IL-33/ST2介导巨噬细胞转运新生隐球菌突破血脑屏障的机制研究

Pathogens may use macrophages for brain dissemination via a Trojan horse strategy. With the aid of intravital microscopy and immunofluorescence technique, researchers could directly observe the dynamic interactions between pathogens and host cells in the living animal. In the preliminary experiments, we have demonstrated that (1) macrophages may engulf and help model pathogen Cryptococcus neoformans invade the central nervous system via the transcellular penetration of the blood-brain-barrier (BBB), (2) IL-33 from brain endothelial cells infected with Cryptococcus neoformans may bind with ST2 and regulate the expression of cell adhesion molecule CD146 and tight junction protein Occludin, which promotes the Trojan horse penetration. The Trojan horse hypothesis and the mechanisms for central nervous system infection, however, still remain largely elusive. In this study, we aim to (1) provide the direct evidences for brain infection Trojan horse hypothesis via intravital microscopy and transmission electron microscopy, (2) elucidate the signal pathways and roles of IL-33/ST2 in the regulation of brain endothelial cell adhesion molecules and tight junction proteins in the mouse model and BBB in vitro model. The successful completion of this work would establish the long unresolved Trojan horse hypothesis in the brain infection and help clarify the pathogenesis of Cryptococcus neoformans meningoencephalitis.

病原体可能利用巨噬细胞作为特洛伊木马侵犯中枢神经系统。通过实时活体显微镜结合免疫荧光标记等技术，研究者可以直接动态可视化观察小鼠脑微血管中病原体和宿主细胞的互作用。前期工作中我们初步证明巨噬细胞可能转运模式病原体新生隐球菌通过紧密连接突破血脑屏障（blood-brain-barrier, BBB）；且新生隐球菌促进脑微血管内皮细胞分泌IL-33; IL-33与受体ST2结合后可能通过TRAF6/NF-κB信号通路调控内皮细胞粘附分子CD146和紧密连接蛋白Occludin。中枢神经系统感染木马假说及IL-33/ST2调控机制尚未确切阐明。本项目中，我们将应用活体显微镜和透射电镜为木马假说及其发生方式提供直接证据；同时在小鼠模型以及BBB体外模型中阐述IL-33/ST2调控信号通路及其作用机制。项目成功完成将最终证明中枢神经系统感染木马假说，同时为新生隐球菌脑炎的发生机制和防治提供线索。

病毒、细菌和真菌等病原体引起的中枢神经系统感染危害严重。病原体突破血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）有两种主要方式：（一） 游离的病原体被内皮细胞胞吞转运或者穿过内皮细胞间隙； （二）病原体利用巨噬细胞作为特洛伊木马侵犯中枢神经系统。在前期工作的基础上，我们进一步研究了巨噬细胞转运新生隐球菌侵犯中枢神经系统，我们发现在脑血管中吞噬新生隐球菌的巨噬细胞滚动、黏附和穿越脑微血管；VCAM-1和VLA-4互相结合介导了Ly6Clow的巨噬细胞转运新生隐球菌侵犯中枢神经系统。申请者作为共同第一作者，相关论文发表在Plos pathogen。我们也探讨了在穿越过程中新生隐球菌的形态变化以及IL-33/CD146介导新生隐球菌中枢神经系统感染的发生机制，新生隐球菌处理后，脑微血管内皮细胞CD146表达降低，CD146敲除后真菌中枢神经系统感染显著增多，可能与脑血管黏附增加有关，其发生机制尚在研究中。.中性粒细胞也可能作为“木马”参与新生隐球菌侵犯中枢神经系统。因此，申请者研究了中性粒细胞与新生隐球菌的相互作用。（一）我们发现中性粒细胞可以非裂解性胞吐真菌，并参与中枢神经系统感染；申请者作为通讯作者，相关论文发表在Cell Communication and Signaling。(二) 新生隐球菌刺激中性粒细胞后，中性粒细胞吐出细胞核，形成中细粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular traps, NETs）。NETs通过蛋白酶降低血管内皮细胞CD44，降低新生隐球中枢神经系统感染。（三） 新生隐球菌分泌胞外囊泡，诱导发生NETs，胞外囊泡和NETs通过调控BBB紧密连接蛋白参与新生隐球菌中枢神经系统感染。.在自然感染中，新生隐球菌通过呼吸道感染进入肺部；肺部感染的新生隐球菌可能通过血行播散侵犯中枢神经系统。因此，我们也研究了新生隐球菌的肺部感染及其发生机制。（一）空气污染物PM2.5刺激后，肺泡上皮细胞CD146表达增加，促进新生隐球菌的黏附和肺部感染，相关论文已经被Frontiers in Microbiology接受。（二）我们的研究表明IL-33或者ST2缺陷会显著降低新生隐球菌肺部和中枢神经系统感染，进一步的研究提示可能与早期的中性粒细胞浸润有关。IL-33/ST2调控中性粒细胞浸润的机制，目前尚在研究中。