Nature：研究揭示新型抗化膿鏈球菌感染免疫應答機制

發布時間：2022-02-07 11:42 原文鏈接： Nature：研究揭示新型抗化膿鏈球菌感染免疫應答機制

　　2月3日，中國科學院上海巴斯德研究所劉星課題組在Nature上，發表題為Streptococcal pyrogenic exotoxin B cleaves GSDMA and triggers pyroptosis的研究論文。該研究首次發現并報道化膿鏈球菌GAS毒力因子SpeB通過切割激活GSDMA觸發皮膚上皮細胞焦亡并抑制其系統性感染。

　　A族鏈球菌（Group A streptococcus，GAS），又稱化膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes），是自然界廣泛存在的一種強毒力致病菌，可通過宿主皮膚及呼吸道黏膜感染并引發多種疾病，包括猩紅熱、丹毒、致命壞死性筋膜炎、中毒性休克及膿毒癥等。全球每年約有7億人受其感染（50多萬死于中重度感染）。GAS的皮膚定植及侵襲能力與其分泌的毒力因子密切相關，其中關鍵毒力因子之一是鏈球菌熱原外毒素B（streptococcal pyrogenic exotoxin B，SpeB）。GAS感染后臨床嚴重程度與其SpeB表達量呈顯著負相關，而具體分子機理尚不清晰。

　　為探究SpeB在GAS侵襲性感染中功能，研究利用GAS小鼠皮膚感染模型，比較野生型及不同毒力因子缺失GAS菌株致病能力。結果顯示，相比于野生型及其他毒力因子缺失菌株感染后出現的嚴重化膿和壞死性病變，SpeB缺失GAS菌株感染后感染部位未觀察明顯皮膚潰爛且中性粒細胞明顯減少；同時，小鼠表現出更嚴重的系統性感染和死亡。通過原代皮膚角質細胞GAS感染實驗發現，相比于其他菌株，GAS SpeB的缺失使其喪失誘導細胞焦亡樣細胞死亡的功能，并促進其系統性感染。在此基礎上，研究運用CRISPR/Cas9全基因組敲除篩選平臺，篩選鑒定出SpeB誘發皮膚上皮細胞焦亡的關鍵蛋白：GSDMA——炎性細胞死亡（焦亡）關鍵執行者Gasdermins家族成員之一。進一步，研究從分子層面詳細解析了SpeB激活GSDMA機制：SpeB特異性剪切GSDMA（而非Gasdermins家族其他成員），產生約27kDa的N-末端片段并誘導細胞焦亡；Edman測序和質譜分析發現SpeB切割GSDMA第246位氨基酸；胞內導入體外純化的GSDMA 1-246aa片段可直接誘導細胞焦亡；脂膜試紙條和脂質體結合實驗揭示GSDMA 1-246aa能夠與細胞膜磷脂以及含有相應磷脂的脂質體結合；脂質體泄漏實驗證明GSDMA 1-246aa能夠在特定脂質體上成孔；序列比對結果顯示該剪切位點在小鼠Gsdma1中保守；SpeB誘導的Gsdma1切割可誘發小鼠上皮細胞焦亡；小鼠GAS感染部位可檢測到Gsdma1剪切；相比于野生型小鼠，Gsdma1的敲除使其對GAS感染更加敏感。

　　該研究首次發現并報道皮膚上皮細胞（KCs，“寶船”）表達的GSDMA分子（“火炮”）既作為外源病原感受器識別化膿鏈球菌（GAS，“海盜船”）毒力因子SpeB（“鉤鎖”），同時作為免疫效應器在細胞膜上打孔（“炮筒”），釋放炎性因子（“炮火”）引起細胞焦亡及皮膚化膿壞死性病變，以控制病原菌進一步系統性感染。該研究揭示了機體免疫防御應答中的新型機制——單一蛋白（GSDMA）同時作為病原菌感受器和宿主效應因子，并為由如化膿鏈球菌等致病菌感染引起的相關疾病的臨床治療提供了新靶點和新思路。

研究揭示新型抗化膿鏈球菌感染免疫應答機制（示意圖繪制：Yu He）

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04384-4