天然旋孢腔菌醌衍生物CoB1激活细胞自噬-捕杀绿脓杆菌的分子机制研究

Pseudomonas aeruginosa (Pa) severely threatens public health. Due to its broad spectrum antibiotic resistance, the current clinical therapies have low efficiencies to clear Pa in patients. Host macrophages recognize, phagocytize and kill Pa by autophagy, which is a critical innate immune weapon in defense against Pa infection. Thus it is a novel and curious way in developing drugs that can activate host autophagy. A novel cochlioquinone derivatives, CoB1, was first purified from Salvia miltiorrhiza endophytic Bipolaris sorokiniana in our lab. During Pa infection, CoB1 significantly increases mouse survivals, decreases lung injury and inhibits the systemic dissemination of Pa in blood and organs. In addition, CoB1 directly activates autophagy in mouse alveolar macrophages and increases the Pa clearance in mouse lungs. In this study, we plan to systemically investigate the mechanism of CoB1 in activating host autophagy against Pa infection at both of in vitro cell model and in vivo mouse model. We will evaluate the biological effect, clarify the autophagy-dependent signaling pathway and mechanism of Pa clearance in alveolar macrophages, induced by CoB1. To avoid these aims, advanced techniques will be used, including CRISPR-Cas gene editing system, microarray, qRT-PCR, immunoblotting et al. These studies will lay a solid pharmacology foundation, solid experimental and theoretical basis for identifying the new natural anti-Pa drug, CoB1.

具有广谱耐药性的绿脓杆菌严重威胁人类生命健康，现有抗生素类药物对其治疗效果极其有限，因此开发新型药物迫在眉睫。哺乳动物巨噬细胞的自噬作用能够识别、吞噬和清除绿脓杆菌，针对此特征开发能够激发巨噬细胞活性药物具有重要意义。本课题组首次从丹参内生菌中分离出新型旋孢腔菌醌B衍生物（CoB1）。前期确定CoB1能诱导肺泡巨噬细胞的自噬作用，显著提高绿脓杆菌感染后的小鼠存活率，抑制绿脓杆菌在各器官中的扩散。本研究拟从细胞水平结合动物模型研究CoB1诱导肺泡巨噬细胞自噬作用抵御绿脓杆菌感染的分子机制：通过小鼠生存曲线绘制等技术手段评估CoB1促进宿主抵御绿脓杆菌的生物学效应；通过基因芯片技术等技术确认CoB1诱导自噬作用的信号通路；通过CRISPR-Cas系统编辑关键基因，揭示CoB1诱导清除绿脓杆菌的杀菌机制。本研究为明确CoB1如何促进宿主抵御绿脓杆菌侵染提供了坚实的药理基础，可靠的实验和理论依据。

铜绿假单胞菌对抗生素具有多重耐药性，在全世界的范围内造成了棘手的感染问题，因此急需寻找新的天然药物来对抗这种细菌。在本项目中，课题组从丹参内生菌中分离出新型旋孢腔菌醌B衍生物（CoB1），并通过体内体外实验，证实CoB1通过激活肺泡巨噬细胞中的细胞保护性自噬，来防御铜绿假单胞菌感染。通过构建铜绿假单胞菌感染模型，我们观察到，与野生型小鼠相比，CoB1的干预减轻了小鼠肺损伤，减少细菌全身性扩散，降低感染小鼠的死亡率和减弱过度的炎症反应。结果证明，CoB1在小鼠巨噬细胞中诱导的保护性自噬与通过泛素化降解途径降低的PAK1表达有关。对PAK1的抑制作用会降低Akt的磷酸化水平，阻断Akt/mTOR信号通路，并促进mTOR释放ULK1/2-Atg13-FIP200复合物，启动自噬体形成，提高细菌清除能力。本研究显示，CoB1在铜绿假单胞菌感染后的巨噬细胞保护性自噬过程中发挥了重要作用，为使用CoB1调节宿主细菌感染后的免疫反应提供了分子基础，并探索了CoB1治疗感染性疾病的潜在药物功能。项目资助发表论文8篇，其中SCI论文6篇，待发表2篇，申请专利3项，获得江苏省教学科研奖二等奖1项。培养博士研究生4名，硕士研究生7名，其中3名已经取得硕士学位。项目投入20.6万元，支出20.0万元，各项支出基本上与预算相符。剩余经费0.6万元计划用于本项目的后续支出。