《结核杆菌通过ESX-1分泌系统来差异化激活依赖于环-GMP-AMP合成酶(简称cGAS)和炎症小体的宿主细胞内免疫应答》

  • 来源专题:结核病防治
  • 编译者: 李阳
  • 发布时间:2015-10-10
  • 检测微生物产物的胞质对于启动抵抗诸如结核杆菌之类的细胞内病原体的先天免疫反应是必要的。在结核杆菌感染巨噬细胞期间,导致I型干扰素及白介素-1β产生的胞内监测途径活化需要依赖于分枝杆菌ESX-1分泌系统。其中炎症小体能够调节IL-1β的分泌,而负责I型干扰素活化的受体则尚不明确。基于此,来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)全球卫生研究所、德国科隆大学、德国波恩大学医院等机构的研究人员合作分析了结核杆菌对宿主机体免疫防御进行精确攻击的具体机制,旨在揭示结核分枝杆菌如何通过“欺骗”宿主免疫系统来降低其免疫防御力,其相关成果于2015年6月10日发表在Cell Host Microbe上。

    研究发现,作为DNA效应分子一部分的cGAS分子在诱发干扰素对结核杆菌感染产生免疫反应方面发挥着至关重要的作用。此外,cGAS还可以通过识别宿主胞浆内的结核杆菌DNA来激活cGAMP,即cGAS是结核分枝杆菌DNA的感受器;通过调节ESX-1基板的分泌可将cGAS依赖性宿主胞质反应的活化与炎症小体的活化分离开。

    综上所述,该研究不仅明确cGAS为结核杆菌的一种先天性免疫传感器,还揭示了结核杆菌ESX-1分泌系统如何控制宿主特异性胞内识别途径的活化。

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    • 来源专题:结核病防治
    • 编译者:李阳
    • 发布时间:2015-03-20
    • 肺结核(tuberculosis)是目前世界上致病率与致死率最高的传染病之一,根据世界卫生组织的报告仅2012年中全球患病人数达到了800万人,其中100万以上死亡。随着肺结核的致病菌-结核杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)近年来抗药性越来越强,许多结核病患者没有得到有效的药物治疗。结核杆菌在长年的进化选择下,能够寄生在宿主的巨噬细胞内部,并能有效避免免疫系统的感知与清除。因而,寻找合适的靶点分子进行药物设计是清除结合杆菌的关键所在。 PtpA是结合杆菌分泌的一类去磷酸化酶(phosphotase: for protein dephosphorylation)。由于其可以分泌到细菌外部,即巨噬细胞胞浆中,所以是最容易设计的药物靶点。然而,目前针对其活性区域的抑制剂特异性不高,导致此类药物副作用太大。最近,中国科学院微生物所刘翠华博士课题组在《nature immunology》杂志在线发表了她们对于结核杆菌分泌的ptpA的致病机制的研究,并希望可以通过此研究成果针对ptpA或者其底物分子设计相关的药物。 首先,作者利用HEK293T以及HELA报告基因模型检测了ptpA对于外界刺激引起的下游转录因子激活的调节作用。研究发现,ptpA可以有效抑制由TNF-a,IL-1b引起的NF-kB激活,而且可以抑制由小G蛋白ras引起的AP-1的激活。作者进一步通过野生型Mtb以及ptpA缺失突变体进行体外巨噬细胞感染。生化检测发现:ptpA可以有效抑制感染过程中NF-kB的激活以及JNK,p38的磷酸化,但是对于ERK蛋白的磷酸化没有明显影响。说明ptpA可以通过某种方式抑制MEK信号通路与NF-kB信号通路的传递。 之后,作者检测了结核杆菌感染巨噬细胞后,细胞内TNF-a,IL-1b的表达水平以及上清中的释放情况,结果显示:缺失ptpA后,结核杆菌能够引起更多的IL-1b以及TNF的产生,在人为地向突变体中转入ptpA后,两种细胞因子的产量收到了抑制。另一方面,如果结核杆菌中过量表达ptpA,那么TNF-a与IL-1b的产量将会受到进一步的抑制。接下来,作者通过腹腔注射的方式向小鼠体内感染结核杆菌,得到了与体外相似的结果,同时,结核杆菌的增殖水平以及组织遭受感染的严重程度也与之相符。以上说明ptpA缺失可以抑制下游细胞因子的表达,从而保护自身不受免疫系统清除。 那么ptpA是如何起作用的呢?作者发现,ptpA的功能受到其去磷酸化活性的影响:当人为地将其催化活性位点突变(D126A)之后, ptpA抑制JNK以及p38的能力均受到了影响,而NF-kB的抑制效应则不受到此影响。之后,作者通过酵母双杂的实验鉴定出泛素蛋白(Ubiquitin)是可能与ptpA相互作用的靶向分子。 通过分子模拟以及突变后的各种生化分析,作者发现ptpA里面有一段a-helix与泛素蛋白存在直接的相互作用。下游的功能检测也证明:ptpA表面a-helix的突变与去磷酸化活性位点的突变均对ptpA的抑制能力产生影响。 体内实验也证实了这一观点。 但是ptpA对NF-kB信号的抑制通并不依赖于ptpA的去磷酸化活性。作者仍旧通过酵母双杂交的方法鉴定出TAB3蛋白与ptpA也存在相互作用。TAB3是TAB家族的成员,在TRAF下游介导NF-kB的激活。作者通过免疫共沉淀技术证明ptpA与TAB3确实存在相互作用,同时发现ptpA能够抑制TRAF2,TRAF6,TAB3等引起的NF-kB的影响,但并不抑制TAK1与TAB1引起的NF-kB的激活。之后,作者发现在有ptpA存在的情况下,TAB3的K-63泛素化受到了抑制,说明ptpA通过抑制TAB3的K-63泛素化来抑制其正常激活NF-kB的功能,TAB3的RNA干扰实验也证实了这一说法。 综上,作者利用一系列生化的手段证明了结核杆菌ptpA抑制巨噬细胞AP-1,NF-kB激活的两种不同的分子机制。也许在临床上我们能够利用这一发现设计更加特异性针对ptpA功能的药物用于治疗结核病患者。
  • 《COX-抑制剂吲哚美辛在体外对结核杆菌感染宿主Th1细胞和调节性T细胞的影响》

    • 来源专题:结核病防治
    • 编译者:李阳
    • 发布时间:2017-05-16
    • 长期、繁琐的结核病治疗方案使得结核病成为影响全球健康的一大负担。有学者提出可将宿主导向性免疫调节疗法用于结核抗生素的辅助治疗。然而上调环氧合酶-2(COX-2)-前列腺素E2(PGE2)信号通路可能会引起宿主免疫功能的失调,进而会为结核杆菌(Mtb)的存活和复制创造一个有利环境。基于此,来自挪威奥斯陆大学、奥斯陆大学国家医院以及挪威卑尔根大学的研究人员合作分析了COX-抑制剂吲哚美辛在体外对结核杆菌感染宿主Th1细胞和调节性T细胞的影响,其相关成果于2016年10月24日发表在BMC Infectious Diseases上。 研究以从接受抗结核化疗前9名潜伏性结核患者和33名活动性结核患者处获取的血液样品为分析对象,采用流式细胞术分析单核细胞中COX-2的表达状况以及ESAT-6和Ag85特异性T细胞因子的应答(TNF-α、IFN-γ、IL-2)、增殖(羧基荧光素琥珀酰亚胺酯染色)以及调节情况(FOXP3+调节性T细胞),同时还检测了COX-1/2抑制剂吲哚美辛的体外影响作用。 结果显示,吲哚美辛能够显著下调活动性结核患者体内结核杆菌特异性FOXP3+调节性T细胞分数(ESAT-6,p=0.004;Ag85,p <0.001),同时还能降低其体内结核杆菌特异性细胞因子的应答以及T细胞的增殖;活动性结核与潜伏性结核患者未受刺激的单核细胞中COX-2表达水平无显著差异;两组患者单核细胞在受体外刺激后均会伴随COX-2的显著上调。 总而言之,该项研究的体外数据表明COX-1/2抑制剂吲哚美辛能够调控结核杆菌感染宿主体内的Th1细胞和调节性T细胞,然而宿主导向性免疫调节疗法用于结核病辅助治疗的潜在可行性还需通过动物研究和人类临床试验的进一步评估。