双组分调控系统及其对细菌诱导性耐酸响应调控机理的研究进展

双组分调控系统及其对细菌诱导性耐酸响应
调控机理的研究进展
郎晨晓1，罗欣1，朱立贤1，张一敏1，韩广星2，董鹏程1,*
（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安 271018；2.国家肉牛牦牛产业技术体系临沂站，山东临沂 276000）
摘 要：双组分调控系统（two-component regulatory system，TCS）是维持细菌在压力环境中存活的重要结构。

食品加工过程极易产生高渗、弱酸等压力环境，双组分系统能够帮助细菌感受外部环境的胁迫，及时动员体内对抗机制，这一过程容易产生耐酸、耐渗透压、耐高温甚至是高毒性的菌株，威胁食品安全。

本文主要对TCS的结构组成、识别信号及调控作用等进行概述，并与细菌诱导耐酸响应（acid tolerance response，ATR）中的酸休克蛋白、细胞膜系统和氨基酸代谢等产生机制进行联系，综述了细菌在酸性条件下通过TCS响应信号分子激发ATR的具体过程。

关键词：双组分调控系统；诱导耐酸响应；信号分子；调控机制；食品加工
Two-Component Regulatory System and Its Mechanism of Action in Regulating Bacterial Acid
Tolerance Response: A Review
LANG Chenxiao1, LUO Xin1, ZHU Lixian1, ZHANG Yimin1, HAN Guangxing2, DONG Pengcheng1,*
(1. College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China；
2. National Beef Cattle Industrial Technology System, Linyi Station, Linyi 276000, China)
Abstract: The two-component regulatory system (TCS) is a vital structure for maintaining the survival of bacteria in complex environments. Food processing can induce high osmotic pressure, weak acid and other stressful environments.
The two-component system can help bacteria to perceive the external environment and mobilize the internal resistance mechanism in time. However, this process can produce strains that are resistant to acids, osmotic pressure, and high temperature, and even highly virulent strains threatening food safety. This paper summarizes the structural composition, recognition signal and regulatory role of TCS. Based on the acid shock proteins, cell membrane system and amino acid metabolism associated with acid tolerance response (ATR), the activation process of ATR by TCS in response to signal molecules under acidic conditions is also discussed.
Keywords: two-component regulation system; acid tolerance response; signal molecule; regulation mechanism;
food processing
DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180914-152
中图分类号：TS201.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2019）15-0359-08引文格式：
郎晨晓, 罗欣, 朱立贤,等. 双组分调控系统及其对细菌诱导性耐酸响应调控机理的研究进展[J]. 食品科学, 2019, 40(15): 359-366. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180916-159.
LANG Chenxiao, LUO Xin, ZHU Lixian, et al. Two-component regulatory system and its mechanism of action in regulating bacterial acid tolerance response: a review[J]. Food Science, 2019, 40(15): 359-366. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180916-159.
收稿日期：2018-09-14
基金项目：山东省自然科学基金青年项目（ZR2017BC064）；现代农业产业技术体系建设专项（CARS-37）；
山东省牛产业创新团队加工与质量控制岗位项目（SDAIT-09-09）
第一作者简介：郎晨晓（1995—）（ORCID: 0000-0001-9374-9245），女，硕士研究生，研究方向为畜产品加工。

E-mail: 1213297892@
*通信作者简介：董鹏程（1986—）（ORCID: 0000-0001-8994-2608），男，讲师，博士，研究方向为畜产品加工。

E-mail: dpch@
双组分调控系统（two-component regulatory system，TCS）是细菌感知外界环境信号，并将信号分子传导至菌体内部，从而激发相应调控机制的重要途径，对于细菌在压力条件下的存活具有重要意义。

在食品加工过程中，细菌经常面临多种亚致死的压力环境，如高渗透压、酸性、低水分活度等，TCS能够帮助细菌感知环境变化并及时启动体内应对机制，最大程度地提高自身的存活能力，甚至产生高抗性菌株。

这种“抗逆性”的提高有利于食源性致病菌克服食品加工过程中的栅栏因子，从而危害食品安全。

在食品工业中，酸作为保鲜剂、酸度调节剂、抗氧化剂等已有近100 年的应用历史，有机酸作为一种廉价、低能耗、效能持久的消毒减菌剂，在宰后动物的胴体表面应用广泛[1]。

随着有机酸在屠宰企业的大范围应用，越来越多的耐酸菌株开始显现，消毒减菌效果开始衰退，有机酸长期使用的安全性亟待评估。

细菌耐酸性的变化涉及自身的本底耐酸能力、外界环境的感知、氨基酸代谢的调控、核酸修复功能的启动、质子泵外排、细胞膜脂肪酸组成的变更等多种生理生化反应的协同运作[2]。

其中，以双组分调控为基础的对酸性环境的感知和信号的传递是食品中致病微生物耐酸性动员的第一步[3]。

本文以细菌耐酸性为主，综述了TCS的结构作用、信号识别及其在酸性压力下提升细菌耐受能力的调控过程。

1 TCS的结构组成与调控机制
TCS由1 个组氨酸蛋白激酶（histidine protein kinase，HK）和1 个反应调控（response regulator，RR）蛋白组成。

HK通常是一个跨膜感应蛋白，结构分为3 部分，有感知外界信号分子作用的感应功能区、自身磷酸化的位点区（又称二聚体功能区）以及ATP结合部位。

而RR蛋白位于胞质内，结构可分为相对保守的能结合磷酸基团的N端、高度可变并能特异性结合DNA序列的C端[4]。

TCS的作用机制如下：HK中感应功能区的膜外配体识别到外界信号后，激活自身与ATP结合部位，并将ATP水解为ADP，而后ATP的磷酸基团转移到二聚体功能区，与组氨酸位点结合，发生自我磷酸化；随后，磷酸化的HK与RR蛋白的N端作用，将磷酸基团转移到N端的天冬氨酸残基位点，并激活C端的效应区，从而改变其构象，暴露出DNA结合位点，再与靶细胞基因的启动子序列进行特异性结合，进而调控相关基因和蛋白的转录与合成[4-5]。

研究表明，微生物对压力环境的耐受能力与多种TCS有关，以沙门氏菌（Salmonella）为例，利于自身适应酸胁迫的PhoP/PhoQ、利于抵抗宿主抗菌肽的PmrA/PmrB和能提升高盐耐受能力的OmpR/EnvZ等系统对复杂环境下菌株的生存均有重要意义[6-8]。

2 TCS的识别信号
2.1酸性环境信号
酸性环境可以激发微生物的PmrA/PmrB、PhoP/PhoQ 和EvgS/EvgA等TCS产生调节效应[9-10]。

研究表明，在pH值为3.1的条件下，大肠杆菌（Escherichia coli）中PhoP/PhoQ的缺失会导致由其调控的多种酸激蛋白的合成受阻，且PhoP/PhoQ缺陷菌株的耐酸能力低于正常菌株，说明PhoP/PhoQ系统对细菌的酸耐受能力有利[11]。

此外，Soncini等[12]以沙门氏菌正常菌株与pmrA突变菌株为研究对象，以受PmrA/PmrB调控的下游基因pbgP的表达量为测量指标，观察到pH值由7.7降至5.8时，正常菌株的pbgP基因表达显著上调，而pmrA突变菌株变化不明显，这表明细菌中的PmrA/PmrB系统可以响应酸信号。

EvgS/EvgA系统是一种可提高大肠杆菌细胞耐酸性的双组分系统，Sen等[10]在研究EvgS/EvgA对于酸性环境（pH 值为5.5～5.7）的感应模型时，提出pH值应答由跨膜蛋白EvgS二聚化的强度所调控。

H＋既可以作为某一双组分系统的直接信号，又可以通过级联反应激活更多双组分系统，例如H＋是PmrA/PmrB的直接识别信号[13]，又可以通过对PhoP/PhoQ 的激活而间接活化PmrA/PmrB系统[9]。

H＋与金属离子可以联合诱导T C S产生应答。

例如在H＋存在的情况下，高浓度的M g2＋不能抑制PhoP/PhoQ的调控效应[12]，但具体机制仍不明确。

此外，在H＋与金属离子（如Mg2＋信号）存在时细菌产生耐酸响应，其机理是H＋与PhoQ结合后通过PhoP调控下游基因，亦或是诱导其他系统产生协同作用仍待研究。

2.2金属离子信号
TCS的跨膜蛋白感应到外界金属离子信号后与之结合，将磷酸基团传递至胞内的反应调节蛋白，进而引起其构象变化，产生调控效应。

以PhoP/PhoQ为例，当低浓度的Mg2＋（μmol级别）与PhoQ的结合位点结合时，会通过自身磷酸化激活PhoP蛋白，形成PhoP-P，从而调控耐酸因子、毒力因子等的表达。

相反，浓度较高（mmol级别）的Mg2＋会引起PhoP-P去磷酸化，抑制由PhoP/PhoQ激活的下游基因表达，例如减弱野生型沙门氏菌的毒力[14]。

Véscovi等[6]用Ca2＋、Mn2＋、Ni2＋、Cu2＋、Ba2＋等代替Mg2＋测定PhoP/PhoQ激活基因psiD的转录水平，发现Ca2＋、Mn2＋同Mg2＋对PhoP/PhoQ的激活作用类似，而其他离子不能被识别。

对于PmrA/PmrB系统，Wösten等[7]提出Fe3＋和Al3＋都是沙门氏菌PmrA/PmrB系统的环境信号。

而Zn2＋对大肠杆菌PmrA调控的基因表达有诱导作用，但对沙门氏菌没有影响[15]。

除上述金属离子信号外，还有能被金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）ArlR/ArlS识别的Zn2＋和
Mn2＋[16]，能激发大肠杆菌HydH/HdyG作用的Pb2＋[17]，能被志贺菌（Shigella）KdpD/KdpE系统响应的K＋[5]，能够诱导大肠杆菌CusS/CusR系统产生应答的Ag＋和Cu2＋[18]信号等。

2.3渗透压信号
TCS感应到外界环境的渗透压胁迫后，跨膜蛋白激酶发生磷酸化，并将磷酸基团传至胞内效应蛋白，进而通过调控孔道蛋白的组成比例等途径对渗透胁迫产生应答。

OmpR/EnvZ、ColR/ColS、MtrB/MtrA等系统均能响应渗透压信号[8,19-20]，其中有关OmpR/EnvZ的研究最多，ompR基因缺失会引起细菌膜孔道蛋白OmpC、OmpF的表达出现差异，这两种蛋白的作用是控制小分子亲水物质通过被动扩散进入细胞[8]。

在响应渗透压信号的过程中，HKEnvZ具有双向功能，其感应到高渗胁迫后发生自我磷酸化，磷酸基团传至调控蛋白OmpR形成OmpR-P，激活OmpC的生成，并抑制OmpF表达；一旦渗透胁迫消失，EnvZ又能作为去磷酸酶使OmpR-P变为OmpR，低渗透压环境导致OmpR磷酸化水平降低，利于OmpF的表达[21-22]。

细菌通过此过程影响外膜上OmpC和OmpF两种蛋白的组成比例，帮助细菌适应胁迫环境。

此外，Huang Xinxiang等[23]发现沙门氏菌在高渗（NaCl浓度为300 mmol/L）应激初期，TCS中的OmpR和PhoP表达同步上调，说明细菌面对外界高渗压力时，可能存在OmpR/EnvZ与PhoP/PhoQ多个系统协同作用的现象。

2.4群体密度信号
除上述信号分子外，群体密度信号也能被TCS识别，如金黄色葡萄球菌中的AgrC/AgrA系统属于群体感应（quorum sensing，QS）调控系统，系统中的HK AgrC 可以感应到细菌密度信号是否达到阈值，并能通过RR 蛋白AgrA调控细菌的毒力、耐药性等，利于细菌在胁迫环境下的存活[24]。

QS调控系统还与细菌的生物膜形成有关，例如金黄色葡萄球菌中，有LuxS蛋白酶催化合成的用于种间交流的自诱导物质（autoinducer-2，AI-2），LuxS/AI-2系统通过TCS的KdpD/KdpE调节胞外多糖荚膜的产生，影响生物膜的形成[25]。

此外，沙门氏菌中的QseB/QseC双组分系统等也能够调控QS，且可以进一步与菌株的动力、侵袭力及耐药性等生理特性联系[4]。

2.5其他识别信号
细菌复杂的生存环境中还存在多种信号分子，并涉及多种TCS，如可以由折叠错误的蛋白质及盐离子浓度的改变激活的CpxR/CpxA系统[9]，可以感受氧浓度变化从而产生调控效应的FixL/FixJ系统[4]，与氮吸收相关的NreB/NreC系统等[26]。

3 TCS的调控作用
3.1双组分系统对耐酸性的调控
面对食品加工过程造成的酸性环境，TCS可以通过直接调节下游的耐酸基因来增强细菌在酸中的存活能力，也可以动态调控细胞膜结构、氨基酸代谢、质子泵外排和启动核酸修复机制等，令细菌获得额外的耐酸能力，并使细菌产生诱导耐酸响应（acid tolerance response，ATR）。

ATR是指微生物在微酸条件下生存一段时间后所表现出来的对于致死量强酸攻击的一种适应性反应，又称作酸耐受应答反应[27]。

细菌ATR的产生可以提高细菌对酸性消毒剂的抵抗能力，同时产生交叉保护，增强细菌耐热、耐氧化等能力，使细菌不易被杀死，还可能提高菌株毒性，影响食品安全[9,27]。

研究证明PhoP/PhoQ、OmpR/EnvZ、PmrA/PmrB、EvgS/EvgA等双组分系统均与菌株诱导耐酸能力有关[10-12,28]。

本文第4部分将着重介绍沙门氏菌、大肠杆菌等食品加工过程中常见微生物的双组分系统对酸的响应机制。

3.2双组分系统对毒力因子的调控
致病菌对宿主的致病性与其抵抗宿主抗菌肽的侵袭、在巨噬细胞中存活、自身毒素释放等过程有关，且细菌毒力受自身的黏附力、侵袭力、毒素种类等影响，TCS作为调节蛋白，对细菌的致病过程及毒力均有调控作用[15,29]。

Rodrigues等[30]用PhoP/PhoQ缺陷型沙门氏菌接种蛋鸡，发现其肝脏和脾中细菌数量较正常菌株显著降低，且未见感染症状，证实PhoP/PhoQ对菌株毒力有维持作用；还有研究表明，该TCS突变的鼠伤寒沙门氏菌在小鼠巨噬细胞中的存活能力低于正常菌株，且毒力作用降低1 000多倍[31]。

另外，Pukklay等[32]发现注射同样剂量细菌的情况下，与正常大肠杆菌相比，OmpR/EnvZ缺陷菌株对果蝇的致死率降低30%，即OmpR/EnvZ对细菌毒力也有维持作用。

Qing Xiaoyu等[33]针对鼠伤寒沙门氏菌中PhoP/PhoQ的RR蛋白PhoP进行研究，将该蛋白结合磷酸基团的天冬氨酸位点作为药物作用的目标，验证了药物控制细菌毒力的可行性，这为降低食品微生物污染对消费者的危害提供了理论参考。

还有许多研究对比了多种细菌的正常与TCS缺陷菌株毒力基因的表达及毒素的产生，证实了金黄色葡萄球菌的AgrC/AgrA[24]和SaeS/SaeR[34]、产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）的RevS/RevR[35]、猪链球菌（Streptococcus suis）的NisK/NisR[36]等系统也与菌株毒性有关。

3.3双组分系统对耐药性的调控
PhoP/PhoQ、PmrA/PmrB、CpxA/CpxR及BaeS/BaeR 等系统均与细菌的耐药性有关，且某些TCS可以协同激活生物膜成膜基因的表达，通过生物膜体系如QS、
胞外分泌物的产生等进一步增强自身的耐药性[37-38]。

Huang Hui等[39]发现CpxA/CpxR突变菌的阿米卡星、庆大霉素等的最小抑菌浓度比正常菌株降低2～4 倍，说明CpxA/CpxR的存在可提升菌株的耐药性。

另外，有学者证实了CpxA/CpxR能够参与铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）中外排泵MexAB-OprM的激活，且细菌能通过外排泵基因表达和脂多糖修饰的共同作用提高细胞的代谢活性，增强细菌对黏菌素的抵抗能力[38]。

此外，双组分系统在调控外排泵系统时，还可以同时控制沙门氏菌等的卷曲菌毛基因表达，细菌菌毛数量的增加有利于自身与相邻细菌的互相黏附，进而形成稳定的三维立体膜结构，增强细菌对药物的耐受能力[40]。

因此，可以进一步从破坏双组分系统或消除卷曲菌毛的角度，寻求降低细菌耐药性和防止其在食品加工器具上形成生物膜的措施，例如可以用银杏提取物等消除卷曲菌毛，降低食品的细菌污染[41]。

除上述调控作用外，TCS对细菌的调控作用还有很多，如ArcB/ArcA对细菌无氧呼吸的调节[42]；ActS/ActR 能够影响根瘤菌的固氮作用[43]；YpdA/YpdB和BtsS/BtsR 与丙酮酸盐感应有关[44]等。

4 TCS对ATR的影响机制
细菌的ATR内在机制主要包括以下3 个方面：酸休克蛋白或调节、保护蛋白对细胞的保护及生化过程的调节；细胞膜系统对质子的阻挡及质子外排；基于氨基酸代谢的细胞内pH值平衡的维持。

4.1TCS与酸休克蛋白
酸性环境可以激活细菌的TCS，进而产生一系列利于自身活性并参与细胞调控的酸休克蛋白，来保护菌体并修复其损伤的高分子，维持细菌在胁迫条件下的存活。

细菌中的RpoS蛋白、OmpR调控子、PhoP/PhoQ系统和金属调节子Fur等位于上游的调控蛋白均可影响酸休克蛋白的产生[45]，Lund等认为前两者作用于ATR菌株的稳定期，而PhoP/PhoQ和Fur则是在ATR对数期对酸休克蛋白的诱导起作用[46]。

PhoP/PhoQ不仅能够调节下游酸休克蛋白的产生，其自身表达量在酸胁迫环境下也会增加，酸诱导菌株与未诱导组相比，细菌的PhoP/PhoQ等双组分系统蛋白表达量上调，因此不少文献也将双组分系统称为酸休克蛋白[9,11]。

对于酸性环境中酸休克蛋白的产生途径，多数研究认为酸信号是通过引起跨膜感应蛋白质域的构象变化而产生酸休克蛋白[47]，但近来Choi等[48]发现当沙门氏菌胞外环境保持中性时，胞内pH值下降也能诱导PhoP/PhoQ中PhoP激活下游耐酸响应，产生酸休克蛋白；并且，当跨膜蛋白PhoQ胞内域的氨基酸序列改变时能够阻碍PhoP/PhoQ的pH值激活效应，这说明，双组分系统的感应蛋白既能感知胞外的H＋信号，又能利用自身的胞内区域感知细胞内部pH值的变化，进而将磷酸基团传给RR蛋白，利于酸休克蛋白等的表达。

4.2TCS与细胞膜的流动性
细菌细胞膜的脂肪酸含量和构成发生改变时会影响其流动及通透性，较低的流动性和通透性可以抑制有毒有害物质等进入菌体损伤细胞，增强细菌的存活能力[2]。

能够被PhoP/PhoQ系统激活的RpoS蛋白属于一种RNA聚合酶σ因子，在持续性的耐酸调节机制上已得到广泛证实[9,49]；在诱导耐酸过程中，RpoS蛋白可促进沙门氏菌等革兰氏阴性菌细胞膜的不饱和脂肪酸转变为环丙烷脂肪酸，降低膜的流动性，抑制食品加工中的酸性残留物进入细胞，提高细菌的生存能力[9]。

而对于单增李斯特菌等革兰氏阳性菌，面对酸性压力，菌株除了降低不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比率外，还能通过降低支链脂肪酸的数量调节膜的流动性，保证其生物活性，提升菌株的酸抵抗能力[50]。

RpoS蛋白也可以调控酸休克蛋白的表达，说明RpoS蛋白作为多种耐酸路径的核心蛋白，可将多个ATR的内在机制相互交叉，使TCS通过调控RpoS 蛋白进而控制多种耐酸机制的联合作用。

除脂肪酸外，孔道蛋白也是细菌细胞膜的重要组成结构，OmpR/EnvZ 系统的RR蛋白OmpR能够直接作用于细菌的膜孔道蛋白OmpC和OmpF的编码基因，从而控制对某些离子及小分子亲水性物质的过滤作用，进而对外界酸及药物等作出响应[8]。

4.3TCS与氨基酸代谢
双组分系统通过调控细菌氨基酸代谢相关基因的表达，影响酸性环境中的氨基酸代谢路径，调控胞内质子的消耗及排出，进而对菌株细胞内的pH值起稳定作用，减少强酸对细胞的损伤。

其中涉及的代谢相关的酶系统主要有精氨酸脱羧酶系统、赖氨酸脱羧酶系统、谷氨酸脱羧酶系统等。

精氨酸脱羧酶系统的作用机制是转录激活子AdiY 启动后，酶将精氨酸催化为胍基丁胺并消耗一个质子，同时精氨酸-胍基丁胺逆向转运子AdiC逆向转运脱羧产物[51]，这就相当于维持胞内原pH值相对较高的环境，减弱了外界强酸对细胞的伤害。

类似地，赖氨酸脱羧酶系统被激活后，代谢相关基因cadA（编码赖氨酸脱羧酶）和cadB（编码赖氨酸-尸胺逆向转运子）介导赖氨酸的脱羧作用，催化赖氨酸形成尸胺，消耗内部多余质子，且脱羧产物由反向转运蛋白移出，从而保持细胞稳定的pH值[52]。

此外，谷氨酸脱羧酶能催化L-谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸（γ-aminobutyrate，GABA）和CO2，其中GABA的合成及分泌是细菌抵抗极端酸性环境的重要机制[53]。

Brenneman等[54]发现在含精氨酸的培养基中，正常沙门氏菌可以在pH值为2.5的环境中生存，并且当精氨酸代谢相关基因adiA（编码精氨酸脱羧酶）和adiC（编码精氨酸-胍基丁胺逆向转运子）同时被诱导时，phoPQ突变细菌通过完整的精氨酸代谢通路，能显著增强自身在pH 3.0时的存活能力，验证了精氨酸代谢系统对细菌的耐酸能力有提升作用，且该作用可能与PhoP/PhoQ系统有关。

也有学者从蛋白质角度进行研究，Tran等[3]通过定量蛋白质组对phoPQ正常的沙门氏菌及变异菌株进行比对，发现变异组中精氨酸代谢相关的约10 种蛋白质表达出现差异，说明细菌的精氨酸代谢与PhoP/PhoQ调控有关，而精氨酸代谢途径又是细菌诱导耐酸作用的重要机制，由此可将PhoP/PhoQ与耐酸应答联系。

在细菌的赖氨酸代谢途径中，Lee等[55]最先指出CadC作为OmpR/EnvZ的调节因子可控制沙门氏菌中至少36 种蛋白的表达，cadC不仅可以激活cadBA操纵子转录，同时还能激活OmpR/EnvZ并激发多种酸休克蛋白效应，说明氨基酸代谢能反向作用于TCS进而调节下游耐酸效应。

之前有学者指出，与沙门氏菌正常菌株相比，ompR突变株稳定期的诱导耐酸能力显著降低，而对数期的耐酸响应则无影响[56-57]。

但近期Lee等[28]对早期对数期的沙门氏菌进行研究，结果表明OmpR/EnvZ中的OmpR 和氨基酸代谢中的CadC两种转录因子的表达水平之间存在负相关性，说明OmpR/EnvZ对沙门氏菌对数期的耐酸能力也有调控作用，且该结果再次证明双组分系统与氨基酸代谢之间存在复杂的双向调控，但其具体作用时间及调控耐酸响应的机制仍待研究。

Ma Zhuo等[58]发现在质量分数0.4%葡萄糖、pH5.5的酸化条件下，大肠杆菌中EvgS/EvgA系统可通过调控gadE基因间接控制谷氨酸脱羧酶系统中gadA和gadBC的表达，且与正常大肠杆菌相比，evgAS突变菌株gadA和gadBC的表达下调，说明EvgS/EvgA系统可以通过谷氨酸脱羧酶系统间接影响谷氨酸依赖性耐酸。

与PhoP/PhoQ类似，EvgS/EvgA也能对金属离子（如Na＋、K＋）产生响应[59]，但这些离子信号的存在是否能影响细菌双组分系统对氨基酸代谢的调控仍不明确。

5 多个TCS之间的协同作用
一个TCS感知到应激信号后，可以通过自身RR蛋白独立作出应答，也可以将信号通过立体的信号传递网络进行放大，通过再激活其他双组分系统和/或σ因子等体系间接达到调控效果。

H＋信号或低Mg2＋信号（μmol级别）激活PhoP/PhoQ 后，反应调节蛋白PhoP发生磷酸化，促进pmrD基因的表达，PmrD再以一种未知的方式联系到PmrA/PmrB系统，两种双组分系统能协同调控下游基因编码的蛋白质，可对脂多糖上脂质A进行修饰[9,12]（图1），在两者共同调控的下游响应中，酸激蛋白和氨基酸代谢基因可能是其调控目标，但这方面的研究仍不多见。

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修饰
PhoQ. PhoP/PhoQ系统的HK；PhoP. PhoP/PhoQ系统的RR蛋白；PmrB. PmrA/PmrB系统的HK；PmrA. PmrA/PmrB系统的RR蛋白。

图 1 PhoP/PhoQTCS调控基因示意图[60]
Fig. 1 Schematic diagram of the regulatory genes of PhoP/PhoQ two-component regulatory system[60]
大肠杆菌中EvgS/EvgA与PhoP/PhoQ可以协同应对酸性环境，有学者提出大肠杆菌中的EvgS/EvgA系统既可以通过激活下游的ydeO基因，使细菌从谷氨酸代谢角度获得耐酸能力，又可以通过激活PhoP/PhoQ系统的HK PhoQ，进而由RR蛋白PhoP对H＋作出调控[61]；还有学者提出EvgS/EvgA到PhoP/PhoQ到下游调控蛋白RssB的信号转导级联模型，通过RssB防止PhoP/PhoQ响应H＋产生的RpoS蛋白发生降解，利于细菌在酸中存活[62]。

对于酸性环境下的金属离子胁迫，细菌中也存在多种TCS协同作用的现象。

例如关于沙门氏菌对酸性环境下高浓度Fe2＋的吸收方式，有研究指出，细菌通过PhoP/PhoQ系统响应环境中的H＋信号后，能够激活RstA/RstB系统，进而促进Fe2＋转运蛋白的生成和细胞对Fe2＋的摄取，可见RstA/RstB和PhoP/PhoQ在帮助细菌应对酸性环境下Fe2＋胁迫时也存在协同作用[63]。

除酸性环境外，细菌在其他调控方面也存在多种TCS的协同作用。

以OmpR/EnvZ为例，该TCS与PhoP/PhoQ在沙门氏菌高渗应激方面[64]、AcrB/AcrA在大肠杆菌的外膜孔蛋白表达方面[65]以及SsrB/SsrA在沙门氏菌毒力岛2基因表达方面[66]也存在交叉调节机制，即一个TCS的作用众多，且同类基因可由多个TCS协同调控。

此外，TCS交叉调节的复杂调控网络还体现在很多方面，如大部分存在于革兰氏阴性菌中的cross-talk现象，即磷酸基团在HK和另一双组分系统的反应调节蛋白间可逆传递的现象，比如HK EnvZ与非同源的CpxRRR 蛋白（细胞膜张力），HKPhoR与非同源的调控蛋白NtrC（氮的同化作用），以及与金属离子和能量代谢相关的CusS/CusR和CreC/CreB系统，协同控制鞭毛合成的QseB/QseC和RssA/RssB系统等[5,67]。

6 结 语
在食品加工过程中广泛应用的酸会引起细菌产生ATR，导致其不易被消毒剂致死，影响食品安全，而PhoP/PhoQ、PmrA/PmrB等常见的TCS在细菌应对压力环境时发挥重要作用。

近年来，学者们比较正常细菌与TCS突变菌的下游基因或蛋白的表达水平，逐步探索TCS的信号识别及调控作用，但同时，TCS对强酸下细菌存活的具体调控机制、不同TCS间的协同作用仍没有系统理论，正逐渐引起学者的关注。

此外，不同信号对TCS的联合激活机理仍不明确，例如动物源性食品的加工中，基于肉牛宰后肌细胞钙泵失效导致的终池中大量Ca2＋的游离，以及使用乳酸抑菌及死后糖酵解导致的H＋浓度的上升，肉中丰富的Ca2＋和H＋信号是否存在着与Mg2＋和H＋类似的联合激活作用目前尚无定论；H＋是直接激活某一TCS，还是级联其他TCS，然后间接激活耐酸效应仍需探索。

在未来的研究中，通过人为改变TCS作用过程中的“靶点”（如外界酸信号的感受位点、跨膜蛋白的磷酸化位点、磷酸基团到RR蛋白的转移途径等）来抑制细菌的耐酸能力和致病菌的毒力，增强食品生产中酸性抑菌措施的效果，也会成为一个新的研究领域。

参考文献：
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