EGFR在肠外致病性大肠杆菌突破宿主血脑屏障中的作用及其机制研究

Brain microvascular endothelial cell (BMEC), composing the most important structure of the blood-brain barrier (BBB), is currently served as the cell model for the in vitro interactions of pathogens with the BBB. Previous researches have reported that the extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC) is able to invade BMEC, penetrate the host BBB and lead to the development of bacterial meningitis, but the underlying mechanisms remain incompletely understood. Epidermal growth factor receptor (EGFR), which is widely treated as a target in the cancer therapy, has been reported in recent years to participate in a variety of pathogenic processes in the host. Our previous chemical library screening has identified EGFR tyrosine kinase inhibitor significantly decreasing the ExPEC strain invasion of the BMEC, and EGFR was shown to be activated in BMEC time-dependently upon ExPEC infection, indicating that the host EGFR is likely to be involved in ExPEC strain penetration of the BBB. However, the specific mechanism of EGFR activation in this process is currently unknown. Here, we are going to analyze the potential mechanisms of EGFR activation and the related EGFR signaling pathways induced by ExPEC infection, and explain the correlation of EGFR activation with the inflammatory response of the brain. Above findings will help to explain the role of EGFR in ExPEC strain penetration of the BBB, contributing to the elucidation of the pathogenesis and the drug targets screening for ExPEC meningitis.

脑微血管内皮细胞（BMEC）是组成血脑屏障（BBB）的重要结构之一，也是目前体外研究病原与BBB互作的细胞模型。研究表明，肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）可以侵入BMEC，继而突破宿主BBB引起脑膜炎，但具体分子机制并不完全清楚。表皮生长因子受体（EGFR）是临床常见的癌症治疗靶标，近年来也被报道参与多种病原对宿主的致病过程。本研究前期通过化合物库筛选发现EGFR激酶抑制剂能显著降低ExPEC对BMEC的侵入，且在ExPEC感染过程中EGFR可以逐步被激活，提示EGFR可能参与ExPEC突破宿主BBB的过程，然而其具体功能尚不得知。本研究拟对ExPEC侵入BMEC过程中诱导EGFR激活的分子机制及其信号通路进行研究，并分析EGFR激活与脑组织炎症之间的关系。通过上述研究，阐明EGFR在ExPEC突破BBB中的重要作用，为进一步揭示ExPEC致脑膜炎感染的分子机制及筛选潜在药物靶标奠定基础。

细菌性脑膜炎是一种重要的人兽共患传染病，而大肠杆菌（E. coli）是其主要病原之一。本项目基于前期化合物库筛选结果，将表皮生长因子受体（EGFR）锁定为E. coli感染过程中的关键宿主靶标，并以人脑微血管内皮细胞（hBMECs）为体外模型对EGFR促进病原跨越血脑屏障（BBB）、引发炎症反应过程中的分子机制进行了系统研究。我们发现，E. coli跨越BBB的过程依赖于宿主EGFR的激活。E. coli通过OmpA、FimH和NlpI等毒力蛋白激活宿主SphK2/S1P/S1P2信号，促进HB-EGF的转录。HB-EGF前体通过ADAM17的切割成熟并被释放至胞外结合EGFR。结合HB-EGF的EGFR随即与ErbB3形成二聚体，发生酪氨酸磷酸化，激活下游信号诱使细胞骨架重排。进一步，我们通过免疫共沉淀串联质谱鉴定到EGFR互作蛋白c-Src和ACTN4。被激活的EGFR一方面激活胞内c-Src信号，调节ERM蛋白家族的磷酸化，导致细胞骨架重排；另一方面EGFR将原本与细胞骨架结合的ACTN4招募至自身，使原有actin 蛋白解聚，最终导致细胞骨架形变，促进E. coli对hBMECs的侵入。EGFR招募ACTN4促进病原侵入hBMECs这一事件，我们在E. coli（K1+和K2+）及猪链球菌（S. suis）2型的感染模型中均被发现，提示其可能在致脑膜炎细菌跨越BBB的过程中普遍存在。此外，我们还发现EGFR与致脑膜炎细菌引起的中枢炎症具有密切联系。在对S. suis 2型体内外感染模型的研究中我们均发现，阻断EGFR能够显著降低S. suis 2型引起的hBMECs和宿主中枢神经系统的炎症反应。S. suis 2型感染同样能够促进hBMECs释放HB-EGF，激活EGFR并与ErbB3形成异源二聚体，进一步激活下游ERK1/2、NF-κB等信号，促进炎症介质分泌，引发炎症。上述结果表明，EGFR在细菌病原侵入CNS和继发中枢炎症过程中起到极其重要的作用。本项目以致脑膜炎E. coli和S. suis 2型为研究对象，系统研究了EGFR在致脑膜炎细菌病原入侵CNS、引发中枢炎症反应中的作用，并阐明了其分子机制，所涉及的相关分子，如ADAM17、HB-EGF和EGFR-ACTN4级联等，均有望成为未来防治细菌性脑膜炎的潜在药物靶标。