細(xì)菌nox基因研究進展

王 艷， 丁承超， 邱景璇， 陳國薇， 謝曼曼， 劉 箐*

(1.上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093；2.同濟大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 200092)

還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide，NADH)是一種普遍存在于活生物體中的關(guān)鍵輔因子，參與各種代謝及調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的氧化還原反應(yīng)[1]，NADH氧化酶(NADH Oxidase，NOX)是一種氧化還原酶，由nox基因編碼。高等動植物nox基因編碼的NADH氧化酶是一種多亞基復(fù)合體，包括催化亞基、調(diào)節(jié)亞基和結(jié)合配體[2-3]，已在人體中表征的7種催化亞基(NOX1、NOX2、NOX3、NOX4、NOX5、Duox-1和Duox-2)被稱為NOX家族[4]。NOX將電子從細(xì)胞內(nèi)的NADH轉(zhuǎn)移穿過膜并將其偶聯(lián)到分子氧，從而產(chǎn)生活性氧(Reacyive Oxygen Species，ROS)，除了NOX4能直接產(chǎn)生過氧化氫(H2O2)[5]之外，其他亞型的NOX都是先產(chǎn)生超氧化物陰離子(O2·-)，再由超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)將O2·-快速轉(zhuǎn)化為H2O2[6]。正常生理條件下，NOX產(chǎn)生低水平的O2·-或H2O2，但貧血[7]、缺氧[8]、高糖[9]、高血壓[10]等各種病理條件能激活NOX產(chǎn)生大量ROS，NOX衍生的ROS可能導(dǎo)致氧化損傷(如細(xì)胞凋亡和壞死)或作為信號分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移、增殖和分化[4,11]，另外，當(dāng)機體被病原體侵襲時還具有殺菌功能[12]。研究發(fā)現(xiàn)，許多細(xì)菌中也存在nox基因，編碼NADH氧化酶，它在調(diào)控微生物代謝方面有重要作用。然而，絕大多數(shù)nox相關(guān)的研究都集中在動植物上，細(xì)菌nox基因的研究僅停留在初步階段。詳細(xì)了解細(xì)菌nox基因及其編碼產(chǎn)物NOX的具體作用方式及其對細(xì)胞產(chǎn)生的影響，對研究細(xì)菌生長及其毒力有積極意義。國內(nèi)對細(xì)菌中nox基因的研究相對較少，本文綜述了近年來細(xì)菌中nox基因的研究成果，并結(jié)合本實驗室對單核細(xì)胞增生李斯特氏細(xì)菌(Listeriamonocytogenes,Lm)nox基因的研究進展，對目前存在的問題和未來的發(fā)展進行評述。

1 NADH氧化酶的分類及結(jié)構(gòu)

1.1 NOX分類

研究表明，在氧氣存在的條件下，肺炎鏈球菌(Streptococcuspneumoniae)[13]、變形鏈球菌(Streptococcusmutans)[14]及無乳鏈球菌(Streptococcusagalactiae)[15]等細(xì)菌中的NOX能將電子從NADH(還原形式的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+))轉(zhuǎn)移到O2，直接將O2還原；在無氧條件下，其他電子受體如二氯酚靛酚(dichloro-phenol-indophenol，DCIP)、甲萘醌和黃素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide，F(xiàn)AD)[14,16]等，也可以用作NOX的底物，在NADH存在時被還原。

目前關(guān)于NOX的具體分類沒有明確的定義。綜合各類文獻表述，一般可根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物的不同，將NOX分為三類：一類為H2O2型NOX，反應(yīng)過程中2個電子發(fā)生轉(zhuǎn)移產(chǎn)生H2O2[16]；另一類就是狹義的NOX即H2O型NOX，反應(yīng)過程中有4個電子發(fā)生轉(zhuǎn)移產(chǎn)生H2O[17]；還有一類O2-型NOX，反應(yīng)過程中有1個電子發(fā)生轉(zhuǎn)移產(chǎn)生O2-[18]。具體反應(yīng)式如下：

NADH+H++O2→NAD++H2O2

2NADH+2H++O2→2NAD++2H2O

NADH+H++2O2→NAD++H++2O2-

通過代謝氧氣并調(diào)節(jié)NADH/NAD+的比例，NOX可以調(diào)控多個下游靶標(biāo)，涉及酸應(yīng)激和氧化應(yīng)激、物質(zhì)轉(zhuǎn)運、能量代謝和菌膜形成的多個基因，對菌體生長和毒性有至關(guān)重要的作用。

表1 10株細(xì)菌中NADH氧化酶序列對比Table 1 Sequence alignment of NADH oxidase among 10 bacteria strains

1.2 NOX氨基酸序列分析

盡管NOX分子的來源不同，但一級結(jié)構(gòu)具有普遍類似性，C端均有核黃素蛋白FAD結(jié)合域和NADH結(jié)合域。表1為本文所涉及的10種細(xì)菌NOX的氨基酸序列與Lm標(biāo)準(zhǔn)菌株EGD-e的對比結(jié)果。經(jīng)分析，NOX的氨基酸序列在細(xì)菌中較為保守，相似性均在30%以上，其中，糞腸球菌V583(EnterococcusfaecalisV583)的NOX的氨基酸序列與Lm-EGD-e高度相似，達到99%。

以表1所涉及的10株細(xì)菌NOX的氨基酸序列構(gòu)建生物進化樹如圖1所示。進化樹上顯示糞腸球菌V583與Lm-EGD-e親緣關(guān)系最近。

圖1 基于NOX氨基酸序列構(gòu)建10株細(xì)菌的進化樹Fig.1 NJ phylogenetic tree based on amino acid sequence of NADH oxidase in this 10 strains of bacteria

目前關(guān)于NOX在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的定位還不明確，綜合各類文獻報道，厭氧菌主要產(chǎn)生H2O2型NOX，存在于細(xì)胞膜上或胞內(nèi)，兼性厭氧菌(大部分是乳酸菌)主要產(chǎn)生H2O型NOX，且蛋白存在于胞內(nèi)。2013年Muchnik等[24]使用鼠抗rNOX抗血清將野生型肺炎鏈球菌染色，并通過流式細(xì)胞儀檢測，結(jié)果顯示NOX位于細(xì)胞表面的細(xì)胞壁，且nox缺失菌株表面未檢測到該蛋白。2017年Zhao等[28]在研究牛分枝桿菌(Mycoplasma bovis)的NOX相關(guān)功能時，使用抗rNOX單克隆抗體做探針，顯示NOX是膜相關(guān)蛋白，在培養(yǎng)基上清液中不存在；使用Signal IP和TMHMM服務(wù)器進行生物信息學(xué)分析表明NOX沒有跨膜結(jié)構(gòu)域或信號肽。

對Lm的nox基因及NOX做了初步研究，圖2為使用TMHMM Server v. 2.0分析軟件對Lm中NOX的跨膜分析及定位預(yù)測，結(jié)果表明Lm中的NOX不可能為跨膜蛋白。

1.3 NOX結(jié)構(gòu)

2016年Titov等[21]在人上皮瘤細(xì)胞中表達并篩選了幾種H2O型NOX，其中來自短乳桿菌(Lactobacillusbrevis)的nox基因表達量最高。將LbNOX的C端以FLAG-tag標(biāo)記、N端以His-tag標(biāo)記并在大腸埃希菌中過表達，測得其分子大小為(197±4) kD。圖3為Titov 等以X射線測定的短乳桿菌中的NOX的晶體衍射圖，分辨率為2.4 ?[21]。

圖2 單核細(xì)胞增生李斯特氏菌EGD-e的NOX的TMHMM跨膜分析Fig.2 TMHMM transmembrane analysis for NADH Oxidase (NOX) of Listeria monocytogenes EGD-e

圖3 短乳桿菌中黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)依賴型的H2O型NOX的催化二聚體的晶體結(jié)構(gòu)Fig.3 Crystal structure of the catalytic dimer of the flavin adenine dinucleotide(FAD)-dependent H2O-forming NADH oxidases from Lb

2 nox基因的功能

2.1 nox基因影響細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激

細(xì)菌普遍具有代謝氧的能力，氧在電子傳遞鏈中作為電子受體并通過氧化磷酸化生成ATP，防止有害代謝產(chǎn)物的生成[29]。然而，細(xì)胞呼吸過程可導(dǎo)致活性氧(ROS)的產(chǎn)生，ROS 是生物體內(nèi)與氧代謝有關(guān)的含氧自由基和易形成自由基的過氧化物的總稱，包括超氧自由基(O2-) 、羥基陰離子(OH-) 、過氧化氫(H2O2)等[30]。正常情況下細(xì)胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生和消除是平衡的，然而，當(dāng)ROS過量積累或受到某些環(huán)境脅迫時，細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡偏向氧化的一方，形成氧化壓力[31]。ROS反應(yīng)活性較高，易與其他分子發(fā)生反應(yīng)，可導(dǎo)致蛋白質(zhì)、DNA和膜脂質(zhì)的損傷以及酶失活，或直接激活細(xì)胞凋亡信號通路，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

細(xì)菌發(fā)展出各種應(yīng)對呼吸過程中有害代謝產(chǎn)物的解毒機制，人們已表征了許多與消除ROS相關(guān)的酶，包括SOD、NOX、過氧化物酶、過氧化氫酶、烷基氫過氧化物酶以及谷氧還原蛋白與硫氧還原蛋白體系[32]。有研究發(fā)現(xiàn)鏈球菌nox突變體的基因芯片與添加外源氧的菌體有相似的特點[33]，表明NOX參與了細(xì)胞的氧解毒過程。實際上在鏈球菌中，NOX發(fā)生高度保守的氧代謝機制，通過每次轉(zhuǎn)移1個電子，將氧還原為H2O或H2O2，同時將NADH氧化為NAD+，參與酸應(yīng)激和氧化應(yīng)激[34]。

Yamamoto等[15]研究發(fā)現(xiàn)，無乳鏈球菌nox缺失菌株在高氧、百草枯(生成ROS)和過氧化氫(導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng))存在的條件下，分別表現(xiàn)出生長減緩、停滯及存活率下降，即使向培養(yǎng)基中加入還原劑(如谷胱甘肽或DTT)、TIRON(消除百草枯生成的O2-)或過氧化氫酶(降解H2O2)，也不能減輕nox突變體的生長缺陷，表明nox基因影響了細(xì)菌的氧化應(yīng)激能力。相似的研究表明NOX在肺炎鏈球菌的致病機制中有重要作用，有氧環(huán)境下缺失nox基因?qū)?dǎo)致生長速率降低[13,35]；高氧條件下，化膿性鏈球菌(Streptococcuspyogenes)nox突變體在葡萄糖限制培養(yǎng)基中不能生長，且對百草枯敏感性增強[36]；有氧條件下，變形鏈球菌nox突變體的NAD+再生受阻影響了替代的混合酸發(fā)酵途徑，在甘露醇及山梨糖醇培養(yǎng)基的生長狀態(tài)大大降低[14]。

另一方面，Li等[37]構(gòu)建了干酪乳桿菌(LactobacilluscaseiLC2W)nox重組菌株，結(jié)果發(fā)現(xiàn)厭氧條件下，nox過表達菌株的生長速率更慢且最終細(xì)胞密度也更小，表明氧化還原狀態(tài)對細(xì)胞代謝具有顯著影響。實際上早在2006年，Heux等[38]已提出過表達NOX可能會過量消耗NADH，胞內(nèi)降低的NADH水平及NADH/NAD+比值導(dǎo)致糖酵解通量減少，從而影響細(xì)胞生長。

綜合上述分析，缺失nox會影響細(xì)菌的氧化應(yīng)激能力，對有害ROS表現(xiàn)出消極反應(yīng)，改變細(xì)菌的生長和毒力；過表達NOX又會過多消耗胞內(nèi)NADH，對細(xì)菌的有機物代謝途徑產(chǎn)生影響，進一步影響細(xì)胞狀態(tài)。由此得出NOX的主要功能是氧化NADH并還原氧以保護細(xì)胞免受自由基形成的損害，其次是對糖代謝有促進作用。

2.2 nox基因影響菌膜形成及功能

幾乎所有微生物都具有黏附到物體或混合菌落表面的機制，生物膜普遍存在并有助于細(xì)菌抵抗非生物因素脅迫、抗菌劑以及宿主免疫系統(tǒng)的攻擊。美國國家衛(wèi)生研究院2003年的一份統(tǒng)計報告顯示，80%以上的微生物感染都與生物膜有關(guān)[39]。細(xì)菌被包裹在由胞外多糖(EPS)、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸組成的胞外基質(zhì)中[40]，細(xì)菌的黏附和聚集作用均與生物膜基質(zhì)密切相關(guān)[41]。

2016年Ge等[16]使用共聚焦激光掃描顯微鏡檢查發(fā)現(xiàn)，厭氧條件下的血鏈球菌(Streptococcussanguinis)nox突變體在不同成分基質(zhì)(不論是非生物還是生物)表面上形成的生物膜的量均顯著少于野生型，且結(jié)構(gòu)差異也非常大。實驗菌株之間沒有顯著的生長差異，表明生物膜改變不是生長差異導(dǎo)致的，證實了nox基因確實參與血鏈球菌中的生物膜形成。

另外，膜流動性對于保持菌膜的性質(zhì)和膜蛋白的功能至關(guān)重要，如脂質(zhì)雙層的滲透性、蛋白質(zhì)流動性、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用和主動運輸過程等[42-46]。細(xì)菌eDNA在生物膜形成及分散中發(fā)揮重要作用[47]，膜流動性改變可能影響細(xì)菌eDNA與胞外生物膜基質(zhì)的轉(zhuǎn)運、易位或裝配。有研究表明膜流動性與脂肪酸組成有關(guān)[48]，研究者認(rèn)為不飽和脂肪酸(順-異油酸)的減少可能會導(dǎo)致膜流動性降低[42]。

Ge等[16]發(fā)現(xiàn)厭氧條件下血鏈球菌nox缺失導(dǎo)致eDNA含量顯著降低，膜中C16脂肪酸含量增加，C18脂肪酸減少，熒光各向異性表明突變體的膜流動性降低，與上述猜測一致。Yamamoto等[15]的研究表明，有氧條件下nox突變體的缺陷主要是由于總脂肪酸產(chǎn)量減少所導(dǎo)致，且突變體中的NAD+含量的降低可能影響乙酰-CoA(脂肪酸生物合成的前體)產(chǎn)生。

菌膜作為一種抗逆性強的生存和增殖方式，極有可能在細(xì)菌生長受到較強抑制時菌膜形成能力反而增強，形成菌膜需要多種基因協(xié)調(diào)作用，調(diào)控菌體生長代謝及群體感應(yīng)等?？偟膩碚f，缺失nox基因一定程度上從菌膜豐度、脂肪酸總量及比例等方面改變了菌膜形成，對細(xì)胞膜功能產(chǎn)生影響。

2.3 nox基因影響細(xì)菌生長、菌間競爭能力

多個研究表明nox基因?qū)?xì)菌、菌間及致病菌與宿主的相互作用有重要影響。Gei等[16]通過pJFP96質(zhì)粒轉(zhuǎn)化驗證了即使加入硫酸軟骨素4磺基轉(zhuǎn)移酶(Chondroitin 4 Sulfotransferase，CSP)，質(zhì)粒在血鏈球菌nox突變體中的轉(zhuǎn)化依舊受到顯著抑制。不同于Auzat等[13]在肺炎鏈球菌中看到的，僅當(dāng)不添加CSP時，pJFP96質(zhì)粒在nox突變體中的轉(zhuǎn)化效率才顯著下降。DNA轉(zhuǎn)化頻率與細(xì)菌生長能力相關(guān)[49-50]，由pJFP96質(zhì)粒在不同菌株中的轉(zhuǎn)化效率的差別，可從分子水平上解釋nox基因影響菌體生長能力的作用機制。

通常血鏈球菌、戈登鏈球菌(Streptococcusgordonii)等過氧化口腔鏈球菌會產(chǎn)生殺菌水平的H2O2以抑制變形鏈球菌的生長[48]。Baker JL等[51]對變形鏈球菌進行種間競爭能力測定，發(fā)現(xiàn)有氧條件下nox突變體生長能力中等損傷，厭氧條件下則不受抑制，表明NOX可能僅對有氧環(huán)境中變形鏈球菌的競爭能力有影響，且對H2O2敏感可能是導(dǎo)致競爭缺陷的主要原因。Ge等[52]反向評估了nox基因?qū)ρ溓蚓c變形鏈球菌競爭能力的影響，表明野生型血鏈球菌在BHI平板接觸區(qū)域明顯抑制變形鏈球菌生長，而nox突變體失去抑制能力。以上研究驗證了nox基因影響鏈球菌消除有害H2O2的能力，缺失nox在一定程度上降低了其生長能力及菌間競爭能力。

2.4 nox基因影響細(xì)菌對宿主的黏附及毒力

不論是食品學(xué)還是臨床醫(yī)學(xué)，致病菌形成菌膜并就近黏附于固相載體都對其傳播起到積極作用，細(xì)菌的黏附能力是體現(xiàn)毒力的重要因素。

Zhao等[28]通過電鍍法檢測牛分枝桿菌nox缺失菌株對胚胎牛肺(EBL)細(xì)胞的黏附能力，發(fā)現(xiàn)缺失菌株黏附量顯著降低，且rNOX蛋白和抗rNOX抗血清都能不同程度抑制野生型牛分枝桿菌對EBL細(xì)胞的黏附，由此推測，牛分枝桿菌NOX是一種介導(dǎo)細(xì)胞黏附的細(xì)菌黏附素。Muchnik等[24]比較了肺炎雙球菌nox缺失菌株和野生型菌株在小鼠體外肺上皮細(xì)胞上的黏附程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)nox缺失菌株的黏附能力顯著下降，并且rNOX和兔抗rNOX抗血清都能不同程度地抑制野生型肺炎鏈球菌對肺源腺癌細(xì)胞系的黏附，再一次證明了NOX可能作為黏附素介導(dǎo)肺炎鏈球菌對宿主細(xì)胞的黏附作用。

相同的研究將肺炎雙球菌nox缺失菌株接種于小鼠的鼻、咽和肺部，回收到的nox缺失菌株顯著減少，且小鼠的存活率顯著上升，表明nox缺失菌株的毒力降低。有多個研究顯示，在肺炎鏈球菌和無乳鏈球菌中，缺失nox基因?qū)е录?xì)菌在嚙齒動物呼吸道、敗血癥和中耳炎感染模型中的毒力減弱[13,15]；在血鏈球菌中，nox突變體在兔心內(nèi)膜炎感染模型中的毒力減弱[52]；在屎腸球菌(Enterococcusfaecium)中，缺失nox基因?qū)е缕湓诰€蟲蠕蟲秀麗隱桿線蟲感染模型中的殺傷活性顯著降低[53]。

與上面結(jié)果相反的是，本實驗室以不同Lm菌株侵襲人結(jié)腸腺癌細(xì)胞(Caco2)和人肝癌細(xì)胞(HepG2)，以流式細(xì)胞術(shù)檢測被Lm侵襲后的Caco2和HepG2的凋亡情況，發(fā)現(xiàn)nox缺失菌株可誘導(dǎo)更多的細(xì)胞凋亡，nox過表達菌株相反；另外，我們檢測了細(xì)胞產(chǎn)生的超氧化物和H2O2，發(fā)現(xiàn)與其他菌株相比，當(dāng)細(xì)胞被nox缺失株侵襲時ROS水平反而下降，相對應(yīng)的細(xì)胞炎癥因子也被抑制。一系列實驗表明Lm的nox缺失株似乎表現(xiàn)出更強的侵襲能力，這是與已知的其他細(xì)菌nox基因功能相反的結(jié)果，有待進一步驗證[54]。

綜合上述實驗結(jié)論，nox突變體在血液中生存率降低可能是動物感染模型中毒力改變的原因之一，另一種可能性是nox突變體對宿主細(xì)胞內(nèi)的H2O2水平變化有影響，從而改變了宿主對病原菌的抵抗能力。這些結(jié)論提示可以將nox作為研究靶點，探究致病菌毒力調(diào)控的分子機制，從而為解決致病機理、細(xì)菌抗藥性等問題提供可能性。

2.5 nox基因影響代謝產(chǎn)物生成

NOX位于多個調(diào)節(jié)途徑的交集，其本身也被這些途徑調(diào)節(jié)。細(xì)菌糖酵解過程NAD+轉(zhuǎn)化為NADH，而NOX將NADH轉(zhuǎn)化為NAD+以維持NAD+/NADH比例的平衡，從而對糖酵解過程的進行起重要作用。

Li等[37]研究發(fā)現(xiàn)有氧條件下干酪乳桿菌nox重組菌株過表達NOX時，NADH參與丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸過程，過度消耗NADH，乳酸鹽產(chǎn)量急劇下降，導(dǎo)致更多碳源進入外多糖EPS的生物合成途徑。有氧條件下乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)過表達NOX時，胞內(nèi)NADH/NAD+比例降低，葡萄糖分解代謝過程中的全同型發(fā)酵轉(zhuǎn)化為混合酸發(fā)酵[14,55-56]。Felipe等[57]也提出乳酸桿菌中輔因子NADH/NAD+平衡的調(diào)節(jié)會轉(zhuǎn)移碳通量減少乳酸的產(chǎn)生，并有利于其他代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生。Yamamoto等[15]發(fā)現(xiàn)盡管nox突變體在有氧條件下的生長受到影響，但大多都正常地管理中樞能量代謝，如糖酵解(盡管葡萄糖消耗速率稍微降低)，然而，nox突變體似乎不能進行一些支鏈代謝途徑，即涉及乙酸鹽和乙偶姻生產(chǎn)的支鏈。

3 展 望

nox基因在高等動植物體中的研究已趨于成熟，但在細(xì)菌中的研究少之又少，目前僅在19 種細(xì)菌中報道了nox基因。Patchett等在研究Lm(NCTC 7973)氧化代謝過程中，通過外源加入NADH的方法，首次證實Lm中存在NOX活性[58]，但在目前已報道的19 種菌中卻不包含Lm，基于此對Lm的nox基因的功能做了初步研究，但經(jīng)過同源性對比，發(fā)現(xiàn)其和高等動植物的nox基因同源性較低，另外其在細(xì)菌生長毒力方面的作用也與已知的19種細(xì)菌有所差異[54]。

已發(fā)表的文獻表明細(xì)菌nox參與調(diào)節(jié)毒力，然而nox的確切功能仍然是有爭議的，一些研究發(fā)現(xiàn)缺失nox導(dǎo)致一些細(xì)菌的毒力降低，但也有研究表明相反的結(jié)果。迄今為止?jié)撛诘淖饔脵C制仍不清楚，并且可能在不同的細(xì)菌之間是不同的。我們認(rèn)為當(dāng)病原菌進入宿主細(xì)胞時，宿主細(xì)胞可以識別病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)，一旦識別入侵細(xì)菌，宿主細(xì)胞產(chǎn)生大量的ROS以抵抗細(xì)菌感染，稱之為氧化爆發(fā)[59]。為了確保在宿主細(xì)胞中存活，許多病原菌已經(jīng)發(fā)展出抑制ROS產(chǎn)生的機制，也許nox基因也參與了宿主-病原菌的相互作用之中。

綜上所述，NOX廣泛存在于細(xì)菌中，其除了最基本的氧化還原活性之外，還存在其他作用，是一種重要的與毒力相關(guān)的因子。其中，文獻已明確指出NOX通過調(diào)節(jié)氧氣和NAD+水平，涉及調(diào)控氧化還原傳感調(diào)節(jié)劑REX和轉(zhuǎn)錄因子SPX等蛋白質(zhì)，從而影響全局調(diào)節(jié)途徑。缺失nox基因?qū)е录?xì)胞在氧化應(yīng)激反應(yīng)、菌膜形成、毒力等方面的各種缺陷，且代謝途徑發(fā)生顯著改變[60-61]。

高等動植物中的nox基因主要參與機體的防御機制，并調(diào)節(jié)生長和發(fā)育，其表達的NADH氧化酶是一種與膜和胞漿相關(guān)的多酶復(fù)合體。近年來對細(xì)菌中nox基因及其編碼的NOX的研究正在逐漸深入，在微生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科均取得了一定成果，但多數(shù)研究集中在nox基因與細(xì)菌宏觀生長、毒力、代謝等之間的相關(guān)性，NOX具體的定位、作用方式和作用通路尚不明確。

有研究指出，細(xì)菌菌膜與細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性及致病力增強相關(guān)[62]，nox基因?qū)ば纬傻挠绊懣赡苁且粋€突破點，深入解析菌膜形成過程中的分子調(diào)控機制，有助于更好地理解細(xì)菌形成菌膜的生存方式以及開發(fā)和研制新型高效的抗菌劑和藥物，或者結(jié)合預(yù)測微生物學(xué)、微生物風(fēng)險評估等研究方法，可應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)療器械及食品安全等方面。

還有一些研究表明，NOX起到黏附素作用，可以作為致病菌的抗原決定簇引起小鼠的特異性免疫應(yīng)答，由于其與人序列同源性較低且在細(xì)菌中比較保守，未來可以將其作為某些蛋白質(zhì)疫苗的候選者。又由于NOX作為一種重要的毒力相關(guān)因子，缺失nox基因會在一定程度上降低致病微生物對宿主的毒性，有必要研究nox基因在動物宿主感染模型中的作用機制，考慮其作為減毒疫苗的可能性。

另外，由于NOX作為輔因子參與各種代謝及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)，通過工程化調(diào)控NOX的再生水平，可以改變代謝通量，從而優(yōu)化各種代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)。