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金黄色葡萄球菌小菌落变异体通过激活宿主细胞糖酵解和诱导坏死性凋亡损害宿主免疫力

期刊:Nature MicrobiologyDOI:10.1038/s41564-019-0597-0

本文档属于类型a,即单篇原创研究的报告。以下是针对该研究的学术报告:


主要作者及机构
本研究的主要作者包括Tania Wong Fok Lung、Ian R. Monk、Karen P. Acker等,他们分别来自哥伦比亚大学Vagelos医师与外科医生学院儿科系、墨尔本大学Peter Doherty感染与免疫研究所微生物与免疫学系、墨尔本大学公共卫生实验室微生物诊断单元等机构。该研究于2019年发表在《Nature Microbiology》期刊上。

学术背景
本研究聚焦于金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的小菌落变异体(Small Colony Variants, SCVs),这类变异体与慢性感染密切相关。SCVs在临床微生物实验室中常被忽视,因其生长缓慢且体外不稳定。尽管SCVs的抗菌耐药性和细胞内生存能力被认为是其持久感染的原因,但其在慢性感染中的选择机制仍不明确。本研究旨在探讨SCVs如何通过激活宿主细胞糖酵解和诱导坏死性凋亡(necroptosis)来损害宿主免疫,从而促进其持久性感染。

研究流程
1. 构建和表征δhemb突变体
- 研究首先在USA300 Lac背景中构建了δhemb突变体及其互补株,并通过全基因组测序验证。
- 通过表型和代谢分析,发现δhemb突变体在BHI琼脂上形成微小菌落,但在血琼脂上形成正常大小的溶血菌落。
- 通过qRT-PCR和免疫印迹分析,发现δhemb突变体的毒素基因表达增加,但毒素蛋白水平未显著升高。

  1. 代谢组学分析

    • 通过代谢组学分析,比较了δhemb突变体与野生型菌株感染宿主细胞后的代谢差异。
    • 发现δhemb突变体感染后,宿主细胞代谢显著改变,特别是糖酵解活性增强,且局部富马酸(fumarate)水平降低。
  2. 坏死性凋亡的诱导机制

    • 研究通过免疫印迹和流式细胞术,发现野生型菌株和δhemb突变体均能诱导宿主细胞坏死性凋亡,且这一过程依赖于糖酵解和线粒体活性氧(ROS)的产生。
    • 通过抑制剂实验,验证了糖酵解和ROS在坏死性凋亡中的关键作用。
  3. 小鼠皮肤感染模型

    • 研究使用小鼠皮肤感染模型,比较了野生型菌株和δhemb突变体的感染效果。
    • 发现δhemb突变体在皮肤感染中表现出较低的细菌负荷和较小的病变,但其持久性感染依赖于坏死性凋亡的诱导。
  4. 训练免疫的抑制

    • 研究发现,δhemb突变体通过上调fumc基因表达,降解局部富马酸,从而抑制训练免疫(trained immunity)的产生。
    • 通过小鼠二次感染实验,验证了δhemb突变体无法诱导保护性免疫反应。

主要结果
1. δhemb突变体的代谢特征
- δhemb突变体表现出糖酵解活性增强和富马酸水平降低的代谢特征,这与野生型菌株显著不同。
2. 坏死性凋亡的诱导
- 野生型菌株和δhemb突变体均能通过糖酵解和ROS诱导宿主细胞坏死性凋亡,但这一过程不依赖于毒素表达。
3. 小鼠感染模型中的持久性
- δhemb突变体在小鼠皮肤感染中表现出较低的细菌负荷,但其持久性感染依赖于坏死性凋亡的诱导。
4. 训练免疫的抑制
- δhemb突变体通过降解富马酸,抑制了训练免疫的产生,导致宿主无法对二次感染产生保护性免疫反应。

结论
本研究揭示了SCVs通过激活宿主糖酵解和诱导坏死性凋亡来损害宿主免疫的机制,阐明了SCVs在慢性感染中的重要作用。研究还发现,SCVs通过降解富马酸抑制训练免疫,进一步促进其持久性感染。这些发现为理解SCVs的致病机制提供了新的视角,并为开发针对慢性感染的策略提供了理论依据。

研究亮点
1. 重要发现
- SCVs通过激活宿主糖酵解和诱导坏死性凋亡来损害宿主免疫,促进其持久性感染。
- SCVs通过降解富马酸抑制训练免疫,导致宿主无法对二次感染产生保护性免疫反应。
2. 方法创新
- 研究结合代谢组学、免疫印迹、流式细胞术和小鼠感染模型,系统阐明了SCVs的致病机制。
3. 研究对象的特殊性
- 研究聚焦于SCVs,这类变异体在慢性感染中起重要作用,但其机制此前未被充分阐明。

其他有价值的内容
研究还探讨了SCVs在临床感染中的潜在应用价值,指出针对SCVs的代谢干预可能成为治疗慢性感染的新策略。此外,研究为开发基于代谢调节的疫苗提供了新的思路。


以上是对该研究的全面介绍,涵盖了研究背景、流程、结果、结论及亮点,为其他研究者提供了详细的参考。

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