近日，中國(guó)科學(xué)院上海巴斯德研究所酒亞明課題組在《自然-通訊》（Nature?Communications）上，發(fā)表了題為Salmonella effector SopB reorganizes cytoskeletal vimentin to maintain replication vacuoles for efficient infection的研究論文。該研究利用多種顯微成像、組學(xué)分析和高通量藥物篩選等技術(shù)，首次闡述了沙門氏菌利用宿主細(xì)胞的中間絲vimentin保護(hù)其用于增殖的復(fù)制泡，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌感染的功能和分子機(jī)理。該工作篩選并在細(xì)胞和動(dòng)物水平鑒定出臨床小分子藥物可通過(guò)調(diào)控vimentin的動(dòng)態(tài)重構(gòu)抑制沙門氏菌感染。

腹瀉病是常見(jiàn)的胃腸道疾病。沙門氏菌（Salmonella）作為常見(jiàn)的人畜共患病原菌，是導(dǎo)致腹瀉病的常見(jiàn)的致病菌之一。隨著抗生素濫用，沙門氏菌的耐藥現(xiàn)象日益嚴(yán)重，同時(shí)，隨著時(shí)間推移，其耐藥率正在大幅上升，耐藥譜也在不斷增寬。近期研究發(fā)現(xiàn)沙門氏菌中出現(xiàn)多達(dá)36處突變基因，對(duì)頭孢霉素、青霉素、四環(huán)素等14種抗生素產(chǎn)生不同程度的耐藥性。由傳統(tǒng)抗生素構(gòu)建的抗菌防線正面臨失效的可能，這將給全球養(yǎng)殖業(yè)和人類健康帶來(lái)威脅。因此，從宿主細(xì)胞的角度研究其對(duì)細(xì)菌感染的調(diào)控機(jī)制，以宿主細(xì)胞蛋白為新的抗感染靶點(diǎn)，將為沙門氏菌特別是耐藥株感染的臨床治療和藥物研發(fā)提供新的思路和線索。

Vimentin作為重要的細(xì)胞骨架中間絲蛋白，在不同種屬間具有高度保守性。在正常生理狀態(tài)下，vimentin對(duì)維持細(xì)胞完整性具有重要作用。而在不同病理狀態(tài)下，vimentin顯現(xiàn)出復(fù)雜的生物學(xué)功能，不僅參與細(xì)胞形變、運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞器錨定等，而且在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移、病原體感染、自身免疫及創(chuàng)傷過(guò)程中發(fā)揮重要功能，特別是在病原體感染過(guò)程中的作用近年來(lái)備受重視。

Vimentin在多種病原體感染過(guò)程中扮演重要角色。酒亞明課題組圍繞vimentin對(duì)病原感染的動(dòng)態(tài)應(yīng)答及其在感染過(guò)程中的調(diào)控功能發(fā)表了系列工作：發(fā)現(xiàn)vimentin在寨卡病毒感染中發(fā)揮物理空間支撐與生物功能調(diào)控的雙重作用（Zhang et al., PNAS 2022）；回顧性提煉vimentin在不同病毒的入侵、轉(zhuǎn)運(yùn)、復(fù)制、組裝和釋放等不同環(huán)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵功能的規(guī)律（Zhang et al., Journal of Cell Science 2020）；總結(jié)不同表達(dá)形式的vimentin參與細(xì)菌感染，包括介導(dǎo)細(xì)菌入侵和轉(zhuǎn)移、調(diào)控細(xì)菌感染的免疫反應(yīng)等（Miao et al., Journal of Cell Science 2023）；發(fā)現(xiàn)vimentin通過(guò)影響細(xì)胞的遷移模式調(diào)控遷移體的生成過(guò)程（Fan et al., Journal of Cell Biology 2022）。

以此為基礎(chǔ)，本研究利用共聚焦顯微鏡、活細(xì)胞實(shí)時(shí)觀察、三維重建等生物成像和分析技術(shù)，觀察到沙門氏菌的感染誘導(dǎo)宿主細(xì)胞骨架中間絲蛋白vimentin聚集在沙門氏菌復(fù)制場(chǎng)所——含沙門氏菌復(fù)制泡（Salmonella-containing vacuole，SCV）周圍；缺失vimentin使SCV分散在胞質(zhì)中，且沙門氏菌在宿主細(xì)胞中的復(fù)制受到明顯抑制；回補(bǔ)vimentin后SCV的形態(tài)及沙門氏菌的復(fù)制均得到恢復(fù)。這表明重構(gòu)的vimentin通過(guò)維持SCV形態(tài)促進(jìn)了沙門氏菌的復(fù)制。那么，沙門氏菌是如何誘導(dǎo)宿主蛋白vimentin的重構(gòu)？

利用免疫共沉淀聯(lián)合質(zhì)譜分析，研究發(fā)現(xiàn)沙門氏菌的三型分泌系統(tǒng)（Type III Secretion System，T3SS）效應(yīng)蛋白SopB與vimentin相互作用且誘導(dǎo)其發(fā)生重構(gòu)。進(jìn)一步，研究表明，SopB N端的Cdc42結(jié)合功能域通過(guò)結(jié)合并激活Cdc42，誘導(dǎo)vimentin的重構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)沙門氏菌的復(fù)制。同時(shí)，基于高內(nèi)涵成像系統(tǒng)的高通量藥物篩選以及蛋白活性檢測(cè)結(jié)果表明，沙門氏菌效應(yīng)蛋白SopB激活MEK1/2進(jìn)而誘導(dǎo)vimentin重構(gòu)。進(jìn)一步的上下游實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，沙門氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2這一信號(hào)軸誘導(dǎo)vimentin重構(gòu)進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌在宿主細(xì)胞中復(fù)制（圖1）。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)高通量藥物篩選得到的小分子臨床藥物不論是在細(xì)胞水平還是動(dòng)物體內(nèi)，均具有顯著的抗沙門氏菌感染作用（圖1）。

本研究揭示了沙門氏菌復(fù)制的決定性機(jī)制以及細(xì)菌和宿主細(xì)胞骨架之間新的相互作用機(jī)制，為沙門氏菌特別是耐藥株感染的臨床治療和藥物研發(fā)提供了新的思路和線索。廣州市婦女兒童醫(yī)療中心、同濟(jì)大學(xué)的科研人員參與研究。

論文鏈接

　　沙門氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2信號(hào)軸誘導(dǎo)vimentin重構(gòu)進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌在宿主細(xì)胞中復(fù)制，高通量藥物篩選得到的小分子藥物具有顯著的體內(nèi)、外抗沙門氏菌感染作用。

來(lái)源：中科院