邵峰组最新PNAS文章

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所的研究人员发表了题为“Preventing bacterial DNA release and absent in melanoma 2 inflammasome activation by a Legionella effector functioning in membrane trafficking”的文章，首次报道了肺炎军团菌可以通过其四型分泌系统向宿主细胞注入一个效应蛋白分子，该效应蛋白作用的结果可以避免军团菌被宿主AIM2炎症小体天然免疫系统所识别。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者是北京生命科学研究所邵峰研究员（专访邵峰：着眼于感兴趣，但机理完全不清楚的研究），第一作者是葛建宁博士和巩乙南博士，其他参与此项工作的还有徐颖（技术员）等，此项研究为科技部973和北京市科委资助课题，完全在北京生命科学研究所完成。

肺炎军团菌（Legionella pneumophila）是军团菌肺炎（Legionaires’ disease）的致病菌。肺炎军团菌通常感染肺泡巨噬细胞，在胞内形成一个膜泡结构并大量繁殖，最终引发严重的肺炎。肺炎军团菌可以通过其四型分泌系统分泌数百个毒力效应蛋白分子进入宿主细胞内，它们可以阻断或调节宿主免疫防御相关的信号通路，从而帮助肺炎军团菌完成其在宿主细胞中的存活和繁殖。另一方面，宿主可以通过天然免疫系统来识别外来细菌，限制抵抗它们的侵染。AIM2（absent in melanoma 2）便是天然免疫系统中的一个重要的受体。AIM2主要负责识别由外来侵染所带来的、进入巨噬细胞细胞质的双链DNA分子，进而激活下游的蛋白酶caspase-1，促进白细胞介素1和白细胞介素18的分泌，最终诱导巨噬细胞炎症反应，帮助彻底清除外来微生物的感染。

通过对细菌和宿主两方面的遗传学研究，在这篇文章中，研究人员证实肺炎军团菌如果缺失其一个四型分泌系统效应蛋白SdhA，细菌的DNA将更多的进入到巨噬细胞的细胞质中，进而激活AIM2炎症小体，最终导致caspase-1的活化和白细胞介素1的分泌，以及巨噬细胞炎症性坏死。所以，SdhA效应蛋白的缺失的结果最终导致肺炎军团菌无法逃避被宿主AIM2炎症小体介导的天然免疫系统所识别。

研究人员同时发现，SdhA具有一个功能必须的GRIP结构域（和膜泡运输功能相关），并且在宿主细胞中呈现出一系列的直径在1微米左右的特征环形膜结构。进一步的细胞生物学研究结果提示SdhA很可能对维持肺炎军团菌存在的膜泡的结构完整性必不可少，SdhA功能的缺失使得更多的细菌DNA有机会泄漏到巨噬细胞的细胞质中，从而被AIM2炎症小体所识别。

这项研究的意义在于首次证明了肺炎军团菌可以激活AIM2炎症小体介导的天然免疫反应，并且可以通过自身的四型分泌系统效应蛋白SdhA的功能来逃逸被宿主细胞的这种天然免疫反应所识别。这补充了前人认为的肺炎军团菌只被NAIP5/NLRC4炎症小体通路所识别的观点。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Preventing bacterial DNA release and absent in melanoma 2 inflammasome activation by a Legionella effector functioning in membrane trafficking

Legionella pneumophila, the causative agent of Legionnaires’ pneumonia, resides in a distinct vacuole structure called Legionella-containing vacuole (LCV). The LCV resists fusion with the lysosome and permits efficient bacterial replication in host macrophages, which requires a Dot/Icm type IVB secretion system. Dot/Icm-translocated effector SdhA is critical for L. pneumophila intracellular growth and functions to prevent host cell death. Here, we show that the absence of SdhA resulted in elevated caspase-1 activation and IL-1β secretion as well as macrophage pyroptosis during Legionella infection. These inflammasome activation phenotypes were independent of the established flagellin-NAIP5-NLRC4 axis, but relied on the DNA-sensing AIM2 inflammasome. We further demonstrate that Legionella DNA was released into macrophage cytosol, and this effect was significantly exaggerated by the absence of SdhA. SdhA bears a functional Golgi-targeting GRIP domain that is required for preventing AIM2 inflammasome activation. Ectopically expressed SdhA formed a unique ring-shape membrane structure, further indicating a role in membrane trafficking and maintaining LCV membrane integrity. Our data together suggest a possible link, mediated by the function of SdhA, between LCV trafficking/maturation and suppression of host innate immune detection.

作者简介：

邵峰 博士
北京生命科学研究所高级研究员
教育经历
1996年
北京大学技术物理系应用化学专业学士
1999年
中国科学院生物物理所分子生物学硕士
2003年
美国密西根大学医学院生物化学博士

工作经历
2009-present
北京生命科学研究所高级研究员
2005-2009年
北京生命科学研究所研究员
2004-2005年
哈佛大学医学院博士后
2003-2004年
美国加洲大学圣地亚哥分校医学院博士后

研究概述
我们实验室的研究兴趣集中在病原细菌感染宿主和宿主先天性免疫防御的分子机制。对于细菌感染来说，通过特殊的分泌系统向宿主细胞中注入毒素效应蛋白是病原细菌普遍采用的重要致病机制。这些效应蛋白往往以非常有效的方式作用于宿主信号转导中的关键分子，使其发生功能紊乱。效应蛋白的作用有利于细菌在宿主中的生存和进一步感染。我们的研究以多种临床上常见的病原菌（Shigella, Salmonella, Enteropathogenic E. coli, Legionella 以及Burkholderia）为模式，着眼于发现并揭示效应蛋白在抑制真核细胞重要信号转导通路中的一些新的、较为普遍的生物化学机制。实验室最近的研究工作在这方面取得了一系列的突破和发现。1) 来源于Shigella，Salmonella和植物假单胞杆菌的OspF家族三型分泌系统效应蛋白通过一种崭新的磷酸化苏氨酸裂合酶的活性，特异性地、不可逆地“去磷酸化”宿主MAPK激酶并使其失活,从而抑制宿主细胞因子的表达。2) Legionella的四型分泌系统效应蛋白LegK1能模拟宿主中的IKK激酶而磷酸化IκBa蛋白，并诱导其被泛素化和降解，进而激活NF-κB通路并对巨噬细胞凋亡产生抑制作用。3) 三型分泌系统效应蛋白CHBP（Burkholderia）和Cif（Enteropathogenic E. coli）特异性地修饰（脱氨）泛素和泛素样蛋白NEDD8中Gln-40。这种修饰能有效地阻断宿主泛素-蛋白酶体通路并导致诸如细胞周期等重要细胞生理过程发生功能紊乱。

我们认为，这些研究不仅对理解感染和致病的分子机理有极大的促进作用，更为重要的是，由于病原细菌和宿主(人类)长期共同进化，其分泌的毒素效应蛋白也为我们研究真核细胞本身的信号转导机制提供了独特的、前所未有的视角和研究工具。同时，我们也对宿主巨噬细胞如何通过其先天性免疫系统来拮抗病原微生物感染的机制感兴趣。在受到感染后，巨噬细胞能感受到多种来自病原菌或其它病原微生物的一些模式分子，从而激活一类被称为炎症小体的蛋白复合物，同时发生炎症性细胞坏死和分泌白介素1b。炎症小体利用一类叫作NOD-like的受体分子感受来自病原菌的信号，但除此之外人们对炎症小体的组装和其上游的信号转导机制了解甚少。我们将结合生物化学、细胞生物学以及小鼠遗传学等多种手段来研究和阐明炎症小体被激活的生化机制。