分枝杆菌PPE38蛋白的致病机制研究

PE / PPE family is characteristic of mycobacterium, genes of PE / PPE family account for about 10% of the entire Mycobacterium tuberculosis genome, may related to antigenic variation, and can regulate the host immune response. Our previous study found that M. marinum PPE38 protein is able to induce the secretion of pro-inflammatory factors , cause the necrosis of macrophages and play an important role in granuloma development. We are going to investigate how PPE38 protein interacts with host receptors, activate multiple intracellular signaling pathways, promote cell necrosis and the spread of bacteria between the tissue. We will also apply zebrafish infection model to study the function of key genes and pathogenic mechanism. The results of this study will clarify the function of PPE protein in mycobacterial pathogenesis, and provide valuable information for investigating the interaction between cell wall protein and host.

PE/PPE是分枝杆菌属所特有的基因家族,在结核分枝杆菌基因组中约10% 基因编码PE/PPE家族蛋白，被认为与细菌抗原变异有关，在细菌免疫逃逸中起重要作用，但至今对其作用的分子机制所知有限。我们前期研究发现，PPE38蛋白在诱导炎性因子的分泌、引起巨噬细胞坏死、维持肉芽肿结构等方面起重要作用。本研究将验证PPE38蛋白与宿主特异受体结合，影响宿主相关信号通路，导致细胞坏死和细菌在组织间播散的科学假设。鉴定宿主与PPE38蛋白相互作用的受体；研究PPE38引发的下游信号通路，阐明引起炎性因子分泌和细胞坏死的分子机制；利用基因芯片技术筛选与肉芽肿形成及维持相关基因及其调控网络，通过斑马鱼基因敲除技术验证关键基因的功能，明确其维持肉芽肿结构的分子机制。本研究成果将有助于阐明PE/PPE家族蛋白在分枝杆菌致病中的重要作用，而且对研究其他细胞壁蛋白与宿主的相互作用有很好的借鉴作用。

PPE38蛋白是海分枝杆菌重要的毒力因子，但是PPE38蛋白如何与宿主相互作用以及其致病机理尚不清楚。由此，本项目针对PPE38蛋白的致病分子机制展开了研究。首先，基于前期的研究结果，我们提出了PPE38 蛋白通过与宿主的特异受体结合，影响宿主相关信号通路，导致细菌在组织间播散的科学假设，并据此开展了以下工作：1）利用亚细胞定量蛋白质组学技术，分析比较感染海分枝杆菌野生株（WT）与 ppe38突变株的巨噬细胞中宿主蛋白的表达差异。通过质谱对PPE38蛋白引起的下游信号通路分析，发现PPE38蛋白能够与TLR2相结合,进而影响细胞因子TNF-alpha和IL-6的分泌和MHC-1及其通路相关蛋白表达降低。在斑马鱼胚胎模型中,发现WT与ppe38突变株感染后在宿主体内的增殖无差异,提示PPE38蛋白对宿主固有免疫的影响有限。基于以上结果，我们进一步提出PPE38蛋通过降低巨噬细胞表面MHC-1分子的表达,抵御宿主适应性免疫杀伤的科学假说。针对此假设，利用细胞与小鼠感染模型研究了PPE38蛋白如何影响宿主获得性免疫反应。在巨噬细胞模型上发现其能够降低巨噬细胞表面MHC-1分子的表达。进一步利用耻垢分枝杆菌(M. smegmatis)外源表达PPE38蛋白感染C57BL/6小鼠,发现PPE38蛋白能够降低巨噬细胞表面MHC-1分子的表达；抑制宿主CD8+T细胞的活化；并且对耻垢分枝杆菌在小鼠中的存活起到保护性作用。另外，在该基金的资助下，我们也对另一个分枝杆菌的毒力因子CpsA的致病机制进行了研究。我们发现海分枝杆菌cpsA突变株在巨噬细胞以及斑马鱼胚胎/成鱼感染模型上的毒力减弱；在菌落形态、迁移速率和对抗生素的敏感性都发生了显著改变，提示突变菌株的细胞壁结构可能发生了改变；证明了该蛋白具有二异戊二烯二磷酸和十异戊二烯二磷酸葡萄糖胺磷酸酶活性，提示CpsA蛋白参与细菌细胞壁的合成从而影响海分枝杆菌的致病性。本项目的研究成果将有助于阐明PPE以及LCP家族蛋白的致病分子机制，尤其是结核分枝杆菌如何逃逸宿主免疫的分子机理；进而为抗结核药物的开发提供新的靶点。在该基金的资助下，共发表了5篇SCI论文。