尿路致病性大肠杆菌通过调控组蛋白乙酰化而抑制尿路上皮细胞炎症因子表达的分子机制

Urinary tract infection is the most common bacterial infectious disease, mainly caused by uropathogenic Escherichia coli (UPEC). A large number of studies show that UPEC can inhibit the expression of inflammatory cytokine in infected cells to facilitate bacterial propagation and dissemination. However, the underlying mechanism is still not fully understood. Our previous studies have found that UPEC virulence factor α-hemolysin can affect the metabolic process of glucose in the infected cells, which causes deacetylation of histones. Moreover, histone deacetylation is associated with silencing of gene expression. Thus, our hypothesis is that UPEC virulence factor α-hemolysin affects glucose metabolism to cause histone deacetylation, further leading to suppress the inflammatory cytokine expression in urinary epithelial cells. Hence, in the proposed project we would like to use mutant with deletion of α-hemolysin gene and wild type UPEC to infect urinary epithelial cells and perform chromatin immune precipitation to investigate the novel mechanism of UPEC mediated cytokine suppression, and unravel the mechanism how UPEC induce histone deacetylation via influencing the metabolic process of glucose in the infected cells. This study is going to investigate the mechanism of UPEC attenuating inflammatory cytokine expression to escape host innate immune response by influencing the host cell glucose metabolic processes and histone modifications, which could provide a new avenue for the development of innovative therapeutics and prophylaxis for urinary tract infection.

尿路感染是最常见的细菌感染性疾病，主要由尿路致病性大肠杆菌（UPEC）引起。大量研究表明，UPEC可以抑制受感染细胞炎症因子的表达，从而有利于细菌增殖和扩散。但是目前UPEC抑制炎症因子表达的机制仍不明确。我们的前期研究发现UPEC分泌的α-溶血素可以通过影响细胞糖代谢而导致组蛋白去乙酰化。而组蛋白去乙酰化与基因表达抑制密切相关。因此我们的假设是UPEC通过其侵袭因子α-溶血素影响细胞糖代谢而导致组蛋白去乙酰化，最终抑制尿路上皮细胞炎性因子的表达。本课题拟采用α-溶血素突变型以及野生型UPEC菌株感染尿路上皮细胞，采用免疫共沉淀技术分析UPEC抑制炎性因子表达的新机制，并揭示UPEC如何通过影响细胞糖代谢过程而导致组蛋白去乙酰化。本研究从UPEC感染影响细胞糖代谢及组蛋白修饰改变这个新观点探讨UPEC抑制尿路上皮细胞炎症因子的表达而逃避宿主天然免疫反应，为治疗和预防尿路感染打开新途径。

尿路感染作为一种常见且花费高昂的疾病，常年困扰着全世界数百万的患者。而尿路致病性大肠杆菌(UPEC)是尿路感染(UTI)和男性生殖道感染最常见的病原体。近年来，由于抗生素耐药率的增加，有效地根除UPEC极具挑战性。因此，了解这种复杂疾病的分子机制对于开发新的治疗策略至关重要。宿主先天免疫反应的激活对于有效清除病原体是必不可少的，而UPEC拥有多种机制和策略可以逃避宿主免疫反应。在UPEC中，其毒力因子α-溶血素(HlyA) 尤其重要，它可以调节宿主细胞生物学过程的多个方面，包括NFĸB信号通路，以及编码促炎介质的基因表达。然而，HlyA介导的抑制炎症基因表达的机制仍不清楚。最近，越来越多的研究揭示了代谢过程通过组蛋白乙酰化调节基因表达的机制。在这里，我们剖析了UPEC在体外和体内抑制炎症因子的分子机制。我们发现UPEC感染可以导致NFκB信号通路的激活，但不会导致细胞因子的基因转录水平的变化。然而，由UPEC介导的代谢酶-ATP柠檬酸裂解酶(ACLY)活性的抑制可以导致乙酰辅酶A水平降低，从而引起CXCL8启动子区域的H3K9组蛋白乙酰化减少。这些效应都依赖于UPEC的毒力因子α-溶血素，并且这些效应可以被外源性乙酸盐逆转。在我们建立的小鼠膀胱炎模型中，小鼠体内提前注射乙酸盐能迅速降低UPEC引起的免疫反应，并改善组织的损伤。因此，在感染后，UPEC可影响宿主细胞代谢，诱导染色质重塑过程，从而破坏宿主先天免疫反应基因的表达。总之，我们的数据表明，乙酰辅酶A是UPEC感染过程中介于代谢反应和先天免疫反应之间的一个联系纽带，所以我们设想靶向病原体调节的宿主代谢反应可以被用作治疗尿路感染的一种创新治疗策略，这对于尿路感染的治疗具有极大的意义，同样，对于创造社会价值也具有重要意义。