结核分枝杆菌分泌脂蛋白对宿主巨噬细胞信号通路调控的分子机制

Tuberculosis (TB), caused by the pathogen Mycobacterium tuberculosis (M.tuberculosis), remains a public health threat and caused about 2 million deaths per year. China is one of the 22 members of TB high-burden countries and second in number of TB patients in the world. In order to develop new vaccines and clinical diagnosis for TB, we need to understand how M.tuberculosis evades host immunity and survives in hostile environments. A central feature of M.tuberculosis pathogenesis is its ability to grow within macrophages, modulate host's singling pathway to avoid killing. Because M.tuberculosis is an endogenous bacterial, the secreted proteins of M.tuberculosis might play important roles in interference of host immune response. Lipoproteins, characterized by the presence of a lipobox motif, are ubiquitously present in bacteria and function varied from cell division to virulence. There are about 2.5% of M.tuberculosis proteins predicted as lipoproteins and are shown to play important roles in its pathogenesis. In this study, we plan to define how secreted lipoprotein of M.tuberculosis influence signaling pathway in macrophage by using various methods including genetic and biochemical approaches. The knowledge should lead to novel strategies to develop new vaccines and diagnosis methods.

结核病是威胁全球人类公共卫生的传染性疾病，结核分枝杆菌是引起结核病的病原菌；结核病的防治需要深入理解结核分枝杆菌的感染机制和宿主免疫机制。脂蛋白在结核分枝杆菌的致病性中起着重要的作用，本课题以结核分枝杆菌的分泌脂蛋白为核心，应用垂钓和质谱相结合的方法，从探寻与宿主巨噬细胞中相互作用的蛋白入手，研究结核结核分枝杆菌的分泌脂蛋白调控宿主的信号传导途径、干扰宿主的免疫反应的分子机制。这项研究将深化我们对结核分枝杆菌分泌脂蛋白如何调节免疫反应的认识，从而加深对结核分枝杆菌感染和致病分子机理的理解，将为结核病的检测、药物的筛选等提供理论基础。

结核病仍严重威胁人类健康，是全球十大死因之一。结核分枝杆菌是该病的病原（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）。据WHO统计，2015年，1040万人患有结核病（其中100万人为儿童），180万人因该病死亡（包括40万艾滋病毒感染者）。超过95%的结核病死亡发生在中低收入国家。结核病是艾滋病毒携带者的头号杀手：2015年，艾滋病毒引起的死亡中35%由结核病导致。随着菌株耐药性加剧，人口流动以及HIV与Mtb的双重感染使得结核病的防治形势不容乐观。基于上述现状，本课题旨在探究结核杆菌的致病机制，为结核病的防治提供创新的理论知识。结核杆菌气溶胶进入人的呼吸系统后，被肺泡巨噬细胞识别并吞噬。该病原菌进而被巨噬细胞（即宿主细胞）杀灭，或者逃避了宿主细胞的免疫防御，在宿主细胞中增殖并形成持留感染状态。该过程涉及到结核杆菌分泌脂蛋白和宿主细胞的TLRs之间的识别。故此，本课题主要研究当被吞噬后，结核杆菌的PstS-1、LpqH（Rv3763）、LprG（Rv1411c）和LprA（Rv1270c）等分泌脂蛋白与巨噬细胞胞质中何种蛋白有相互作用，进而归纳出完整的互作通路。课题以人源单核巨噬细胞系THP1（经诱导分化为巨噬细胞）为细胞模型，直接在细胞内表达上述分泌脂蛋白，再从基因和蛋白水平研究宿主的分子应答。经研究，当被稳转到THP1细胞系后，Western blot检测上述分泌脂蛋白呈痕量表达，信号很弱。而qPCR检测发现这些基因在宿主细胞中有相对较高的表达。将稳转了lprG的THP1细胞系与转染了空载的THP1对照细胞系对比，提取总RNA，经转录组测序分析，发现相较于对照，在THP1中表达lprG，使得宿主中419个基因表达上调（占58.8%），293个基因表达下调（占41.2%）。组学结果得到了qPCR验证。经富集分析发现这些表达发生显著性变化的基因，包含于多种KEGG pathway中，例如感染性疾病、免疫系统、细胞生长、能量代谢和信号转导，等等。涉及到信号转导通路的基因为最多。这些数据表明，感染结核杆菌后，分泌脂蛋白可引起宿主广泛的生理改变，尤以信号转导通路相关的改变最为明显。