摘要：研究揭示了巨噬細(xì)胞在控制志賀氏菌(Shigella)感染中的關(guān)鍵作用。
志賀氏菌(Shigella)是導(dǎo)致細(xì)菌性痢疾的主要病原體，每年造成約21.2萬人死亡，尤其在兒童和老年人中危害嚴(yán)重。這種細(xì)菌通過糞-口途徑傳播，侵入腸道上皮細(xì)胞(IECs)后利用III型分泌系統(tǒng)(T3SS)在胞質(zhì)內(nèi)復(fù)制，并通過肌動蛋白運(yùn)動實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間傳播。雖然中性粒細(xì)胞浸潤是志賀氏菌病的典型特征，但長期以來人們對其在感染控制中的確切作用存在爭議。更關(guān)鍵的是，盡管大多數(shù)健康個體的志賀氏菌感染具有自限性，但宿主如何清除這種主要在上皮細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的病原體仍不清楚。
傳統(tǒng)研究面臨兩大挑戰(zhàn)：一是缺乏合適的動物模型，小鼠對志賀氏菌具有天然抗性；二是雖然已知志賀氏菌能迅速殺死被感染的巨噬細(xì)胞，但對未感染"旁觀者"巨噬細(xì)胞的作用認(rèn)識不足。為解決這些問題，Kevin D. Eislmayr等研究人員利用新開發(fā)的Nlrc4-/-Casp11-/-小鼠模型，系統(tǒng)研究了先天免疫系統(tǒng)控制志賀氏菌感染的機(jī)制。這項(xiàng)重要研究成果發(fā)表在《Cell Host & Microbe》雜志上。
圖1 巨噬細(xì)胞通過Toll樣受體誘導(dǎo)的白細(xì)胞介素12與γ干擾素，協(xié)調(diào)清除腸上皮細(xì)胞微環(huán)境中的志賀氏菌
研究人員主要采用了以下關(guān)鍵技術(shù)方法：1)建立Nlrc4-/-Casp11-/-小鼠模型模擬人類志賀氏菌??；2)通過抗體中和、基因敲除和骨髓嵌合體實(shí)驗(yàn)解析IFN-γ信號通路；3)利用流式細(xì)胞術(shù)和ELISA分析免疫細(xì)胞亞群和細(xì)胞因子；4)采用RNA測序技術(shù)檢測腸上皮細(xì)胞基因表達(dá)譜；5)使用人類結(jié)腸類器官驗(yàn)證關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。
研究結(jié)果部分包含以下重要發(fā)現(xiàn)：
"IFN-γ限制志賀氏菌體內(nèi)復(fù)制并預(yù)防嚴(yán)重疾病"部分顯示，RNA測序發(fā)現(xiàn)感染后腸上皮細(xì)胞中干擾素刺激基因(ISGs)顯著上調(diào)。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)IFN-γ預(yù)處理能抑制志賀氏菌在人結(jié)腸類器官和小鼠CT26細(xì)胞中的復(fù)制。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，中和IFN-γ或敲除IFN-γ受體(Ifngr1-/-)會導(dǎo)致小鼠體重嚴(yán)重下降、細(xì)菌負(fù)荷增加和炎癥加劇。
"IFN-γ對非造血細(xì)胞的作用至關(guān)重要"部分通過骨髓嵌合體實(shí)驗(yàn)證明，IFN-γ主要通過作用于輻射抗性(可能為非造血)細(xì)胞來限制志賀氏菌。值得注意的是，野生型小鼠中NAIP-NLRC4介導(dǎo)的感染上皮細(xì)胞快速排出機(jī)制使IFN-γ的作用變得次要，這與人類情況不同，因?yàn)槿祟怚ECs中NAIP-NLRC4炎癥小體功能不全。
圖2 腸上皮細(xì)胞中的γ干擾素信號傳導(dǎo)與志賀氏菌感染的消退相關(guān)
"巨噬細(xì)胞對志賀氏菌控制至關(guān)重要，但中性粒細(xì)胞可有可無"部分得出令人意外的發(fā)現(xiàn)：雖然中性粒細(xì)胞大量浸潤感染組織，但通過抗體或Mrp8Cre/+iDTR條件性清除中性粒細(xì)胞對細(xì)菌負(fù)荷和疾病進(jìn)程幾乎沒有影響。相反，使用Lyz2Cre或CD64Cre系統(tǒng)清除巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞則顯著加重感染。
"IFN-γ產(chǎn)生依賴于巨噬細(xì)胞TLR感知"部分闡明，巨噬細(xì)胞通過TLRs(特別是TLR2/4和Unc93b1依賴性TLRs)感知志賀氏菌，進(jìn)而產(chǎn)生IL-12?；旌瞎撬枨逗象w實(shí)驗(yàn)證實(shí)，IL-12的產(chǎn)生需要TLR信號傳導(dǎo)和IL-12分泌發(fā)生在同一細(xì)胞內(nèi)。
"巨噬細(xì)胞來源的IL-12誘導(dǎo)NKp46+和γδT細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ"部分利用GREAT IFN-γ報(bào)告小鼠鑒定出NK細(xì)胞、NKp46+固有淋巴細(xì)胞(ILCs)和γδT細(xì)胞是IFN-γ的主要來源。IL-12p40中和抗體實(shí)驗(yàn)表明，IL-12(而非IL-23)是驅(qū)動IFN-γ產(chǎn)生進(jìn)而控制感染的關(guān)鍵因子。
在討論部分，作者強(qiáng)調(diào)這項(xiàng)研究從根本上改變了人們對志賀氏菌發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識。主要創(chuàng)新點(diǎn)包括：1)明確了巨噬細(xì)胞(而非中性粒細(xì)胞)在宿主防御中的核心地位；2)揭示了"旁觀者"巨噬細(xì)胞通過TLR-IL-12-IFN-γ軸協(xié)調(diào)抗志賀氏菌免疫的新機(jī)制；3)證實(shí)IFN-γ直接作用于腸上皮細(xì)胞限制細(xì)菌復(fù)制。盡管志賀氏菌表達(dá)IpaH9.8等效應(yīng)蛋白對抗宿主GBPs等ISGs，但I(xiàn)FN-γ仍能有效控制感染。這些發(fā)現(xiàn)不僅解釋了志賀氏菌感染的自限性機(jī)制，更重要的是為疫苗設(shè)計(jì)提供了新靶點(diǎn)。
該研究的臨床意義在于：人類IECs中NAIP-NLRC4炎癥小體功能較弱，使得IFN-γ介導(dǎo)的防御機(jī)制可能在人類抗志賀氏菌免疫中扮演更關(guān)鍵角色。此外，研究建立的小鼠模型為后續(xù)疫苗和治療研究提供了寶貴平臺。未來研究可進(jìn)一步明確IFN-γ在人類志賀氏菌病中的作用，并探索如何增強(qiáng)這一通路來預(yù)防或治療感染。
參考資料
[1]Macrophages orchestrate elimination of Shigella from the intestinal epithelial cell niche via TLR-induced IL-12 and IFN-γ
摘要：研究揭示了巨噬細(xì)胞在控制志賀氏菌(Shigella)感染中的關(guān)鍵作用。
志賀氏菌(Shigella)是導(dǎo)致細(xì)菌性痢疾的主要病原體，每年造成約21.2萬人死亡，尤其在兒童和老年人中危害嚴(yán)重。這種細(xì)菌通過糞-口途徑傳播，侵入腸道上皮細(xì)胞(IECs)后利用III型分泌系統(tǒng)(T3SS)在胞質(zhì)內(nèi)復(fù)制，并通過肌動蛋白運(yùn)動實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間傳播。雖然中性粒細(xì)胞浸潤是志賀氏菌病的典型特征，但長期以來人們對其在感染控制中的確切作用存在爭議。更關(guān)鍵的是，盡管大多數(shù)健康個體的志賀氏菌感染具有自限性，但宿主如何清除這種主要在上皮細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的病原體仍不清楚。
傳統(tǒng)研究面臨兩大挑戰(zhàn)：一是缺乏合適的動物模型，小鼠對志賀氏菌具有天然抗性；二是雖然已知志賀氏菌能迅速殺死被感染的巨噬細(xì)胞，但對未感染"旁觀者"巨噬細(xì)胞的作用認(rèn)識不足。為解決這些問題，Kevin D. Eislmayr等研究人員利用新開發(fā)的Nlrc4-/-Casp11-/-小鼠模型，系統(tǒng)研究了先天免疫系統(tǒng)控制志賀氏菌感染的機(jī)制。這項(xiàng)重要研究成果發(fā)表在《Cell Host & Microbe》雜志上。
圖1 巨噬細(xì)胞通過Toll樣受體誘導(dǎo)的白細(xì)胞介素12與γ干擾素，協(xié)調(diào)清除腸上皮細(xì)胞微環(huán)境中的志賀氏菌
研究人員主要采用了以下關(guān)鍵技術(shù)方法：1)建立Nlrc4-/-Casp11-/-小鼠模型模擬人類志賀氏菌?。?)通過抗體中和、基因敲除和骨髓嵌合體實(shí)驗(yàn)解析IFN-γ信號通路；3)利用流式細(xì)胞術(shù)和ELISA分析免疫細(xì)胞亞群和細(xì)胞因子；4)采用RNA測序技術(shù)檢測腸上皮細(xì)胞基因表達(dá)譜；5)使用人類結(jié)腸類器官驗(yàn)證關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。
研究結(jié)果部分包含以下重要發(fā)現(xiàn)：
"IFN-γ限制志賀氏菌體內(nèi)復(fù)制并預(yù)防嚴(yán)重疾病"部分顯示，RNA測序發(fā)現(xiàn)感染后腸上皮細(xì)胞中干擾素刺激基因(ISGs)顯著上調(diào)。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)IFN-γ預(yù)處理能抑制志賀氏菌在人結(jié)腸類器官和小鼠CT26細(xì)胞中的復(fù)制。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，中和IFN-γ或敲除IFN-γ受體(Ifngr1-/-)會導(dǎo)致小鼠體重嚴(yán)重下降、細(xì)菌負(fù)荷增加和炎癥加劇。
"IFN-γ對非造血細(xì)胞的作用至關(guān)重要"部分通過骨髓嵌合體實(shí)驗(yàn)證明，IFN-γ主要通過作用于輻射抗性(可能為非造血)細(xì)胞來限制志賀氏菌。值得注意的是，野生型小鼠中NAIP-NLRC4介導(dǎo)的感染上皮細(xì)胞快速排出機(jī)制使IFN-γ的作用變得次要，這與人類情況不同，因?yàn)槿祟怚ECs中NAIP-NLRC4炎癥小體功能不全。
圖2 腸上皮細(xì)胞中的γ干擾素信號傳導(dǎo)與志賀氏菌感染的消退相關(guān)
"巨噬細(xì)胞對志賀氏菌控制至關(guān)重要，但中性粒細(xì)胞可有可無"部分得出令人意外的發(fā)現(xiàn)：雖然中性粒細(xì)胞大量浸潤感染組織，但通過抗體或Mrp8Cre/+iDTR條件性清除中性粒細(xì)胞對細(xì)菌負(fù)荷和疾病進(jìn)程幾乎沒有影響。相反，使用Lyz2Cre或CD64Cre系統(tǒng)清除巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞則顯著加重感染。
"IFN-γ產(chǎn)生依賴于巨噬細(xì)胞TLR感知"部分闡明，巨噬細(xì)胞通過TLRs(特別是TLR2/4和Unc93b1依賴性TLRs)感知志賀氏菌，進(jìn)而產(chǎn)生IL-12?；旌瞎撬枨逗象w實(shí)驗(yàn)證實(shí)，IL-12的產(chǎn)生需要TLR信號傳導(dǎo)和IL-12分泌發(fā)生在同一細(xì)胞內(nèi)。
"巨噬細(xì)胞來源的IL-12誘導(dǎo)NKp46+和γδT細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ"部分利用GREAT IFN-γ報(bào)告小鼠鑒定出NK細(xì)胞、NKp46+固有淋巴細(xì)胞(ILCs)和γδT細(xì)胞是IFN-γ的主要來源。IL-12p40中和抗體實(shí)驗(yàn)表明，IL-12(而非IL-23)是驅(qū)動IFN-γ產(chǎn)生進(jìn)而控制感染的關(guān)鍵因子。
在討論部分，作者強(qiáng)調(diào)這項(xiàng)研究從根本上改變了人們對志賀氏菌發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識。主要創(chuàng)新點(diǎn)包括：1)明確了巨噬細(xì)胞(而非中性粒細(xì)胞)在宿主防御中的核心地位；2)揭示了"旁觀者"巨噬細(xì)胞通過TLR-IL-12-IFN-γ軸協(xié)調(diào)抗志賀氏菌免疫的新機(jī)制；3)證實(shí)IFN-γ直接作用于腸上皮細(xì)胞限制細(xì)菌復(fù)制。盡管志賀氏菌表達(dá)IpaH9.8等效應(yīng)蛋白對抗宿主GBPs等ISGs，但I(xiàn)FN-γ仍能有效控制感染。這些發(fā)現(xiàn)不僅解釋了志賀氏菌感染的自限性機(jī)制，更重要的是為疫苗設(shè)計(jì)提供了新靶點(diǎn)。
該研究的臨床意義在于：人類IECs中NAIP-NLRC4炎癥小體功能較弱，使得IFN-γ介導(dǎo)的防御機(jī)制可能在人類抗志賀氏菌免疫中扮演更關(guān)鍵角色。此外，研究建立的小鼠模型為后續(xù)疫苗和治療研究提供了寶貴平臺。未來研究可進(jìn)一步明確IFN-γ在人類志賀氏菌病中的作用，并探索如何增強(qiáng)這一通路來預(yù)防或治療感染。
參考資料
[1]Macrophages orchestrate elimination of Shigella from the intestinal epithelial cell niche via TLR-induced IL-12 and IFN-γ
