一组新型分泌型毒力因子通过调节宿主中性粒细胞功能促进白念珠菌感染分子机制研究

Candida albicans is an important opportunistic human fungal pathogen, its survival and pathogenecity require expression of different virulence factors. Among these, secreted virulence factors represent one of the key players that promote fungal infection and escape from host immunity. Our previous high-throughput genetic screen identified a novel secreted protein family that includes five members and shares significant sequence homology with plant and human glioma pathogenesis-related protein 1 (PR-1). However, it remains unknown how this protein family promotes fungal pathogenecity. To explore mechanisms by which this novel secreted protein family influences C. albicans infection and virulence, we propose this project with two specific aims: (1) knockout or overexpress single, double or multiple genes of this family and systematically analyze the associated virulence mechanisms during C. albicans infection; and (2) demonstrate mechanisms on how this family of virulence factors mimics the function their host homologs and regulates neutrophil recruitment, activation and cellular killing, a key way to modulate host immune response and promote pathogen infection. This study will shed a light on discovering new mechanisms of how secreted virulence factors promotes C. albicans infection, and will also support development of novel candidiasis vaccines and anti-fungal drugs.

白念珠菌是一种重要的条件性致病真菌，其生存发展及致病性与各种不同毒力因子的表达密切相关，其中分泌型毒力因子是该真菌侵染宿主和规避宿主防御系统的重要因素。我们先前的大规模遗传筛选发现一组由五个成员组成的、氨基酸序列与植物及人类神经胶质瘤病程相关蛋白1（PR-1）同源的新型分泌型蛋白家族。前期实验表明这组蛋白的表达与白色念珠菌毒力相关。然而，它们如何促进真菌感染致病的机制尚未阐明。为探索这组新型分泌型毒力因子的致病机制，本项目拟开展如下研究：1）构建单基因，双基因甚至多基因敲除株和过表达株，系统分析该类蛋白在白色念珠菌感染致病过程中的毒力机制；2）系统阐明这类分泌型毒力因子如何通过模拟宿主同源蛋白功能特异性影响宿主中性粒细胞招募、激活及杀伤功能，进而调节宿主免疫反应和促进感染致病的分子机制。本研究将揭示分泌型毒力因子致病新机制，为念珠菌疫苗研制及发现抗真菌药新靶点提供实验依据。

近年来，随着免疫抑制剂和广谱抗生素的大量使用，导管、插管和器官移植等技术在临床上的广泛开展，侵袭性真菌感染的发病率急剧上升。其中，80%由白念珠菌起。白念珠菌是人体中最常见的一种条件性致病真菌，能够从共生菌转变成致病菌，侵染人体几乎所有器官而导致严重的念珠菌病。由于抗真菌药物的稀缺以及耐药性菌株的不断出现，使得白念珠菌感染治疗形式日益严峻，因此迫切需要我们深入研究白念珠菌感染致病机制，为研发新的预防和治疗白念珠菌感染的新型抗真菌药物提供新途径。白念珠菌作为一种重要的条件性致病真菌，其生存发展及致病性与各种不同毒力因子的表达密切相关，其中分泌型毒力因子是该真菌侵染宿主和规避宿主防御系统的重要因素。我们通过大规模遗传筛选发现属于分泌型SCP蛋白家族成员之一的Rbt4 其表达与白念珠菌毒力相关。然而，它是如何促进真菌感染致病，这方面的分子机制尚未明。.我们的研究取得了一系列重要成果，关键的研究发现包括:.（1）我们通过序列生化实验发现 Rbt4 能够分泌到细胞外，并由O-甘露糖基转移酶Pmt1介导O-连接的甘露聚糖糖基化修饰；.（2）我们发现中间丝氨酸或苏氨酸丰富区域主要负责Rbt4蛋白的糖基化而C端保守的CAP结构域主要行使毒力功能；.（3）我们发现Rbt4 蛋白可以被细胞表面模式识别受体TLR4特异性识别并激活下游NF-κB和 MAPK信号通路，促进炎症因子和趋化因子的表达；.（4）通过白念珠菌系统性小鼠感染模型，我们发现感染RBT4基因缺失菌株导致小鼠死亡率显著下降，并发现分泌的糖基化修饰的Rbt4诱导趋化因子的大量释放，导致大量中性粒细胞被招募至感染部位，引起感染部位尤其是肾脏组织中病变因子如 mKIM-1 高表达，由此小鼠感染部位发生大面积病变而死亡。.综上所述，我们的研究证明白念珠菌能够通过分泌Rbt4，一种经过O-连接甘露聚糖糖基化修饰的SCP家族成员蛋白，诱导宿主免疫细胞产生一系列生理生化反应，导致宿主免疫反应如中性粒细胞招募的过度激活，进而促进真菌感染致病。本研究首次揭示分泌型毒力因子 Rbt4 致病新机制，将为念珠菌疫苗研制及发现抗真菌药新靶点提供实验依据。