一种真菌蛋白可穿越血脑屏障

　　

生物通报道：最近，加州大学戴维斯分校的研究人员，在一系列引起隐球菌性脑膜炎（覆盖脑和脊髓的一种致命膜感染）的真菌实验中，分离出一种蛋白质，这种蛋白质似乎能够使真菌穿越血脑屏障进入大脑。

相关研究结果发表在2014年6月3日的《mBio》杂志，对新型隐球菌（Cryptococcus neoformans，这种疾病和其他脑部传染、以及很难用传统疗法治愈的脑肿瘤的原因）更有效的治疗方法开发，具有重要的意义。

加州大学戴维斯分校的药理学副教授、本研究的主要负责人Angie Gelli指出：“这项研究，填补了我们对‘C. neoformans如何穿越血脑屏障并导致脑膜炎’理解的很大空白。我们希望，这一结果将为这种真菌疾病以及其他中枢神经系统疾病，带来改进的治疗方法。”

一般地，中枢神经系统内的毛细血管内皮细胞层（所谓的血脑屏障）可保护大脑，使其免受血流中的细菌、病毒和真菌病原体的侵入。相对较少的生物体和对抗脑感染或癌症的药物，可以破坏这层保护屏障。

这项研究中的真菌，可引起隐球菌性脑膜脑炎，通常是一种致命的脑部感染，每年影响着全球大约100万人，大多数患者的免疫系统都受到损伤。在吸入土壤或鸽粪中的C. neoformans真菌孢子后，感染通常首先在肺部发展。然后，病原菌扩散到大脑和其他器官。

发现独特的蛋白质
为了查明C. neoformans如何破坏血脑屏障，研究人员从隐球菌细胞表面分离出一些候选蛋白质。一种是以前未知的金属蛋白酶（被命名为Mpr1）。（一种金属蛋白酶就是一种酶——一种专门的蛋白质，可促进一个化学反应，金属蛋白酶包含一个金属离子——在这个例子中是锌，对于其活性至关重要）。Mpr1属于M36类金属蛋白酶，是真菌所特有的，并不存在于哺乳动物细胞中。

接下来研究人员人工生成一个C. neoformans株系，其细胞表面缺乏Mpr1蛋白。不同于正常的野生型C. neoformans，不含Mpr1的菌株不能穿越人类血脑屏障的人造模型。

接下来，他们采用一株普通的面包酵母菌——酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae，不能穿越血脑屏障，正常情况下不能表达Mpr1），对其进行修改，使其细胞表面表达Mpr1。然后，这个菌株就获得了穿越血脑屏障模型的能力。

然后，研究人员用缺乏Mpr1的C. neoformans或野生型菌株，注入小鼠血液中，感染小鼠。在48小时后，比较小鼠的脑部病理学，他们发现，感染野生型菌株的小鼠脑部组织，遍布着许多隐球菌囊肿；而感染缺乏Mpr1菌株的小鼠中，则没有检测到这些病变。在另一项实验中，通过吸入途径被感染37天之后，接触野生型C. neoformans的小鼠有85%死亡，而所有感染Mpr1缺乏真菌的小鼠都还活着。

Gelli称：“我们的研究第一次明确地证明，在对中部神经系统的侵入过程中，真菌蛋白酶起着一个特殊作用。我们正在调查它是如何穿越血脑屏障的。”

新的靶向治疗
根据Gelli介绍，他们的研究结果，通过两种重要的机制，具有显著的治疗潜力。Mpr1，或者它穿越血脑屏障机制的一个方面，都可能是C. neoformans所致脑膜炎新药物的一个靶标。在肺部感染隐球菌的患者中，采用这样一种治疗方法，将完美地阻止真菌进入大脑并导致迅速致命的脑膜炎。

其次，Mpr1可以开发为脑部感染和癌症药物传递载体的一部分。本身无法穿越血脑屏障的抗生素或抗癌药物，可以结合到含有Mpr1的纳米粒子上，相当于搭便车，将药物传递到需要的部位。

Gelli称：“治疗许多脑部癌症和感染的最大障碍是，如何获得能够穿越血脑屏障的良好药物。如果我们能设计一种进入大脑的有效药物传递系统，那么对于这些可怕的疾病治疗来说，影响将是巨大的。”

Gelli的研究小组目前正在寻找这样一种使用Mpr1的纳米给药系统。他们也在进一步调查Mpr1破坏血脑屏障的确切分子机制。

（生物通：王英）

延伸阅读：Neuron：穿过血脑屏障传输抗体的新技术

生物通推荐原文摘要：
Invasion of the Central Nervous System by Cryptococcus neoformans Requires a Secreted Fungal Metalloprotease
ABSTRACT：Cryptococcus spp. cause life-threatening fungal infection of the central nervous system (CNS), predominantly in patients with a compromised immune system. Why Cryptococcus neoformans has this remarkable tropism for the CNS is not clear. Recent research on cerebral pathogenesis of C. neoformans revealed a predominantly transcellular migration of cryptococci across the brain endothelium; however, the identities of key fungal virulence factors that function specifically to invade the CNS remain unresolved. Here we found that a novel, secreted metalloprotease (Mpr1) that we identified in the extracellular proteome of C. neoformans (CnMpr1) is required for establishing fungal disease in the CNS. Mpr1 belongs to a poorly characterized M36 class of fungalysins that are expressed in only some fungal species. A strain of C. neoformans lacking the gene encoding Mpr1 (mpr1Δ) failed to breach the endothelium in an in vitro model of the human blood-brain barrier (BBB). A mammalian host infected with the mpr1Δ null strain demonstrated significant improvement in survival due to a reduced brain fungal burden and lacked the brain pathology commonly associated with cryptococcal disease. The in vivo studies further indicate that Mpr1 is not required for fungal dissemination and Mpr1 likely targets the brain endothelium specifically. Remarkably, the sole expression of CnMPR1 in Saccharomyces cerevisiae resulted in a robust migration of yeast cells across the brain endothelium, demonstrating Mpr1’s specific activity in breaching the BBB and suggesting that Mpr1 may function independently of the hyaluronic acid-CD44 pathway. This distinct role for Mpr1 may develop into innovative treatment options and facilitate a brain-specific drug delivery platform.