唾液酸（Sialic acid）是一類以九碳糖神經氨酸為基本結構的衍生物，構成許多細胞表面糖蛋白的末端糖質🙇🏽，在細胞識別等方面起到重要作用。生命體中常見的唾液酸為N-乙酰神經氨酸，富集於哺乳動物上皮細胞表面，是許多病毒入侵的受體👶🏺，也是腸道病原菌如鼠傷寒沙門氏菌的重要碳源🫄🏻。細菌在代謝利用N-乙酰神經氨酸的過程中🥑，產生如N-乙酰葡萄糖胺等多種氨基糖類衍生物，是細菌合成細胞壁與莢膜多糖等必需的糖質單元。為代謝利用這些不同種類的氨基糖，細菌進化出了多種對應的操縱子，編碼特定的轉運蛋白和酶來進行代謝。腸道病原菌如何在唾液酸代謝過程中協同這些不同氨基糖類代謝系統以更好地適應腸道環境、建立感染的機製尚未清楚。
2025年1月10日，MK体育平台基礎醫學院病原生物學系、醫學分子病毒學教育部/衛健委/醫科院重點實驗室王川副教授👨👧，中國科學院上海免疫與感染研究所晁彥傑研究員團隊在《美國科學院院刊》（PNAS）上發表了題為“An RNase III-processed sRNA coordinates sialic acid metabolism of Salmonella enterica during gut colonization”的研究論文，揭示了腸道沙門氏菌如何通過非編碼小RNA在轉錄後水平協調N-乙酰神經氨酸代謝過程中不同氨基糖操縱子轉錄產物的機製。
研究人員通過比較基因組學的方法，在致病性腸道沙門氏菌中發現了一個獨特的基因島🛷💪，含五個功能未知的蛋白和一個長約80 nt的新型非編碼小RNA（命名為ManS）。通過AlphaFold結構預測，結合基因敲除➔👨🏻🦱、基因表達檢測👨🍳、轉錄活性檢測、生長曲線測定等手段，研究者發現該基因島對N-乙酰神經氨酸代謝的第一步產物💇🤾🏿♀️，也是其合成的前體——N-乙酰甘露糖胺產生特異反應，證明N-乙酰甘露糖胺不僅只是唾液酸代謝的中間產物，也可以被細菌作為碳源直接利用。進一步對該基因島中非編碼小RNA ManS的生成機製進行深入探索，發現了一個細菌mRNA剪切加工產生小RNA的全新機製：核酸酶RNase III通過識別3’UTR雙鏈結構中的“泡”狀結構，對RNA單鏈進行非經典的不完全切割而生成小RNA🦕；完全區別於前期發現的RNase E介導的RNA單鏈切割機製。
進一步對該小RNA的生物學功能進行探索發現，ManS可以通過頭尾兩個富含胞嘧啶和尿嘧啶的種子區域👨🏽🏫，與不同的、主要參與細菌碳源和氨基酸代謝的編碼基因mRNA上的核糖體識別區域結合𓀇，從而阻擾翻譯的開始以抑製其表達。ManS可以通過調整自身的表達量、產生不同大小的加工產物，在不同碳源環境下對其靶基因進行選擇性調控🤹♂️，從而協調細菌在N-乙酰神經氨酸代謝過程中產生的不同代謝產物所激活的通路，協助腸道沙門氏菌在宿主體內更好的定植以建立感染。因此，本研究不僅發現了一個新的細菌mRNA衍生為非編碼RNA的加工方式🫙，闡明了細菌如何在轉錄後水平協調不同代謝通路的產物生成的機製，也發現了N-乙酰神經氨酸的合成前體物質——N-乙酰甘露糖胺在腸道病原菌定植過程中的重要作用。
腸道沙門氏菌非編碼小RNA ManS協同N-乙酰神經氨酸代謝過程中不同氨基糖代謝通路的示意圖
MK体育平台基礎醫學院病原生物學系、醫學分子病毒學教育部/衛健委/醫科院重點實驗室王川副教授👵🏼，中國科學院上海免疫與感染研究所晁彥傑研究員為文章的共同通訊作者💆♀️。MK体育平台附屬腫瘤醫院在讀研究生陳梓瀅（2016級臨床醫學五年製專業本科生）🦸🏽♀️、基礎醫學院在讀研究生楊耀梅（2016級基礎醫學專業本科生）為文章共同第一作者。本研究受到科技部重點研發計劃🤾🏿♂️、國家自然科學基金、中國科學院B類先導👻、上海自然科學基金等項目的資助。此外🟢，項目還受到MK体育平台“䇹政基金”🧚🏽♀️、基礎醫學院“正誼”學者等本科生科創項目的支持💇🏼♀️。
