真菌毒力效应因子触发过敏性炎症的机制

撰文 | 十一月

侵袭性真菌病原体每年会造成大约150万人的死亡，其导致的疾病称为“被忽略的流行病”。新的耐药性病原体层出不穷，现有的药物疗效非常有限且毒副作用很高。但是目前真菌病原体是如何逃避宿主免疫系统进行复制并引起疾病的还不完全清楚。

近日，美国加州大学旧金山分校Hiten D. Madhani研究组合作发文题为Secreted fungal virulence effector triggers allergic inflammation via TLR4，发现新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）分泌的效应蛋白CPL1通过增强Toll类似的受体TLR4驱动巨噬细胞的激活，从而造成小鼠感染。

侵袭性真菌病原体是人类死亡和发病的主要原因，新型隐球菌是一种环境酵母，通过呼吸进入人体，随后在免疫功能低下的个体中引起致命性的脑膜炎【1】。这是真菌性脑膜炎最常见发生因素，每年会导致10%-70%病例的死亡。在小鼠感染过程中，新型隐球菌会引起II型免疫反应，但是是如何促进炎症反应的还不得而知。

先前的研究表明，新型隐球菌形成的多糖荚膜（Polysaccharide capsule）会有助于病原体逃脱巨噬细胞的吞噬【2】，因此多糖荚膜可能具有额外的免疫调节功能。为了测试多糖荚膜是否有助于促进巨噬细胞的激活，作者们产生了一种多糖荚膜缺失型隐球菌，以野生型作为对照，在小鼠骨髓来源的巨噬细胞（Bone marrow-derived macrophages，BMDMs）中检测刺激肿瘤坏死因子TNF的产生。通过该实验，作者们发现多糖荚膜缺陷型的隐球菌不会引起TNF的产生。为了研究BMDM的全局反应，作者们对脂多糖、酵素、酿酒酵母以及野生型或者多糖荚膜缺陷型隐球菌刺激的细胞进行RNA-seq，其中发现野生型或者多糖荚膜缺陷型隐球菌中与巨噬细胞极化激活相关的标记物Arg1显著提高，但多糖荚膜缺失后Arg1表达的提高程度较低。这些结果说明，新型隐球菌激活巨噬细胞依赖于多糖荚膜。

随后通过新型隐球菌与巨噬细胞直接接触或者分隔的Transwell实验，作者们发现对巨噬细胞的刺激效应是类似的，这说明新型隐球菌刺激巨噬细胞的激活依赖于某些分泌因子。为了对新型隐球菌影响巨噬细胞的具体分子机制进行分析，作者们对新型隐球菌进行了一项正向遗传学筛选。通过该筛选作者们发现了未知功能的因子CPL1，该因子被推测是分泌因子，且在C末端具有一个半胱氨酸富集结构域。作者们发现在新型隐球菌中敲除CPL1会导致ARG1+巨噬细胞数量大大降低，而在回补CPL1后新型隐球菌激活巨噬细胞的能力被恢复。

进一步地解析CPL1刺激巨噬细胞的分子机制，作者们直接表达CPL1重组蛋白并对巨噬细胞进行处理。作者们发现CPL1能够促进IL-4对巨噬细胞的刺激，从而有助于病原体在体外的生长。进一步地，作者们探究CPL1以及IL-4是如何系统扩增IL-4的转录特征的，通过时程分析实验，作者们发现CPL1会促进巨噬细胞中STAT3磷酸化增加。通过寻找巨噬细胞上CPL1的表面受体，作者们发现CPL1会激活巨噬细胞表面受体TLR4。另外，作者们将实验体系转移到小鼠体内，发现CPL1体内也会引发相似的II型免疫反应。

总的来说，作者们的工作发现新型隐球菌的CPL1是分泌效应因子，通过增强免疫炎症反应来促进病原体的毒性。作者们发现的分子生物学模型是CPL1激活TLR4信号，驱动巨噬细胞中STAT3的磷酸化；在体内，CPL1是新型隐球菌毒力所必需同时也会促进巨噬细胞诱导Arg1。该工作为理解新型隐球菌分子机制、提供可能药物开发靶点提供了新的可能性。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05005-4

制版人：十一

参考文献

1. Zhao, Y., Lin, J., Fan, Y. & Lin, X. Life cycle of Cryptococcus neoformans. Annu. Rev. Microbiol. 73, 17–42 (2019)

2. Vecchiarelli, A. Immunoregulation by capsular components of Cryptococcus neoformans. Med. Mycol. 38, 407–417 (2000)

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