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肺炎是一种每年给美国医疗系统带来超过120万次急诊就诊和4.1万多名成人死亡的疾病。全球范围内，每年有超过100万名五岁以下儿童死于该疾病。然而，尽管过去的研究主要聚焦于肺部，肺炎会触发导致死亡的心脏并发症——如心力衰竭、心律失常或心脏病发作。
与心脏并发症相关的细菌酶的发现
马里兰大学医学院（University of Maryland School of Medicine, UMSOM）和阿拉巴马大学伯明翰分校海斯尼克医学院（University of Alabama at Birmingham's Heersink School of Medicine）的研究人员现已确认一种细菌酶，这可能是部分肺炎患者出现心脏并发症而其他患者不会的原因。
由于酶通过催化化学反应帮助细菌生存、生长并侵袭组织，研究人员认为这种名为zmpB的特定酶可能成为未来疫苗或药物治疗的靶点。他们已将研究成果发表在《细胞报告》（Cell Reports）期刊上。
“约五分之一因肺炎住院的患者会经历危及生命的不良心脏事件，甚至在出院后数年内，其心力衰竭发生率至少是其他患者的两倍，”该研究首席作者、阿拉巴马大学伯明翰分校微生物学教授卡洛斯·J·奥里胡埃拉博士（Carlos J. Orihuela, Ph.D.）表示。
尽管多种细菌和病毒可引发肺炎，研究团队特别聚焦于肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae），这是社区获得性肺炎的首要致病原。
研究方法和关键发现
研究人员采用细菌全基因组关联研究（bGWAS）、小鼠模型和心脏类器官技术，分别验证了肺炎链球菌可直接损害心脏，且zmpB能增强该菌侵入心脏的能力。
“zmpB的这一作用机制此前从未被发现，这使其成为极具潜力的治疗靶点，”奥里胡埃拉指出。
“当我们比对出现心脏并发症患者与单纯肺炎患者的细菌菌株时，一个显著规律立即显现，”马里兰大学医学院及基因组科学研究所微生物学与免疫学教授埃尔韦·泰特林博士（Hervé Tettelin, Ph.D.）团队的生物信息学分析师阿多尼斯·德梅洛博士（Adonis D'Mello, Ph.D.）表示，他也是本研究的共同作者。
“心力衰竭患者更常感染携带zmpB基因的肺炎链球菌变体，该基因具有独特的FIVAR结构域——这些特殊片段可帮助细菌侵入并存活于心脏细胞内，形成感染灶。”
“我们发现该基因携带的FIVAR结构域数量越多——此前其功能尚未明确——对心脏造成的损伤就越严重。”
研究人员分别用常规肺炎菌株和敲除zmpB基因的基因改造菌株感染小鼠，并监测疾病进程。
结果显示：感染常规菌株的小鼠出现大量心脏微损伤和细胞死亡，而感染基因敲除菌株的小鼠心脏周边几乎无微损伤或细胞死亡。
随后，研究团队将心脏类器官——在培养皿中由人类干细胞培育的跳动心脏细胞——暴露于三种测试条件：感染携带zmpB基因的肺炎球菌、感染缺失zmpB基因的菌株，以及不同变异的zmpB。携带FIVAR结构域的zmpB成功附着并侵入心脏细胞；而缺失FIVAR结构域的菌株则显著减少心脏组织细胞死亡和细菌侵入。
“小鼠模型表明心脏损伤程度取决于菌株表达的zmpB，类器官实验证实配备FIVAR结构域的蛋白质能帮助细菌侵入并损害心脏细胞，”泰特林博士解释道。
对未来治疗和预防的意义
“我们期望通过解析这些分子特征，能更有效地保护患者免受肺炎期间的心脏损伤风险，或至少将损伤程度降至最低，”奥里胡埃拉博士表示。
“尽管临床应用前仍需深入研究，但未来医生或可通过简单基因检测，在感染早期识别高风险菌株，实施更密切的心脏监测或靶向治疗以预防心脏损伤。”
“这些发现意义重大，”丹麦奥胡斯大学（Aarhus University）医学微生物学名誉教授莫根斯·基利安（Mogens Kilian DMD, DSc, Dr. hc, FKC, R1）评价道，他作为领域专家未参与此项研究。
“该研究不仅阐明了肺炎链球菌中一种神秘酶的功能，更揭示了特定病原体菌株引发严重并发症的致病机制，从而为预防策略开辟了全新路径。”
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