利用沙門(mén)氏菌，中國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)一條免疫新通路
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撰文 | 黃宇翔
責(zé)編 | 夏志堅(jiān)
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2019年7月18日，《細(xì)胞》雜志在線(xiàn)發(fā)表北京生命科學(xué)研究所邵峰教授團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞自噬領(lǐng)域的新進(jìn)展。這項(xiàng)工作以對(duì)沙門(mén)氏菌的遺傳學(xué)篩選作為突破口，打開(kāi)了宿主細(xì)胞以異源自噬 (Xenophagy) 的方式對(duì)抗病原菌研究領(lǐng)域的一片新天地。[1]
面對(duì)病原菌的入侵，對(duì)入侵者進(jìn)行清除、保障機(jī)體健康的往往是體內(nèi)的免疫系統(tǒng)。但近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：一些原本被認(rèn)為沒(méi)有免疫能力的正常組織細(xì)胞，在入侵病原菌面前，并不會(huì)坐以待斃，而是會(huì)以一種被稱(chēng)作異源自噬的方式對(duì)入侵細(xì)胞的病原菌進(jìn)行反擊并清除。
自噬（autophagy）是細(xì)胞的部分組分通過(guò)溶酶體降解而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)循環(huán)利用的過(guò)程。作為在一種特殊的自噬過(guò)程，參與異源自噬的細(xì)胞會(huì)選擇性地識(shí)別侵入細(xì)胞內(nèi)部的病原菌并通過(guò)溶酶體將其清除。這一過(guò)程在細(xì)胞的天然免疫過(guò)程中發(fā)揮重要功能，但細(xì)胞如何感知胞內(nèi)病原菌的存在，并啟動(dòng)異源自噬的機(jī)制此前一直不為人知。
盡管早在2004年科學(xué)家就尋覓到了細(xì)胞進(jìn)行過(guò)異源自噬過(guò)程的蹤跡，并且發(fā)現(xiàn)了一些如 NDP52、p62、OPTN、NBR1 等可能參與該過(guò)程的分子，但十五年過(guò)去了，異源自噬過(guò)程對(duì)于人們依舊是一個(gè)巨大的謎團(tuán)。[2-5]
研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在了一株沙門(mén)氏菌突變體上。
邵峰團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)沙門(mén)氏菌感染細(xì)胞后只能引起少量自噬體的形成，這暗示著沙門(mén)氏菌中存在著抑制異源自噬過(guò)程的效應(yīng)分子。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)之后，研究者通過(guò)轉(zhuǎn)座子遺傳篩選找到了一株 sopF 基因功能缺失的沙門(mén)氏菌突變體，然后用這種突變體侵染人的海拉細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)代表異源自噬過(guò)程活性的分子標(biāo)志物水平從原先的20%升到了80%。于是，研究人員首先鑒定出了一個(gè)可以高效抑制異源自噬的新型細(xì)菌效應(yīng)蛋白（SopF）。
接下來(lái)，為了尋找細(xì)胞內(nèi)參與異源自噬過(guò)程的基因,研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)了巧妙的基于流式細(xì)胞熒光分選技術(shù)的 CRISPR/Cas9 全基因組篩選體系，發(fā)現(xiàn)定位于溶酶體膜上的 V-ATPase 復(fù)合物是異源自噬過(guò)程所必需的關(guān)鍵物質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞被細(xì)菌感染時(shí), V-ATPase 復(fù)合體會(huì)招募 ATG16L1 蛋白, 并介導(dǎo)異源自噬過(guò)程的起始，最終由細(xì)胞內(nèi)部的溶酶體將細(xì)菌吞噬消化。
研究者還發(fā)現(xiàn)，sopF 是沙門(mén)氏菌特有的基因，其編碼的蛋白通過(guò)對(duì) V-ATPase 復(fù)合體中的一個(gè)蛋白組分進(jìn)行 ADP 核糖修飾，使得 V-ATPase 失去招募 ATG16L1的能力，從而削弱異源自噬過(guò)程，促進(jìn)病原菌對(duì)宿主細(xì)胞的攻擊。
邵峰團(tuán)隊(duì)的研究成功建立出了用 sopF 細(xì)菌突變體侵染宿主細(xì)胞的研究體系，并發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞自噬抗擊入侵細(xì)菌的關(guān)鍵感知機(jī)制。
“這篇文章通過(guò)追蹤實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在病原菌和宿主細(xì)胞兩側(cè)分別進(jìn)行全基因組篩選，然后再用縝密的生化手段對(duì)遺傳篩選的結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證，最終揭示了全新的分子功能和細(xì)胞通路，結(jié)果具有重要的科學(xué)意義。”北京大學(xué)分子生命科學(xué)學(xué)院肖俊宇研究員對(duì)《知識(shí)分子》說(shuō)。
參考文獻(xiàn)：
[1] Xu, Y., Zhou, P., Cheng, Sen., … &Shao, F. (2019) A Bacterial Effector Reveals the V-ATPase-ATG16L1 Axis that Initiates Xenophagy. Cell， DOI: 10.1016/j.cell.2019.06.007
[2] Huang,J., & Brumell, J. H. Bacteria–autophagy interplay: a battle for survival.Nature Reviews Microbiology, 12(2), 101. (2014).
[3] Thurston,T. L., Wandel, M. P., von Muhlinen, N., Foeglein, A. & Randow, F. Galectin 8 targets damaged vesicles for autophagy to defend cells against bacterial invasion. Nature 482, 414–418 (2012).
[4]Wild,P. et al. Phosphorylation of the autophagy receptor optineurin restricts Salmonella growth. Science 333, 228–233 (2011).
[5]Thurston, T. L., Ryzhakov, G., Bloor, S.,von Muhlinen, N. & Randow, F. The TBK1 adaptor and autophagy receptor NDP52 restricts the proliferation of ubiquitin-coated bacteria. Nature Immunol. 10,1215–1221 (2009).
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