分泌蛋白MPT53与宿主TAK1相互作用调控结核分枝杆菌感染机制的研究

Identification and characterization of key antigen in the pathogenesis of tuberculosis is essential for the development of anti-TB approaches. Through reporter gene screening, we identified Mtb secreted protein MPT53 as an activator of host immune signal. Thus, we constructed MPT53 knockout H37Rv strain. Our previous work demonstrated that MPT53 dramatically promoted production of cytokines. Further, MPT53 interacted and activated host TAK1. TAK1 inhibitor blocked pro-inflammatory function of MPT53. These findings suggest Mtb secreted protein MPT53 could increase host immune response via activating TAK1. Therefore, we will explore the function of MPT53 on pathogenicity of Mtb though mice infection and confirm the effects of MPT53 on host immune signal by utilizing macrophage infection model. Lastly, as MPT53 is a classical thioredoxin reductase, we will clarify the underlying modulation mechanism. This research will provide novel molecular target and intervention for the prevention and treatment of tuberculosis.

结核菌感染及致病过程中重要抗原的鉴定和分析对于理解结核病的发病机制、开发新的保护疫苗十分重要。前期我们通过报告基因筛选发现结核分枝杆菌分泌蛋白MPT53可以显著激活宿主炎症信号通路。进一步，我们在H37Rv上构建了MPT53敲除菌株。我们发现：（1）在体外巨噬细胞感染模型和小鼠感染模型中，MPT53可以显著促进宿主炎症因子的产生；（2）MPT53可以与宿主蛋白TAK1相互作用并促进TAK1活性；（3）MPT53主要通过TAK1发挥促炎作用。以上研究结果提示MPT53可以通过激活宿主蛋白TAK1促进炎症免疫反应。因此，本项目拟在小鼠水平明确MPT53对于结核分枝杆菌致病力的影响。同时，在巨噬细胞上分析MPT53对炎症信号通路的作用。最后在分子水平上，我们拟从MPT53自身的硫氧化还原酶活性入手探索MPT53激活TAK1的机制。本项目研究将为提高结核病疫苗效果和诊断效率提供理论依据。

结核病严重威胁我国和全球人民的健康，但结核菌的感染致病机制仍不十分清楚。申请人围绕结核菌蛋白与宿主免疫蛋白相互作用的机制研究，发现结核菌Rv0222蛋白需要首先被宿主ANAPC2介导的泛素化修饰后才能阻断宿主抗结核免疫，而分泌蛋白MPT53的硫氧化还原分子特征可以被宿主TAK1激酶识别并激发特异性免疫应答。同时，申请人还发现了磷脂酶C(PLC)激活剂可以通过降解PIP2抑制宿主“炎症因子风暴”过程。相关工作在该项目的执行期间以共同第一作者/排名第一相继发表在Nature（2020）、Nature Microbiology（2019）和Nature Communications（2019）杂志并得到正面引用和专家点评，认为这些发现不仅提出了结核菌感染发病的新机制，而且为耐药结核的疫苗和药物开发提供新靶标，具有重要的科学意义和应用价值。