细菌鞭毛钩蛋白FlgE刺激免疫系统的分子机制研究及转化应用初探

Interactions between microbial components and host immune compartments contribute much to host-microbe interactions. In previous studies we found that pseudomonas aeruginosa flagellar hook protein FlgE manifested strong immunomodulatory activities via a pathway that overlaps partially with the well-known flagellin or filament C (FliC)-TLR5 pathway, indicating that FlgE might compose another pathogen-associated molecular pattern. This project will extensively investigate into the effect of recombinant FlgE on in vitro cultured epithelial cells, immune cells, organoid, or in vivo immune models, all of which will reveal the properties of FlgE in innate or adaptive immune responses. Utilizing affinity chromatography-mass spectrum methodologies the potential receptors or coulpling molecules for FlgE, together with following signalling pathways, will be characterized. Bioinformatic analysis will define the structural requirements for FlgE-receptor interactions. Immunomodulations of FlgE will also be measured in animal models including sterile or infectious penumonia, tumor implantation and metastasis, etc. Patients will pseudomonas infection in cinial practice will be recruited and peripheral serum are obtained for measurement of anti-FlgE titers and related with clinical progress to confirm the potential significance of anti-FlgE response in determining the outcomes of infections. In summary, this study will clarify the role of FlgE in host-microbe interactions and immune recognition. These results migh also promote developing of novel immunomodulators that could be exploited in future clinical use.

微生物成分与免疫系统成分的相互作用是病-宿互作的重要内容。课题组在前期研究中首次发现绿脓杆菌鞭毛钩蛋白FlgE具有显著的免疫调控功能，且其作用途径与已知的“鞭毛体蛋白FliC-TLR5”通路不完全重叠，提示FlgE可能是另一类病原体相关分子模式。本课题应用体外培养的上皮细胞、免疫细胞、器官培养模型和体内免疫反应模型，检测FlgE对固有免疫反应、特异性免疫反应的作用特征；应用亲和层析、质谱技术鉴定FlgE的受体或耦合分子，根据生物信息学分析对FlgE-受体作用的构效关系进行分析，并鉴定其后续作用通路；应用小鼠不同疾病模型（包括无菌性或感染性肺炎、接种肿瘤细胞的原位生长或转移等），探索FlgE对疾病的调控作用；收集临床上绿脓杆菌感染病人之外周血清，检测其中抗FlgE抗体滴度与临床病程的相关性。本课题将阐明鞭毛钩蛋白在病-宿互作及免疫识别中的作用及地位，为研发新型免疫调控制剂提供理论与实验基础。

微生物成分与免疫系统成分的相互作用是病-宿互作的重要内容。课题组在前期研究中首次发现绿脓杆菌鞭毛钩蛋白FlgE具有显著的免疫调控功能，且其作用途径与已知的“鞭毛体蛋白FliC-TLR5”通路不完全重叠，提示FlgE可能是另一类病原体相关分子模式。本课题应用体外培养的上皮细胞、免疫细胞、器官培养模型和体内免疫反应模型，检测FlgE对固有免疫反应、特异性免疫反应的作用特征；应用亲和层析、质谱技术鉴定FlgE的受体或耦合分子，根据生物信息学分析对FlgE-受体作用的构效关系进行分析；应用小鼠不同疾病模型（包括无菌性或感染性肺炎、接种肿瘤细胞的原位生长或转移等），探索FlgE对疾病的调控作用；收集临床上绿脓杆菌感染病人之外周血清，检测其中抗FlgE抗体滴度。结果发现鞭毛钩蛋白对多种细胞具有炎症免疫刺激活性，其在细胞表面的受体是（或包括）异位ATP5B，且其受体激活后还可能涉及Caveolin-1等分子；蛋白互作模拟分析提示FlgE-ATP5B互作具有良好的构象基础，并且初步揭示了ATP5B表面的结合位点；在体内，FlgE作用于肺上皮细胞后可引起典型的炎症（比如中性粒细胞浸润等），作用于血管内皮细胞则引起内皮细胞生物学特性（如迁移能力等）功能改变，从而引起血管内皮通透性增加；而在临床上诊断为绿脓杆菌感染的病人血清中，含有FlgE分子。课题的发现确认FlgE除了通过影响鞭毛钩的“结构”特征而成为毒力因子外，还可通过其炎症免疫刺激活性而成为毒力因子；FlgE对血管内皮功能的影响可能是引发血管病变的机制之一。这些发现为阐明细菌-宿主互作机制及防治感染相关疾病提供了新的思路。