PNAS丨李姍/歐陽松應團隊合作揭示病原菌效應蛋白通過劫持宿主黏著斑信號通路調控細菌感染新策略

革蘭氏陰性病原菌如腸致病性大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌、耶爾森菌、銅綠假單胞菌、伯克霍爾德菌等均擁有Ⅲ型分泌系統（ Type III Secretion System ， T3SS ）。這些致病菌會利用 T3SS 直接向宿主細胞內注射毒力蛋白（效應蛋白），進而操控宿主細胞信號通路，以利于細菌自身在宿主細胞內的生存、 定殖 和傳播【1】。因此，鑒定和解析病原菌 T3SS 效應蛋白的生理功能及 其 分子作用機制，對于深入認識病原微生物的致病機理，進而研發相應的疫苗和治療性藥物具有重要意義 。 紫色桿菌基因組編碼了 兩 套 T3SS ，分別是 Cpi-1/-1a T3SS 和 Cpi-2 T3SS ；且已有研究表明紫色桿菌的毒力主要依賴于 Cpi-1/-1a T3SS【2】。 紫色桿菌屬于胞內菌， 其 清除依賴于宿主細胞的死亡 ，死亡后的宿主細胞再 將其暴露給中性粒細胞 予以清除【3】。在 免疫細胞 中 （如 巨噬細胞 ） ，其 T3SS 裝置中的針狀蛋白 CprI 可通過激活 NLRC4-caspase-1 炎癥小體引發細胞焦亡【4】； 但紫色桿菌與上皮細胞 膜破損型 死亡 進程 之間有怎樣的調控關系，此前報道 甚少 。

近日， 南方科技大學 醫學院 / 穩態醫學研究院李姍團隊 聯合福建師范大學歐陽松應團隊 在 美國國家科學院院刊PNAS雜志 在線發表題為 Pathogen hijacks focal adhesion signaling by a T3SS effector CteX 的論文。文章鑒定出了紫色桿菌T3SS新型效應蛋白CteX，并證實其作為半胱氨酸蛋白酶能夠特異性切割宿主黏著斑支架蛋白Paxillinα，進而通過調控宿主細胞骨架重塑實現細菌持續定殖和致病的分子機制，該研究為解析病原菌的致病策略提供了新的視角。

紫色桿菌廣泛存在于熱帶及亞熱帶的土壤與河流中，屬于機會致病菌。但人體一旦感染該菌，可引起嚴重的皮膚、肝、脾膿腫和壞死，致死率極高【5】。 紫色桿菌 的致病力依賴于其編碼的 Cpi-1/-1a T3SS ， 該 系統能向宿主細胞內注射效應蛋白，操控宿主細胞的生理過程，為細菌的入侵、定殖創造條件【6-8】。然而，紫色桿菌 Cpi-1/-1a T3SS 的效應蛋白 組 未 被全面解析， 成為 了 解析該菌致病機制的關鍵瓶頸 。 為了解決該問題 ，研究團隊率先開展了紫色桿菌 Cpi-1/-1a T3SS 分泌 組的定量蛋白質組學分析，發現了一個無已知功能注釋的新型分泌蛋白 CV0255 ，并將其命名為 CteX （ Chromobacterium translocated effector X ）。通過分泌和 細胞 轉位實驗證實 CteX 是 一 個 Cpi-1/-1a T3SS 全新的 效應蛋白。 為 了 探究 CteX 的功能，研究團隊解析了其 1.5 ? 的高分辨率晶體結構，發現 CteX 采用典型的木瓜樣折疊，具有由 C149 、 H280 、 E295 組成的催化三聯體，且存在保守的氧陰離子孔結構。 在真核和原核表達體系 中 ， CteX 蛋白 能夠發生自 切割 ，其催化三聯體的突變會完全喪失 自 切割 能力， 證實 CteX 是一個 木瓜樣 半胱氨酸 蛋白酶 。

CteX 能夠顯著地抑制釀酒酵母（ S. cerevisiae ）生長，表明其具有真核生物毒性。在 HeLa 細胞中表達時，細胞骨架劇烈收縮 、變圓。為了排除真核過表達體系中因 CteX 蛋白表達量的過高進而可能產生的干擾，我們將原核純化的 CteX 蛋白遞送進入 宿主 細胞，結果顯示， 50 pmol /L 的 CteX 蛋白 即可使 100% 的 HeLa 細胞變圓，表明 CteX 具有極強的生物學活性。

研究團隊通過底物篩選發現， CteX 能特異性切割宿主 黏著斑的核心支架蛋白 Paxillinα ，而對 Paxillin 家族的其他成員（ Paxillinβ 、 Hic-5 、 Leupaxin ）無切割作用。研究進一步發現 CteX 是通過 “ 雙篩選 ” 機制實現底物的嚴格特異性：其底物結合口袋的疏水凹槽（ L126/L129 ）是切割的必要條件，而相鄰的正電荷簇（ K125/K145 ）則負責排斥非靶標底物。 Paxillinα 作為黏著斑的核心，能招募 FAK 、 Vinculin 、 GIT1 等多種信號蛋白形成復合物，調控黏著斑的組裝與功能。研究團隊通過免疫共沉淀、活細胞成像、鄰近生物素化標記（ BioID ）技術等實驗證實， CteX 對 Paxillinα 的切割會破壞其與下游信號蛋白的相互作用，導致黏著斑復合物解體，進而引發宿主肌動蛋白細胞骨架的破壞，表現為宿主細胞的變圓表型。

研究團隊發現 CteX 介導的細胞骨架重塑并非簡單促進細菌入侵，而是呈現出 “ 自限性感染 ” 的獨特調控模式。敲除 cteX 基因的紫色桿菌對上皮細胞的入侵效率顯著升高，過度的細菌入侵會導致宿主細胞發生劇烈的裂解性死亡，反而使細菌過早暴露于宿主免疫環境中被清除。而野生型細菌通過分泌 CteX 限制過度入侵，減少宿主細胞的死亡，從而實現細菌在宿主細胞內的持續存活。在小鼠感染模型中， Δ cteX 突變株在感染早期的肝臟載菌量顯著高于野生型，但在感染后期其定殖能力急劇下降，小鼠的存活率顯著升高，且肝臟的病理損傷明顯減輕。回補野生型 CteX 能恢復菌株的致病力，而補回蛋白酶失活的 CteX 則無此效果，證實 CteX 的蛋白酶活性是紫色桿菌體內持續定殖和致病的關鍵。

綜上，該研究首次完成了紫色桿菌 Cpi-1/-1a T3SS 分泌組的全面解析，鑒定出新型效應蛋白 CteX ；發現 CteX 是首個直接靶向宿主黏著斑核心蛋白 Paxillinα 的細菌蛋白酶，揭示了病原菌操控宿主黏著斑信號通路的全新方式；闡明了 CteX 家族 通過 “ 自限性感染 ” 調控細菌入侵效率，實現體內持續定殖的獨特致病策略，為理解病原菌與宿主的共進化博弈提供了新的范例。

論文的通訊作者是南方科技大學李姍研究員和福建師范大學歐陽松應教授。第一作者是李姍團隊博士研究生潘興、羅紀維和歐陽松應團隊 講師 趙燕波。 特別感謝吉林大學羅招慶教授，南方科技大學饒海教授，華中農業大學李禮研究員對本項目的學術指導和技術支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2530673123

制版人：十一

參考文獻

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