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宿主細胞,有了新的守護者
2017-11-29 來源:生物毒素與人類疾病組 作者:李盛安
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  病原微生物(如細菌、病毒等)在我們的日常生活中無處不在。由于免疫系統的保護,這些病原微生物在正常情況下并不容易感染我們。但是當我們的免疫能力下降或受損時,它們就開始興風作浪,嚴重威脅人們的健康。例如,結核病主要是由結核分枝桿菌感染導致的,據世衛組織統計,全世界約每3個人中就有1人攜帶結核分枝桿菌,而其中僅有少部分的人會發展成為活動性的結核病。但由于免疫抑制劑的應用、吸毒、愛滋病以及貧困等,降低了機體的免疫能力,在全世界范圍內結核感染的幾率呈明顯上升趨勢。

  病原微生物與宿主細胞一直都是一對死敵,它們在長期的生存斗爭中都進化出了高效的進攻與防御手段。根據病原菌與宿主細胞的相互作用關系可分為胞外細菌感染和胞內細菌感染。胞內細菌主要是在細胞內部進行繁殖,最終導致宿主細胞的死亡。常見的胞內細菌主要有結核分枝桿菌、單核細胞增生李斯特菌、沙門傷寒氏菌、麻風桿菌和嗜肺軍團菌等。這些胞內細菌入侵宿主細胞后,通常被宿主細胞限制在特定的區域內(如內吞囊泡),內吞囊泡會逐漸酸化,最終降解清除胞內細菌。然而部分胞內病原體利用細胞生理性的內吞囊泡途徑侵染細胞,并適應了細胞內吞囊泡的酸化環境以達到其感染宿主細胞的目的。病原微生物感染同宿主細胞一直存在共進化關系,那么面對病原微生物對細胞內囊泡酸化環境的適應,宿主細胞是否存在與之對應的防御策略呢?

  中國科學院昆明動物研究所生物毒素與人類疾病課題組的張云研究員及其團隊針對這一重要的科學問題,以我國西南部高山區常見的兩棲動物大蹼鈴蟾為研究對象,揭示了脊椎動物對抗胞內細菌感染的新策略與新武器。通過研究大蹼鈴蟾,發現了脊椎動物第一個新型孔道形成蛋白和三葉因子復合物(βγ-CAT)。令人吃驚的是,大蹼鈴蟾身上的這種孔道形成蛋白同病原微生物用來進攻宿主細胞的孔道毒素非常類似,它們都能作用于生命有機體所必須的膜系統。 βγ-CAT 存在于大蹼鈴蟾的皮膚、消化道系統以及免疫系統的多種細胞中,它就像哨兵一樣,當有病原微生物入侵時, βγ-CAT 通過在細胞膜或者是胞內囊泡膜上形成非常特殊的小孔道(約2 nm 左右),提醒宿主細胞及時采取相應的反擊手段消滅入侵的敵人。除了發揮哨兵作用外, βγ-CAT 還是宿主細胞重要的攻擊型武器。大部分的胞內病原微生物都需要宿主細胞的胞內囊泡酸化環境來激活其毒力因子, βγ-CAT 通過選擇性地調控細胞內囊泡酸化環境,可以有效失活胞內病菌李斯特菌的毒力因子,限制其逃逸出胞內囊泡,促進宿主細胞消化殺滅入侵的李斯特菌,并同時激發細胞外排功能把入侵的胞內病原體趕出去,最終有效地保護宿主。

  該研究不僅揭示了脊椎動物防御和清除細胞內病原體的新策略和效應分子,同時基于宿主調控胞內囊泡酸化環境對抗胞內病原微生物的新策略,有助于研發新型抗感染藥物以應對日趨嚴重的抗生素耐藥問題。

 


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