牙龈卟啉单胞菌产生功能性 HemH 铁卟啉合酶，这对其在缺血素环境中的存活至关重要

为何一种牙龈细菌的影响超越口腔

在牙齿周围的深缝隙中栖息着牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis），这是一种与牙龈疾病密切相关的小型细菌，近年来也越来越多地与远离口腔的疾病相关联，包括心脏和脑部疾病。该微生物依赖一种来自血液的分子——血素（heme）来获取能量并维持生存，但它自身不能完全合成足够的血素。本文总结的研究揭示了 P. gingivalis 如何保留血素合成途径中的一块关键环节，以及这最后一块如何帮助细菌在口腔这个充满敌意的环境中于匮乏时期存活下来。

以我们血色素为食的细菌

P. gingivalis 被认为是“关键性”病原体：即使数量很少，也能将口腔微生物组的平衡推向慢性炎症和组织破坏。在健康的牙龈中，血素稀缺；只有当疾病进展并出血增加时，血素才变得丰富。与许多可以通过称为铁载体（siderophores）的特殊分子来捕获铁的细菌不同，P. gingivalis 主要依赖血素本身作为铁源。它通过表面的专门摄取系统从宿主蛋白质、龈液和血液中捕获血素。基因组研究显示，与许多近缘细菌不同，该菌已丧失了从零开始合成血素所需的大部分常规酶，然而有趣的是它保留了一个酶，称为 HemH，通常催化血素合成的最后一步。

仍能运行的最后一步

研究人员着手检验这唯一的酶 HemH 是否仍然具有功能并且重要。在经典的血素合成途径中，HemH 将一个铁原子插入称为原卟啉 IX（protoporphyrin IX，PPIX）的环状分子中，从而形成血素。团队将 P. gingivalis 的 HemH 蛋白与其他细菌的版本进行了比较，发现尽管整体序列发生了分化，但酶活性位点的关键构件和三维折叠得到保留。在用纯化蛋白进行的体外实验中，HemH 能结合血素和 PPIX，并成功将铁或锰离子插入 PPIX，证实其表现为真正的铁卟啉合酶——执行这一决定性终步的酶。

移除该酶会发生什么

为了解 HemH 在活细胞内的作用，作者构建了缺失 hemH 基因的突变株并与正常菌株进行比较。当培养基中血素充足时，突变株的生长几乎与野生型相当，因为它可以从外部摄入现成的血素。但在无血素条件下、仅有基本营养物质时，突变株的生长崩溃，尤其是在固体基质上。补充 PPIX 加无机铁可以挽救其生长，并将 hemH 基因通过质粒恢复后，细菌的表现回到正常水平。这些结果表明，HemH 使 P. gingivalis 能够利用内部的铁和 PPIX 储备在环境无法提供足够血素时合成血素。

细菌内部的饥饿警报

团队还考察了在缺失 HemH 时，整个基因组的基因活性如何变化。在血素匮乏条件下，删除 hemH 触发了明显的“血素饥饿”反应。主要血素摄取装置的基因，尤其是 Hmu 系统，明显上调，若干与毒力相关的因子也被激活，例如帮助细菌附着和侵入宿主细胞的蛋白。同时，某些在血素充足时常用的运输和表面蛋白基因被下调。这一模式表明，没有 HemH，P. gingivalis 会感知到内部血素短缺，并通过从外界夺取更多血素以及改变其表面结构以更好地接近宿主的血液和组织来源来进行补偿。

这一隐秘机制如何帮助病原体持久存在

对非专业读者而言，关键信息是：P. gingivalis 并未完全放弃合成血素；相反，它已将该过程简化为以 HemH 为核心的极简备份系统。当血素易得时，细菌直接进口血素；当供应匮乏——例如牙周疾病早期或在宿主细胞内部——它可以依赖 HemH 将储存的铁与血素前体结合，补充其内部血素库。失去这一单一酶会使微生物在血素匮乏的环境中更脆弱，并促使其更积极地从宿主处寻找血素。理解这一步骤的血素合成技巧，或许能为开发新的疗法指明方向，通过剥夺 P. gingivalis 一种必需资源来保护口腔和整体健康。

引用: Śmiga, M., Roszkiewicz, E., Wojtal, N. et al. Porphyromonas gingivalis produces a functional HemH ferrochelatase important for its survival in a heme-limited environment. Sci Rep 16, 12996 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41999-x

关键词: 牙龈卟啉单胞菌, 血素代谢, 口腔微生物组, 牙周疾病, 细菌毒力