UPEC的发病机制包括细胞外定位和细胞内定位之间的循环转换，以及同步向花丝的转变，随后恢复到正常的杆状细菌，有可能再感染宿主膀胱细胞。5,7。此外，在本研究中，由于抗生素的亚致死浓度，细菌丝也会大量形成。13,14,15。以往的研究主要集中在不同细菌形态的特征上。15,18而不同形态感染后的宿主细胞反应尚未确定。在本研究中，我们使用人原发性膀胱上皮细胞(HBEP)，而不是更常用的膀胱癌上皮细胞株，以增加宿主与细菌相互作用的生物学相关性。然而，使用这一供体细胞系的一个限制是，数据是基于一个供体的细胞反应，这可能不同于从不同供体获得的细胞反应。HBEP细胞感染大肠菌群和倒置菌后诱导的基因表达有明显变化，而丝状菌刺激后改变的基因实体数较少。对重叠基因实体的评价表明，大肠菌群和反式细菌刺激的HBEP细胞共有的基因实体最多，而丝状和反式细菌刺激的细胞几乎没有独特的共有基因实体。总之，这表明丝状细菌最不容易刺激宿主膀胱上皮细胞的转录活性(反映在较低数量的显著改变的基因中)，并且对正常大肠菌群和反复性形态反应的改变基因的数量更具有可比性。我们以前的研究集中于uPEC在形态转变过程中的全局基因表达和毒力相关基因，在与本研究相同的抗生素诱导条件下，我们的研究表明，丝状uPEC在转录活性上的变化比反转形式更明显。15。与本研究的结果相结合，丝状UPEC的转录水平发生了深刻的变化。15导致主机激活特性的倒退。重要的是，我们以前对丝状和反式UPEC基因表达的研究是在HBEP细胞存在的情况下进行的。这使我们在阐明不同形态的UPEC在宿主激活特性上的差异时，可以直接将关于丝状和反复性的毒力特性的知识从先前的研究转移到本研究。
虽然丝状细菌刺激的细胞诱导的基因实体数量较少，但丝状细菌刺激的细胞中丰富的基因本体论类的数量高于大肠菌群和反式细菌刺激的细胞。这表明丝状细菌具有不同的作用，并影响各种不同类型的宿主基因。总的来说，大多数基因本体的变化与免疫系统过程、细胞信号和细胞因子/趋化因子的产生有关，这是一个预期的发现。白细胞趋化性的正调控和细胞增殖的负调节两种基因本体在三种形态刺激的细胞中均富集。这些基因本体包括许多与宿主免疫反应相关的基因。20,21如CXCL 1、CXCL 2、CXCL 3、CXCL 8、IL-6、IL17C和TNF等，说明所有形态状态都能引起膀胱上皮细胞的宿主免疫反应。然而，从个体基因转录活性的分析来看，宿主的激活程度在三种形态状态下都有明显的差异。正常大肠菌群在刺激HBEP细胞转录活性方面往往优于丝状和反复性。UPEC依赖于毛对膀胱上皮细胞的粘附和侵袭22但是，本研究中发现的宿主免疫因子活性降低的原因不太可能是丝状菌和反式细菌与HBEP细胞粘附减少所致。丝状和/或还原的UPEC似乎保持了它们的功能粘附性能。9,10,15，以及上调P型和1型伞毛相关基因。15表明形态开关并不减弱细菌粘附宿主细胞的能力。尽管如此，虽然丝状和恢复的UPEC可以坚持，还有其他重要的因素，对宿主的激活，可能会被抑制。我们在本研究中发现丝状体不能侵入宿主膀胱细胞。这就强调了uPEC感染的丝状期需要是短暂的和可逆的，因为人们认为第二次宿主细胞再感染是在丝恢复到棒状形态之后发生的。10。在我们的实验装置中，在抗生素去除后1h，当细菌在显微镜下观察显示仍保持其正常的杆状形态时，对其回复形态进行了评价。然而，很明显，在我们的研究中，恢复的形式是在一个暂时的状态，而不是完全恢复，因为它受到损害的主机激活特性，包括一个低的宿主入侵能力。因此，丝状和反式UPEC引起的整体低转录激活可能与这些形态的宿主细胞侵袭能力受损有关。
内毒素脂多糖通过与Toll样受体4(Toll样受体4)相互作用，介导uPEC发病的多个方面，进而激活天然免疫反应，释放促炎细胞因子。23。我们先前的研究表明，与lps生物合成相关的基因在丝状细菌中被上调，而在反式细菌中被下调。15。在本研究中，上游调控物的分析显示，在受逆转细菌刺激的HBEP细胞中，TLR 4的活性z-评分较低，而在大肠杆菌和丝状细菌刺激的细胞中，其激活程度与之相当。HBEP是一种低脂多糖应答的细胞系(未发表观察)，结合LPS和TLR 4在形态学状态中的可变表达，不太可能通过TLR 4信号的改变来解释丝状菌和反复性细菌对宿主的抑制作用。有趣的是，粘附分子ICAM-1在丝状细菌刺激的细胞中表现出比大肠菌群更高的活性.UPEC促进尿路上皮细胞ICAM-1表达促进中性粒细胞迁移24，以及延长的细丝与宿主细胞之间更为明显的物理相互作用。9,10,15可能引发HBEP细胞增加ICAM-1的转录。
细胞分裂基因达姆克斯18和苏拉，细菌SOS反应中的一种效应分子。9，被认为是UPEC丝状的关键诱导剂。删除达姆克斯或苏拉消除UPEC丝状和建立小鼠尿路感染的能力9,18提示在泌尿系统的发病机制中，瞬时转换为替代形态的能力可能是一种优势。我们先前的研究表明，头孢氨苄诱导的uPEC丝状蛋白的表达增加。苏拉15，证明头孢替丁在体外形成的纤维与体内发生的形态学改变有相似之处。.宿主免疫系统的弱激活(如丝状和反流细菌)可能被认为是细菌的一种优势，因为吞噬细胞(如中性粒细胞)的迁移取决于活化的宿主反应和分泌的趋化因子。20,21。UPEC已经进化出不同的机制来抑制宿主的识别和激活，例如通过分泌tcpc与myd 88结合，并抑制泌尿道内宿主细胞的下游信号和细胞因子反应。25。但是，TCPC与正常大肠菌群相比，丝状和反复性形态的调节明显降低。15反对TCPC参与。然而，不能排除丝状和反转形式对细胞因子基因表达的微弱刺激作用涉及到对宿主激活的积极抑制。免疫系统细胞在细菌感染后产生的促炎可溶性细胞因子也可能通过自分泌和旁分泌机制成为基因表达的上游调节因子。26。我们的数据显示，TNF、IL1B和IL1A这三种细胞因子都是不同的激活基因实体，在上游调节因子中占有很高的地位。因此，许多HBEP基因对丝状和反式细菌的整体初级激活程度较低，因此也可能影响这些细胞因子作为其他目标分子上游调控者的能力。综上所述，这些结果表明，丝状和反复性形态状态引起的宿主免疫应答比正常大肠菌群弱，但其机制还有待进一步阐明。
一些得分最高的典型通路，如IL-6、tlr和IL-8信号通路，都是与UTI发病机制有一定联系的通路。20,21。有趣的是，在所有三种形态状态中，与IL-17信号相关的几条通路都是得分最高的.白细胞介素-17A(IL-17A)在UTI天然免疫中的重要作用表现在UPEC急性清除缺陷和IL-17A缺乏小鼠的更高的细菌负担上。27,28。此外，已知的IL-17在细胞招募和免疫调节中的作用。29这意味着，这种细胞因子是必需的，以微调固有的细胞防御UPEC在膀胱。IL-17C是大肠杆菌和丝状细菌刺激的细胞中最上调的基因，而在回复细菌的作用下，IL-17C的表达明显降低。这是由标准路径分析的数据支持的，表明大肠杆菌和丝状细菌中IL-17信号的激活程度明显高于反式。危险相关分子高迁移率群盒1(HMGB 1)信号和在髓系细胞1(TREM 1)信号上表达的触发受体是其他表现出高激活分数的典型通路。HMGB 1在细胞内具有多种功能，包括通过坏死细胞被动释放释放到细胞外环境中，或在细胞刺激后以积极方式发挥促炎作用，如lps、IL-1β和TNF-α。30。在尿路中，HMGB 1主要与尿路上皮癌的进展有关。31，但泌尿道细菌感染也刺激HMGB 1的表达增加。32。除了自身直接的胞内信号通路外，trem 1的激活还与细胞内的几条TLRs信号通路发生交叉作用，从而促进和放大炎症的程度。33。一种可溶性的trem 1从宿主细胞中脱落，一些研究已经探讨了Trem-1作为UTI诊断标记物的潜在用途。34,35。综合起来，通路分析表明，在被还原形式刺激的HBEP细胞中，富集通路的数目和激活分数都是最低的。被还原的形态经历了强烈的形态转变，这似乎导致了宿主激活特性的降低。在丝状细菌刺激的HBEP细胞中，标准型通路和基因本体论级别均有明显改变。因此，丝状可能是由于其过大的大小，可归因于主机识别和监视的加强。此外，我们先前的发现表明，丝状过程本身与内毒素和ATP在细胞上清液中的释放有关，这些可溶性细菌产品能够刺激膀胱上皮细胞分泌细胞因子。14。因此，丝状体引起的广泛激活反应可能包括在形态向丝状转变过程中各种细胞外宿主激活因子的释放增强。
总之，我们已经证明了不同形态的UPEC感染对宿主膀胱的反应，提出复制泌尿系统的级联，在改变宿主基因和途径的数量和同一性上都表现出差异。宿主膀胱细胞的再感染作为尿路感染复发的潜在原因，可能是一个复杂的过程，其结果既受细菌的瞬时形态状态控制，又受宿主免疫反应的控制。
