《食品科學(xué)》：上海理工大學(xué)董慶利教授等：苯扎氯銨適應(yīng)對食源性致病菌毒力影響的研究進(jìn)展

食源性致病菌的廣泛存在已成為威脅全球食品安全與公共健康的重要因素之一。隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的規(guī)模化和集中化發(fā)展，病原微生物在加工、貯藏與運輸?shù)拳h(huán)節(jié)中的污染控制問題日益凸顯，已成為保障食品安全亟待解決的關(guān)鍵問題。季銨鹽類殺菌劑，尤其是苯扎氯銨，因廣譜高效、理化性質(zhì)穩(wěn)定、成本低廉以及操作使用便捷等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于食品加工環(huán)境、醫(yī)療保健機構(gòu)和其他環(huán)境的消毒。苯扎氯銨主要通過陽離子基團(tuán)與細(xì)菌細(xì)胞膜表面帶負(fù)電的磷脂發(fā)生靜電作用。同時疏水基團(tuán)插入細(xì)菌膜的疏水核心，破壞細(xì)胞膜的完整性、通透性，從而誘導(dǎo)細(xì)胞裂解。GB 38850—2020《消毒劑原料清單及禁限用物質(zhì)》規(guī)定苯扎氯銨可用于環(huán)境、物體表面及醫(yī)療器械中的消毒。在推薦使用濃度下，苯扎氯銨可以有效控制多種食源性致病菌。然而，在食品加工廠的實際環(huán)境中，由于殺菌劑的錯誤稀釋或者動態(tài)生產(chǎn)過程中有機物負(fù)荷、設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及衛(wèi)生死角的殘留，苯扎氯銨的有效濃度極易因稀釋、消耗和沖洗不充分而降至最小抑菌濃度（MIC），為致病菌的殺菌劑適應(yīng)提供基礎(chǔ)。這種亞抑制濃度的暴露環(huán)境不僅無法有效滅殺微生物，反而可能促進(jìn)其對殺菌劑耐受性的形成，增加其生存與傳播能力。這種適應(yīng)性與多種因素有關(guān)，如細(xì)胞膜的修飾、外排泵基因的表達(dá)、生物被膜的形成及基因的水平轉(zhuǎn)移等。

食源性致病菌在亞致死濃度苯扎氯銨長期作用或者重復(fù)作用下，也可發(fā)生一系列毒力表型的改變。近年來，亞致死濃度苯扎氯銨適應(yīng)對病原菌生物被膜形成、溶血能力、黏附與侵襲等關(guān)鍵毒力因子的影響逐漸受到關(guān)注。毒力表型的改變不僅會增強其在食品加工環(huán)境中的存活與擴(kuò)散能力，還可能增強細(xì)菌在宿主中的致病能力，對食品安全與公共健康構(gòu)成潛在威脅。探究經(jīng)歷苯扎氯銨適應(yīng)后食源性致病菌的毒力變化機制對于優(yōu)化殺菌劑使用策略、制定有效的致病菌控制措施具有重要的理論與實踐價值。

上海建橋?qū)W院健康管理學(xué)院的牛洪梅、李燕宏，上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院的董慶利*等系統(tǒng)綜述苯扎氯銨適應(yīng)誘導(dǎo)病原菌典型毒力表型的變化趨勢，并從不同方向探討其毒力增強機制，最后結(jié)合現(xiàn)有研究不足提出未來研究方向，以期為食品加工環(huán)節(jié)的消毒策略優(yōu)化和食源性致病菌的精準(zhǔn)控制提供科學(xué)依據(jù)。

01

苯扎氯銨適應(yīng)對食源性致病菌典型毒力指標(biāo)的影響

細(xì)菌毒力廣義上指其在宿主體內(nèi)引發(fā)疾病的能力。實驗研究中，浮游態(tài)細(xì)胞的生長、生物被膜形成能力、毒素生成和溶血能力、細(xì)胞黏附、侵襲能力以及致死能力均是衡量毒力強弱的重要指標(biāo)。抗生素耐藥性作為毒力因子的一種亞型，有助于維持宿主感染的持續(xù)性。這些表型特征不僅反映了細(xì)菌在外部環(huán)境中的競爭與存活優(yōu)勢，還與其在宿主內(nèi)的致病潛力緊密相關(guān)。

1.1 苯扎氯銨適應(yīng)對食源性致病菌生物被膜形成的影響

苯扎氯銨適應(yīng)實驗是研究食源性致病菌響應(yīng)殺菌劑的重要方法，常通過連續(xù)傳代、梯度濃度培養(yǎng)及生物反應(yīng)器馴化等方式進(jìn)行，并綜合生長動力學(xué)、MIC及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化進(jìn)行分析。大量研究證實，亞致死濃度的苯扎氯銨暴露可顯著影響食源性致病菌的生物被膜形成能力，但其效應(yīng)呈現(xiàn)出顯著的菌株差異性與環(huán)境依賴性。

在多種食源性致病菌中，苯扎氯銨適應(yīng)可顯著增強其生物被膜形成能力，具體表現(xiàn)為生物被膜生物量、厚度或細(xì)胞黏附密度的增加。這種促進(jìn)通常表現(xiàn)為生物被膜體積、密度或細(xì)胞數(shù)量的增加。例如亞抑制濃度苯扎氯銨能夠顯著促進(jìn)單核細(xì)胞增生李斯特菌的生物被膜生成，進(jìn)而提高其對環(huán)境的抵抗能力及在宿主體內(nèi)的定植效率，成為致病性增強的關(guān)鍵因素。類似地，經(jīng)過低濃度苯扎氯銨傳代培養(yǎng)的普通變形桿菌，其生物被膜細(xì)胞密度較對照組提高約1 倍，進(jìn)而提高其對環(huán)境的抵抗能力及在宿主體內(nèi)的定植效率，成為致病性增強的關(guān)鍵因素。此外，Henly等的報道指出，多數(shù)大腸桿菌分離株在反復(fù)暴露于三氯生和苯扎氯銨后，生物被膜形成能力顯著增強。部分弧菌也表現(xiàn)出生物被膜厚度增加的現(xiàn)象，且不同菌株間反應(yīng)差異顯著。這些結(jié)果表明，在消毒劑使用不當(dāng)或存在殘留的食品加工環(huán)境中，部分病原菌可通過增強生物被膜形成能力以提升其環(huán)境適應(yīng)性，從而帶來潛在的食品安全隱患。

然而，亦有研究觀察到苯扎氯銨適應(yīng)對生物被膜形成的抑制作用，反映出該過程的復(fù)雜性與條件依賴性。亞致死濃度的苯扎氯銨降低了金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌的生物被膜形成能力。類似地，苯扎氯銨適應(yīng)也抑制了單核細(xì)胞增生李斯特菌生物被膜的形成及其對Caco-2細(xì)胞的侵襲。這種抑制現(xiàn)象可能與菌株的遺傳背景、暴露方式（如短期急性暴露與長期適應(yīng)性馴化）的差異等因素有關(guān)。

在更接近真實環(huán)境的背景下，苯扎氯銨適應(yīng)對生物被膜的影響更為復(fù)雜。在食品加工及儲運環(huán)境中，微生物通常以多菌種共存的復(fù)雜生態(tài)形態(tài)存在。苯扎氯銨適應(yīng)不僅會直接影響目標(biāo)病原微生物的生理代謝，還可通過種間競爭、群體感應(yīng)等生態(tài)學(xué)途徑間接調(diào)控其生物被膜形成與致病性。例如在模擬水果包裝環(huán)境的混合菌群中，苯扎氯銨適應(yīng)增強了單核細(xì)胞增生李斯特菌在由多種環(huán)境微生物形成的生物被膜中的生存、遷移與黏附能力，其機制可能與其他微生物所提供的胞外聚合物支持有關(guān)。此外，在實際環(huán)境中，苯扎氯銨常與重金屬等其他脅迫因子共存。研究發(fā)現(xiàn)，在亞致死濃度苯扎氯銨與重金屬聯(lián)合作用下，表皮鏈球菌、溶血鏈球菌、腐生鏈球菌和金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌不僅表現(xiàn)出生物被膜形成能力的顯著提升，抗生素耐受性也呈現(xiàn)協(xié)同上升趨勢。病原微生物在苯扎氯銨適應(yīng)下生物被膜形成能力受菌種和菌株的類型、暴露條件及生態(tài)環(huán)境等多重因素的影響。因此，未來有必要在更為復(fù)雜的多菌種、多因子共存體系中，進(jìn)一步評估苯扎氯銨適應(yīng)對病原微生物毒力的綜合影響。

不同微生物在苯扎氯銨下的適應(yīng)方法、耐受性變化及主要調(diào)控因子匯總?cè)绫?所示。

1.2 苯扎氯銨適應(yīng)對食源性致病菌毒素生成和溶血能力的影響

苯扎氯銨在誘導(dǎo)細(xì)菌適應(yīng)性的同時，亦可能改變毒素生成和溶血能力等毒力表型。溶血素能夠溶解宿主紅細(xì)胞，通過釋放血紅蛋白干擾宿主氧輸送系統(tǒng)，進(jìn)而削弱宿主的免疫清除能力。研究發(fā)現(xiàn)，部分經(jīng)歷苯扎氯銨適應(yīng)的大腸桿菌分離株表現(xiàn)出溶血能力和生物被膜形成能力增強，呈現(xiàn)出多毒力協(xié)同增強現(xiàn)象。在革蘭氏陰性菌中，苯扎氯銨適應(yīng)還可能影響內(nèi)毒素的結(jié)構(gòu)與功能。脂多糖是革蘭氏陰性菌外膜的重要組成部分，其變化可能會增加新生兒腸上皮細(xì)胞的通透性，并在宿主中引發(fā)一定的病理生理作用。銅綠假單胞菌適應(yīng)苯扎氯銨后，其脂多糖結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變。此類膜結(jié)構(gòu)改變可破壞腸道屏障功能，進(jìn)而加劇炎癥反應(yīng)甚至導(dǎo)致組織壞死。目前，苯扎氯銨適應(yīng)對腸毒素等外毒素影響的研究較為有限。值得注意的是，市售季銨鹽類殺菌劑通常為多種季銨鹽化合物與表面活性劑復(fù)配而成，其在特定pH值條件下發(fā)揮協(xié)同殺菌作用，分析季銨鹽化合物誘導(dǎo)致病菌毒力的變化規(guī)律仍是微生物風(fēng)險評估的重要內(nèi)容。

1.3 苯扎氯銨適應(yīng)對食源性致病菌黏附、侵襲能力與宿主致死力的影響

苯扎氯銨適應(yīng)性暴露不僅影響細(xì)菌在非宿主環(huán)境中的存活能力，也可能重塑其在宿主體內(nèi)的關(guān)鍵致病表型，包括黏附、侵襲和致死能力等。如亞致死濃度苯扎氯銨不僅刺激大腸桿菌游動能力顯著提升，也可以提升單核細(xì)胞增生李斯特菌對Caco-2細(xì)胞的黏附和侵襲能力。體外感染模型進(jìn)一步支持了上述發(fā)現(xiàn)，大蠟螟存活曲線結(jié)果顯示，經(jīng)聚己烯胍與苯扎氯銨雙重消毒劑誘導(dǎo)后大腸桿菌的致病性顯著增加。這些結(jié)果提示，為規(guī)避傳統(tǒng)消毒劑可能誘發(fā)的適應(yīng)性風(fēng)險，開發(fā)基于酶制劑、噬菌體或衍生抗菌化合物的新型控制策略具有重要研究價值。

苯扎氯銨適應(yīng)對黏附和侵襲等毒力的影響并非單向增強，部分研究中也觀察到顯著的抑制或中性效應(yīng)，體現(xiàn)了復(fù)雜的表型權(quán)衡機制。如苯扎氯銨適應(yīng)降低了英諾克李斯特氏菌的生物被膜形成能力，但其對Caco-2細(xì)胞的黏附和侵襲能力影響不顯著。類似地，盡管部分單核細(xì)胞增生李斯特菌經(jīng)苯扎氯銨適應(yīng)后的侵襲能力受抑制，其在吞噬細(xì)胞內(nèi)的存活能力仍維持在較高水平，表明微生物可通過犧牲某些毒力因子，維持或增強其他生存相關(guān)性狀。此外，適應(yīng)性過程可能伴隨運動性下調(diào)，如苯扎氯銨適應(yīng)后單核細(xì)胞增生李斯特菌和大腸桿菌的運動性均出現(xiàn)減弱。這一現(xiàn)象可能源于能量資源的重新分配，即鞭毛的合成需要大量的能量，運動能力的下調(diào)是一種能量節(jié)省策略，節(jié)約的能量可以用于維持耐受性表型。

研究人員通過大蠟螟、雛雞等體內(nèi)感染模型，進(jìn)一步揭示了微生物在體內(nèi)感染的復(fù)雜性。大蠟螟感染結(jié)果顯示，苯扎氯銨適應(yīng)可顯著降低多數(shù)尿路致病性大腸桿菌的致病性，僅少數(shù)菌株的致病性顯著增加。類似地，經(jīng)苯扎氯銨誘導(dǎo)的銅綠假單胞菌在大蠟螟模型中也顯示出致病性減弱，這可能是由于適應(yīng)性代價的存在。另一方面，雛雞模型中發(fā)現(xiàn)鼠傷寒沙門氏菌經(jīng)氧化劑、醛類殺菌劑及季銨鹽類殺菌劑等多種殺菌劑暴露后其致病性未發(fā)生顯著改變。這一結(jié)果也可能與特定動物模型檢測輕微毒力變化的靈敏度有限有關(guān)。因此，未來需整合多感染模型以量化毒力指標(biāo)并提高對適應(yīng)性毒力變化的檢測靈敏度及其與宿主生理狀態(tài)的相關(guān)性評估能力。

綜上，不同食源性致病菌在經(jīng)歷苯扎氯銨適應(yīng)后，其毒力表型變化呈現(xiàn)顯著的菌株依賴性與多樣化表型變化（表2）。多數(shù)研究報道，適應(yīng)性暴露可誘導(dǎo)多種病原微生物的生物被膜形成能力增強，伴隨細(xì)胞黏附與侵襲性、溶血能力及內(nèi)毒素上調(diào)，這類多毒力因子的協(xié)同增強可能加劇致病菌在食品加工環(huán)境的持久定植和在人類宿主中的致病潛力。然而，部分菌株在適應(yīng)性暴露后表現(xiàn)出生物被膜形成能力下降、運動性減弱或宿主致死力降低，表明苯扎氯銨適應(yīng)并非單一方向驅(qū)動毒力進(jìn)化，而是由菌株遺傳背景與環(huán)境條件共同調(diào)控決定。因此，在微生物風(fēng)險評估中，需要結(jié)合多菌株、多模型及多毒力指標(biāo)的綜合分析，以全面揭示苯扎氯銨適應(yīng)對食源性致病菌毒力的調(diào)節(jié)作用。

02

苯扎氯銨適應(yīng)影響食源性致病菌毒力增加的機制

在苯扎氯銨長期或反復(fù)低劑量暴露的環(huán)境中，細(xì)菌會激活一系列適應(yīng)性應(yīng)答機制，以維持生存和重塑毒力表型。適應(yīng)過程可細(xì)分為基因型適應(yīng)和表型適應(yīng)，這些適應(yīng)機制使得細(xì)菌能夠在應(yīng)對殺菌劑脅迫時保持生存并調(diào)節(jié)毒力。

2.1 基因的表達(dá)調(diào)控

細(xì)菌在面對殺菌劑脅迫時，可以通過水平轉(zhuǎn)移、基因重組或突變獲得適應(yīng)性遺傳元件，并通過調(diào)節(jié)特定的轉(zhuǎn)錄通路適應(yīng)環(huán)境壓力。

苯扎氯銨適應(yīng)可激活多類與毒力相關(guān)的調(diào)控通路。經(jīng)歷苯扎氯銨適應(yīng)后，肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌中與生物被膜相關(guān)的基因顯著上調(diào)，以促進(jìn)生物被膜的形成。單核細(xì)胞增生李斯特菌經(jīng)長時間亞致死濃度的苯扎氯銨適應(yīng)后，侵襲蛋白編碼相關(guān)的基因InlA和InlB轉(zhuǎn)錄水平顯著提高。全局調(diào)控因子sigB基因也在浮游態(tài)細(xì)胞和生物膜細(xì)胞中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其通過調(diào)控多種毒力基因表達(dá)直接增強細(xì)菌的致病性。在腸炎沙門氏菌中，invA、avrA和csgD等與侵襲、細(xì)胞毒性及生物被膜形成相關(guān)的基因表達(dá)也顯著上調(diào)，證實毒力基因的表達(dá)是殺菌劑脅迫的直接響應(yīng)靶標(biāo)。此外，在亞致死濃度下，苯扎氯銨能夠激活大腸桿菌的LuxS/AI-2系統(tǒng)，使luxS基因表達(dá)量升高，促進(jìn)AI-2信號分子的積累，進(jìn)而調(diào)控生物被膜相關(guān)基因（wza和wcaA）和運動性基因（fli）等的表達(dá)，促進(jìn)大腸桿菌生物被膜的形成和其他毒力潛能。因此，毒力基因的調(diào)控表達(dá)會增加細(xì)菌對食品安全和人類健康的潛在威脅。

耐藥性基因和毒力基因的協(xié)同表達(dá)是微生物應(yīng)對低濃度苯扎氯銨的典型應(yīng)激反應(yīng)。在金黃色葡萄球菌中，亞致死濃度苯扎氯銨和氯化鉻可同時誘導(dǎo)多種耐藥相關(guān)基因（如tetM、tetK、mecA、blaZ）與毒力基因（如eno）的表達(dá)上調(diào)，表明苯扎氯銨誘導(dǎo)下抗性與毒力可能存在共調(diào)控機制。食源性致病菌抗生素耐藥性的獲取與毒力變化的關(guān)系將來值得進(jìn)一步研究。相反，大腸桿菌經(jīng)歷長時間的苯扎氯銨誘導(dǎo)后，與運動相關(guān)、鞭毛相關(guān)的毒力基因顯著下調(diào)，同時藥物轉(zhuǎn)運等相關(guān)基因顯著上調(diào)。細(xì)菌通過抑制高能耗的鞭毛運動，將代謝資源優(yōu)先用于構(gòu)建生物被膜等防御性和毒力結(jié)構(gòu)。

苯扎氯銨誘導(dǎo)下的全局轉(zhuǎn)錄重編程涉及多通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。環(huán)二鳥苷酸（c-di-GMP）作為重要的信號分子，在殺菌劑脅迫響應(yīng)中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。苯扎氯銨可調(diào)節(jié)細(xì)菌胞內(nèi)c-di-GMP水平，從而促進(jìn)銅綠假單胞菌生物被膜的穩(wěn)態(tài)建立以及霍亂弧菌毒力基因表達(dá)上調(diào)。上述結(jié)果表明，毒力調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對化學(xué)壓力具有敏感響應(yīng)性。除mRNA水平的轉(zhuǎn)錄調(diào)控外，小分子RNA（sRNA）在苯扎氯銨適應(yīng)性中也發(fā)揮了重要作用。研究表明，適應(yīng)后金黃色葡萄球菌等致病菌的SprD、SprX和RNAIII等多個sRNA表達(dá)譜發(fā)生顯著變化，其中SprD與RNAIII參與毒力因子表達(dá)調(diào)控，SprX則與抗生素耐藥性增強密切相關(guān)。這一結(jié)果表明，非編碼RNA不僅作為毒力調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的組成部分，也可能在耐受機制中發(fā)揮交互性調(diào)節(jié)功能。因此，苯扎氯銨適應(yīng)可通過毒力基因、全局信號通路、sRNA等多維度的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)改變致病菌的毒力表達(dá)譜。這不僅加劇了致病菌在復(fù)雜環(huán)境中的存活與傳播能力，也為其跨環(huán)境傳播與感染風(fēng)險提供了支撐。

2.2 基因突變和水平轉(zhuǎn)移

在化學(xué)脅迫或生態(tài)壓力下，細(xì)菌可通過基因突變與水平基因轉(zhuǎn)移獲得新適應(yīng)性。營養(yǎng)限制、環(huán)境壓力和氧化損傷等均可誘導(dǎo)微生物發(fā)生突變，進(jìn)而導(dǎo)致毒力的變化。鮑曼不動桿菌通過核糖體相關(guān)蛋白基因的突變適應(yīng)苯扎氯銨環(huán)境，該突變能夠保護(hù)微生物免受殺菌劑所誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)聚集。大腸桿菌經(jīng)歷苯扎氯銨適應(yīng)后，lpxM和lpxL等與膜相關(guān)、rssB等應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的基因發(fā)生了高頻突變，表明該菌可能通過細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)激調(diào)控通路重構(gòu)實現(xiàn)適應(yīng)性。經(jīng)化學(xué)誘變后產(chǎn)生苯扎氯銨耐受性的兩株單核細(xì)胞增生李斯特菌突變株的溶血能力顯著增強。基因組分析發(fā)現(xiàn)，相對于親本菌株，兩菌株分別產(chǎn)生了3 個和29 個突變，為解釋其毒力增強提供了直接證據(jù)。此外，暴露于苯扎氯銨的沙門氏菌中ramR基因發(fā)生突變，表明苯扎氯銨可能選擇ramR突變株并增加其抗生素耐藥性和毒力。基因突變通過重塑細(xì)胞結(jié)構(gòu)與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，可直接驅(qū)動苯扎氯銨適應(yīng)菌株毒力表型的提升，是其耐受性與致病性關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵分子途徑之一。

多種微生物共同存在時，微生物可以通過水平基因轉(zhuǎn)移加速抗性和毒力基因的傳播。傳導(dǎo)方式主要包含噬菌體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)菌性菌毛介導(dǎo)的接合、從環(huán)境中吸收遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等。質(zhì)粒通常攜帶抗性基因和毒力基因，其可從供體細(xì)菌轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌從而提高細(xì)菌適應(yīng)性和毒性，是細(xì)菌進(jìn)化和適應(yīng)性的有力工具。已有研究表明，亞抑制濃度殺菌劑的存在促進(jìn)了食源性致病菌可移動遺傳元件的傳播。采用全基因組重測序技術(shù)、轉(zhuǎn)錄組分析等技術(shù)識別暴露前后菌株的調(diào)控通路，可進(jìn)一步揭示殺菌劑誘導(dǎo)下毒力提升的分子基礎(chǔ)，為食品安全風(fēng)險預(yù)警與防控策略提供理論支撐。未來，結(jié)合人工智能與機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，有望實現(xiàn)對毒力基因表達(dá)趨勢的精準(zhǔn)預(yù)測，為微生物控制策略的智能化升級提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3 藥物外排泵的調(diào)控

藥物外排泵系統(tǒng)是細(xì)菌抵御外源化學(xué)物質(zhì)、維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要防御機制，同時在感染宿主過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。如AcrAB-TolC外排泵與鼠傷寒沙門氏菌在巨噬細(xì)胞內(nèi)的存活能力及在膽鹽環(huán)境中的耐受性密切相關(guān)。外排泵不僅參與細(xì)胞內(nèi)代謝物的解毒，還可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞間信號傳遞及群體感應(yīng)系統(tǒng)，間接影響毒力因子的表達(dá)與分泌。Hirakata等的研究表明，外排泵的缺失可顯著降低銅綠假單胞菌的侵襲能力，凸顯了外排系統(tǒng)在病原菌感染過程中的重要性。外排泵還可通過調(diào)控毒力因子表達(dá)、影響信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等途徑，間接增強病原菌的致病能力。小多藥耐藥性家族成員SugE2外排泵既能感應(yīng)季銨鹽類化合物，還可響應(yīng)腸道環(huán)境中的信號分子，在特定條件下抑制沙門氏菌致病島1的表達(dá)，從而降低微生物的黏附、侵襲及整體毒力。這一結(jié)果提示，外排泵在調(diào)節(jié)毒力表達(dá)方面具有復(fù)雜作用，既可作為細(xì)菌抵御外界化學(xué)脅迫的核心防御機制，也可在特定環(huán)境下參與毒力的調(diào)控。

在苯扎氯銨適應(yīng)背景下，部分外排泵與高毒力表型呈密切關(guān)聯(lián)。如單核細(xì)胞增生李斯特菌的高毒力菌株可攜帶編碼苯扎氯銨外排泵EmrC的新型質(zhì)粒，該質(zhì)粒在荷蘭ST6型腦膜炎病例中檢出頻率顯著升高。然而，大腸桿菌長期暴露于苯扎氯銨環(huán)境后，雖然外排泵基因表達(dá)上調(diào)，但同時伴隨外膜孔蛋白及與運動性、趨化性相關(guān)的基因表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致其運動能力喪失。這種基因表達(dá)反映了細(xì)菌的能量分配策略。因此，外排泵一方面通過排出化學(xué)物質(zhì)維持細(xì)胞生存，另一方面在特定條件下促進(jìn)或抑制毒力相關(guān)通路。深入解析微生物中外排泵的調(diào)控機制，將為揭示細(xì)菌適應(yīng)和致病耦合路徑提供重要理論依據(jù)。

2.4 生物被膜的形成

生物被膜形成能力不僅是細(xì)菌環(huán)境適應(yīng)性的重要表現(xiàn)形式，更是驅(qū)動毒力因子高效表達(dá)和宿主感染能力增強的核心機制之一。生物被膜的形成可為細(xì)菌提供物理屏障，抵御宿主免疫清除與抗菌藥物滲透，增加細(xì)菌附著、定植和入侵宿主細(xì)胞的可能性。同時也可顯著削弱抗生素和免疫細(xì)胞的滅殺作用，是慢性感染難以根除的關(guān)鍵因素。因此，任何能顯著增強生物被膜形成的環(huán)境適應(yīng)行為，都可能同步促使致病性上升。

多種不利環(huán)境（如抗生素、苯扎氯銨類殺菌劑、饑餓條件）均可通過激活生物被膜相關(guān)基因表達(dá)促進(jìn)生物被膜形成。生物被膜狀態(tài)細(xì)胞相較于浮游態(tài)細(xì)胞具有更高的殺菌劑耐受性，這意味著在相同化學(xué)脅迫下，生物被膜可顯著延長細(xì)菌存活時間并增強其感染潛力。經(jīng)殺菌劑適應(yīng)的單核細(xì)胞增生李斯特菌，比未經(jīng)處理的菌株具有更好的生物被膜形成能力。Rodríguez-Melcón等的研究也提及亞致死濃度的苯扎氯銨適應(yīng)可以增強單核細(xì)胞增生李斯特菌的生物被膜形成能力，提高菌株在食物鏈中的持久性，使其成為食品污染的主要來源。這些證據(jù)表明，苯扎氯銨適應(yīng)不僅提升了生物被膜相關(guān)的環(huán)境耐受性，也為毒力因子的穩(wěn)定表達(dá)提供了持久的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

苯扎氯銨適應(yīng)引發(fā)的生物被膜增強現(xiàn)象在多種致病菌中被觀察到，并與毒力增強密切相關(guān)。單核細(xì)胞增生李斯特菌、銅綠假單胞菌、霍亂弧菌和大腸桿菌在苯扎氯銨暴露后均表現(xiàn)出生物被膜量增加，其中大腸桿菌的LuxS/AI-2系統(tǒng)可能發(fā)揮了重要作用。反復(fù)暴露于三氯生和苯扎氯銨時，大部分泌尿系統(tǒng)致病性大腸桿菌分離株相對于相應(yīng)對照的生物被膜形成能力均顯著增強。此外，由于生物被膜顯著提高了細(xì)菌抵抗宿主免疫與清除機制的能力，這些適應(yīng)性變化往往伴隨感染力的提升。苯扎氯銨適應(yīng)下，溫度和營養(yǎng)成分等環(huán)境因子可進(jìn)一步調(diào)節(jié)被膜形成與耐受性，從而放大其對宿主感染風(fēng)險的影響。目前，現(xiàn)有食品加工中常用化學(xué)消毒劑對阪崎克羅諾桿菌等生物被膜的效果有限。將來使用天然殺菌劑控制食源性致病菌浮游態(tài)及生物被膜狀態(tài)細(xì)胞有待進(jìn)一步研究。

2.5 群體感應(yīng)

細(xì)菌在自然環(huán)境和宿主體內(nèi)往往以群體形式協(xié)作生存，群體感應(yīng)是一種典型的細(xì)胞密度依賴性型通訊機制，能夠通過分泌并感知信號分子協(xié)調(diào)群體內(nèi)的基因表達(dá)，從而在種群水平實現(xiàn)功能整合。群體感應(yīng)系統(tǒng)不僅參與生物被膜形成、抗性增強、次級代謝物合成等關(guān)鍵生理活動，還在殺菌劑適應(yīng)與毒力增強之間發(fā)揮橋梁作用。研究發(fā)現(xiàn)，在金黃色葡萄球菌中，苯扎氯銨適應(yīng)后其群體感應(yīng)系統(tǒng)在適應(yīng)過程中通過調(diào)節(jié)群體感應(yīng)信號增強毒力表型。在大腸桿菌中，苯扎氯銨誘導(dǎo)下群體感應(yīng)信號介導(dǎo)的LuxS/AI-2通路顯著激活，進(jìn)一步調(diào)控生物被膜形成、細(xì)胞運動及毒力因子合成，是毒力增強的重要調(diào)控樞紐。因此，群體感應(yīng)系統(tǒng)的激活可賦予細(xì)菌在抗菌劑殘留環(huán)境中獲得更強的適應(yīng)力和致病潛能。深入揭示群體感應(yīng)信號在殺菌劑適應(yīng)下的激活路徑，不僅有助于理解殺菌劑適應(yīng)性毒力演化機制，還可為開發(fā)干擾群體感應(yīng)系統(tǒng)的替代型抑菌策略提供理論依據(jù)。

2.6 細(xì)胞膜組成

細(xì)胞膜作為細(xì)菌抵御外部脅迫的第一道屏障，在苯扎氯銨等殺菌劑的脅迫下會發(fā)生顯著變化。這些變化不僅影響細(xì)菌的生存能力，還可調(diào)節(jié)毒力表型，成為連接耐受性與致病性的關(guān)鍵。亞抑制濃度殺菌劑的暴露可引發(fā)一系列胞膜相關(guān)生理與遺傳變化，包括外排泵活性增強、基因突變頻率升高以及細(xì)胞膜通透性與組分的調(diào)整。鮑曼不動桿菌經(jīng)苯扎氯銨暴露后，carO和wecB等與細(xì)胞膜功能相關(guān)基因的表達(dá)顯著上調(diào)，增強了細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。野生型菌株單核細(xì)胞增生李斯特菌EGD-e在含不同濃度苯扎氯銨的瓊脂培養(yǎng)基上連續(xù)傳代培養(yǎng)，可突變?yōu)楸皆蠕@適應(yīng)性菌株。全基因組測序顯示突變位點可改變膜脂構(gòu)成與表面電荷，降低苯扎氯銨等陽離子表面活性劑的結(jié)合能力。此外，Casey等證實單核細(xì)胞增生李斯特菌在暴露于苯扎氯銨后，參與細(xì)胞壁合成、趨化性與運動能力的基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，參與細(xì)胞膜流動性與碳水化合物吸收的基因也顯著上調(diào)。苯扎氯銨脅迫下細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的動態(tài)重構(gòu)，深度參與了細(xì)菌環(huán)境適應(yīng)性與毒力表型之間的耦合。

細(xì)胞膜組成與流動性的改變不僅可提升細(xì)菌對殺菌劑的屏障能力，還可通過增加表面疏水性促進(jìn)其在不銹鋼、塑料等疏水性表面附著，進(jìn)而啟動黏附因子與毒素的表達(dá)。殺菌劑適應(yīng)后大腸桿菌高疏水性值可能與高生物被膜形成潛力相關(guān)。苯扎氯銨脅迫誘導(dǎo)的細(xì)胞膜的組成與理化性質(zhì)重塑，不僅激活毒力相關(guān)通路，還可以誘導(dǎo)對苯扎氯銨的直接抗性或者對抗生素的交叉耐受性。細(xì)胞膜組成變化、外排泵表達(dá)增強、水平基因轉(zhuǎn)移以及生物被膜形成等過程之間存在顯著交叉與協(xié)同效應(yīng)。這些變化既是細(xì)菌耐受性進(jìn)化的結(jié)果，也是毒力特征重塑的重要驅(qū)動力。

2.7 其他機制

苯扎氯銨誘導(dǎo)下的食源性致病菌毒力變化還可能涉及多種非經(jīng)典調(diào)控途徑。Vargas-Cuebas等發(fā)現(xiàn)季銨鹽化合物適應(yīng)后的銅綠假單胞菌不僅表現(xiàn)出生物被膜形成能力的增強，還伴隨色素和海藻酸鹽產(chǎn)量的增加，表明代謝產(chǎn)物水平的變化亦可能參與殺菌劑適應(yīng)與毒力表型的增強。此外，在消毒過程中，微生物可形成耐受的持久性亞群，即使暴露于致死濃度消毒劑后仍可延長存活時間。該類亞群的形成程度與消毒劑種類密切相關(guān)，表明微生物消毒動力學(xué)與毒力之間存在潛在的交叉機制。可存活但不可培養(yǎng)（VBNC）狀態(tài)的誘導(dǎo)亦是致病菌在苯扎氯銨適應(yīng)中誘導(dǎo)毒力的重要機制。Noll等的研究發(fā)現(xiàn)苯扎氯銨處理可誘導(dǎo)單核細(xì)胞增生李斯特菌進(jìn)入VBNC狀態(tài)，該狀態(tài)下的菌株在宿主內(nèi)仍保持一定甚至增強的致病能力。類似地，Mougin等的研究也發(fā)現(xiàn)苯扎氯銨適應(yīng)可以誘導(dǎo)弧菌形成VBNC狀態(tài)。常規(guī)培養(yǎng)方法難以檢測該類細(xì)胞，其存在可能導(dǎo)致污染事件和疾病暴發(fā)的反復(fù)發(fā)生。最后，毒素-抗毒素系統(tǒng)在苯扎氯銨適應(yīng)中可能發(fā)揮間接作用。該系統(tǒng)可以誘導(dǎo)持久性細(xì)胞或VBNC細(xì)胞，并與SOS反應(yīng)密切相關(guān)。很多研究提及毒素-抗毒素系統(tǒng)可以促進(jìn)生物被膜的形成，增強細(xì)菌在不利環(huán)境下的生存與定植能力。因此，苯扎氯銨誘導(dǎo)下的毒力增強并非局限于傳統(tǒng)的基因表達(dá)變化路徑，還可能涉及細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換、亞群體異質(zhì)性調(diào)控及代謝層面的協(xié)同機制。

總體而言，殺菌劑適應(yīng)對食源性致病菌的毒力產(chǎn)生廣泛而復(fù)雜的影響。苯扎氯銨適應(yīng)驅(qū)動的食源性致病菌毒力增強，是分子、細(xì)胞及群體多層次調(diào)控網(wǎng)絡(luò)協(xié)同作用的結(jié)果，涵蓋細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)重塑、毒力基因調(diào)控、外排泵活化、群體感應(yīng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)（圖1）。研究這些適應(yīng)性反應(yīng)不僅可以加深對耐受性與致病性耦合關(guān)系的理解，也為闡明不同致病菌在多樣環(huán)境下的毒力變化模式提供了新的框架。

03

結(jié) 語

苯扎氯銨作為在食品加工和環(huán)境消毒中廣泛使用的季銨鹽類殺菌劑，其低濃度殘留及反復(fù)使用已被認(rèn)為是促使食源性致病菌毒力重構(gòu)的重要因素之一。苯扎氯銨適應(yīng)可以誘導(dǎo)細(xì)菌生物被膜形成、毒素合成、溶血能力增強、侵襲力提升等多種毒力表型的增強。毒力變化機制涉及基因表達(dá)調(diào)控、基因突變與水平轉(zhuǎn)移、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)重構(gòu)、外排泵調(diào)節(jié)、群體感應(yīng)激活等多層機制。未來研究可以進(jìn)一步聚焦以下關(guān)鍵問題：1）整合轉(zhuǎn)錄組、代謝組、脂質(zhì)組等多組學(xué)技術(shù)，解析毒力表型重塑過程中的關(guān)鍵調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；2）借助高通量表型篩選平臺與人工智能建模，實現(xiàn)毒力動態(tài)演化及外源干預(yù)效果的預(yù)測和評估；3）探索外排泵抑制劑、群體感應(yīng)干擾物、天然抑菌劑等外源干預(yù)因子對毒力重構(gòu)機制的阻斷與逆轉(zhuǎn)能力；4）將苯扎氯銨適應(yīng)誘導(dǎo)下毒力增強效應(yīng)納入現(xiàn)代微生物風(fēng)險評估體系，為食品鏈安全與公共健康提供理論支撐。

引文格式：
牛洪梅, 李燕宏, 肖林林, 等. 苯扎氯銨適應(yīng)對食源性致病菌毒力影響的研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2026, 47(2): 376-385. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250813-096.
NIU Hongmei, LI Yanhong, XIAO Linlin, et al. Research progress on the effect of benzalkonium chloride adaptation on the virulence of foodborne pathogens[J]. Food Science, 2026, 47(2): 376-385. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250813-096.

實習(xí)編輯：李雄；責(zé)任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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