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糖代谢紊乱包括空腹血糖受损、糖耐量减低及糖尿病。糖代谢紊乱诱发的糖尿病是威胁人类健康的三大慢性非传染病之一,可引发急性和慢性并发症,造成机体内多种器官组织损伤,严重危害人类健康。金黄色葡萄球菌是一种广泛定植于人体内的革兰氏阳性条件致病菌。已有的研究发现,肥胖、糖尿病和胰岛素抵抗患者比健康人更容易定植金黄色葡萄球菌,提示金黄色葡萄球菌可能参与了宿主糖代谢紊乱。本论文在课题组已有的工作基础上,通过研究金葡菌细胞外蛋白与宿主糖代谢紊乱之间的关系,探讨了金葡菌与宿主糖代谢紊乱发生发展之间的关系。具体内容如下:第一章:金黄色葡萄球菌eLtaS蛋白诱发的胰岛素抵抗诱导肠道菌群改变的相关研究。金葡菌LTA合成酶（LtaS）是一种跨膜蛋白,蛋白酶SpsB识别并切割Lta S中的Ala215Leu216Ala217片段,生成并释放水溶性的Lta S胞外结构域（e Lta S）。我们的前期研究证实e Lta S蛋白是胰岛素结合蛋白,其通过阻断胰岛素与其受体相互作用,引发了胰岛素抵抗,并构建了胰岛素抵抗的动物模型(e Lta S转基因小鼠-e Lta Strans,Nature Microbiolog 2018;3:622-631.)。胰岛素抵抗是2型糖尿病发生发展的关键环节,已有研究证实多种因素能够引起胰岛素抵抗,主要包括炎症、脂代谢的改变及肠道菌群的改变等。肠道菌群通过调节机体能量的摄取与储存能力及脂代谢介导了相关代谢性疾病的发生发展,胰岛素抵抗、代谢综合征及2型糖尿病患者的肠道菌群组成发生了明显改变。目前所采用的研究胰岛素抵抗模型大都是非单一因素诱导的,但是我们课题组前期建立的e Lta Strans小鼠发生的胰岛素抵抗是通过e Lta S蛋白与胰岛素结合并抑制其介导的信号通路,是较为理想的研究胰岛素抵抗对机体影响的单因素诱导模型。在本部分中,我们以e Lta S转基因小鼠为模型,探讨胰岛素抵抗与肠道菌群改变之间的关系,具体内容包括:1.转基因小鼠的糖耐量检测。分别检测eLtaStrans小鼠和野生型（WT）小鼠葡萄糖耐量,结果发现,与WT小鼠相比,e Lta Strans小鼠出现了葡萄糖耐量受损。2.小鼠粪便样本进行宏基因组和16S rDNA测序及相关分析。为探究胰岛素抵抗对肠道菌群的影响,我们对小鼠粪便菌群进行了高通量测序;结果显示e Lta Strans小鼠与WT小鼠的肠道菌群组成和功能上存在显著差异（P=0.028）。与WT小鼠相比,e Lta Strans小鼠的肠道菌群多样性显著增加（P＜0.0001）;在菌群组成上,e Lta Strans小鼠中的厚壁菌门的相对丰度显著升高（P＜0.0001）,而拟杆菌门、疣微菌门的相对丰度明显下降（P=0.042,P=0.033）;与代谢性疾病相关的嗜粘蛋白-阿克曼氏菌和狄氏副拟杆菌的丰度在e Lta Strans小鼠肠道菌群中显著降低（P=0.033,P=0.013）。e Lta Strans小鼠的肠道菌群在碳水化合物代谢、脂质代谢、其他次级代谢物的生物合成、其他氨基酸的代谢、能量产生和转化等方面与WT小鼠存在显著差异。3.“脏笼”共享实验探究改变的肠道菌群与葡萄糖耐量之间的关系。通过“脏笼”共享实验将e Lta Strans小鼠的粪便移植到WT小鼠体内,检测移植后不同时间点的小鼠葡萄糖耐量。结果显示,e Lta Strans小鼠粪便移植第7,8,9周后的WT小鼠葡萄糖耐量异常,而停止移植1周后小鼠的葡萄糖耐量恢复正常。本章节研究结果表明,金葡菌eLtaS诱导的胰岛素抵抗能够导致小鼠肠道菌群组成和功能发生明显改变,同时胰岛素抵抗小鼠的肠道菌群能够进一步诱发机体葡萄糖耐量异常,提示胰岛素抵抗导致的肠道菌群改变可以进一步导致宿主糖代谢异常。第二章:金黄色葡萄球菌β-溶血素诱发糖代谢紊乱的初步机制研究。金葡菌分泌的溶血素是引起金葡菌感染的重要的致病因子之一,其中β-溶血素（β-hemolysin,Hlb）是金葡菌唯一的“非打孔毒素”,具有鞘磷脂酶活性,通过降解细胞膜中的鞘磷脂,影响细胞膜的流动性和脆性。本课题组正在进行的研究发现Hlb能够影响细胞表面受体酪氨酸激酶（RTK）的活化。参与宿主糖代谢的两个关键受体（胰岛素受体-Insulin Receptor,IR;胰岛素样生长因子1受体-Insulin-like Growth Factory 1 Receptor,IGF-1R）均属于RTK家族,是糖代谢过程中的两个重要的跨膜蛋白,在宿主糖代谢中发挥了重要作用。因此,在本章节研究中,我们探讨了Hlb蛋白是否能够影响IGF-1R和IR的磷酸化以及是否进一步影响宿主的糖代谢。具体内容如下:1.Hlb促进IGF-1R的磷酸化。结果显示Hlb蛋白不影响IR的磷酸化,但促进IGF-1R的磷酸化,该磷酸化过程依赖于Hlb的鞘磷脂酶活性且有剂量依赖效应;同时Hlb蛋白不影响IGF-1R蛋白的表达水平。初步的实验结果表明Hlb蛋白促进IGF-1的表达,但不与IGF-1R胞外α链结合。2.Hlb导致了小鼠的糖代谢紊乱。我们构建了可诱导全身性表达Hlb蛋白的转基因小鼠(Hlbtrans小鼠)。与野生型小鼠相比,Hlbtrans小鼠空腹血糖水平降低,Hlbtrans小鼠血清中IGF-1的水平显著升高,但胰岛素水平、随机血糖及葡萄糖耐量无明显差别。本章节研究结果提示Hlb蛋白可能通过上调IGF-1的表达进而活化IGF-1R,该过程依赖于其鞘磷脂酶活性,参与宿主糖代谢过程。在后续的研究中,我们将深入探讨Hlb蛋白上调IGF-1表达的分子机制以及其在宿主糖代谢及其它病理生物学过程中的作用。综上所述,我们发现金葡菌eLtaS蛋白通过抑制胰岛素功能诱发机体葡萄糖耐量异常,进一步导致小鼠肠道菌群发生明显改变,而且上述发生变化的肠道菌群还可以进一步诱发机体糖代谢紊乱。另外我们还发现金葡菌Hlb蛋白可以促进IGF-1的表达进而活化IGF-1R从而参与了宿主的糖代谢调控。我们的研究结果提示金葡菌可以通过其胞外蛋白与宿主相互作用,直接或间接参与了机体的糖代谢过程。我们将在后续的研究中,深入解析金葡菌不同功能分子对宿主糖代谢调控的分子机制,详细阐明定植金葡菌与宿主糖代谢紊乱发生发展之间关联,从而推动定植金葡菌对宿主长期危害性的研究。