了分枝杆菌与人类的共进化过程，所导致的一系列更接近Mtb的毒力表型有可能反映了Mtb适应宿主的进化生存过程。