执行刽子手半胱天冬酶：抵御单核细胞增生李斯特菌感染的新防线

在细菌感染防御研究中，单核细胞增生李斯特菌（Lm）的感染机制及宿主防御方式备受关注。研究人员针对 Lm 感染，探究激活的执行刽子手半胱天冬酶（caspases）作用。结果发现，caspases - 3 和 - 7 能抑制细胞内 Lm 生长，降解其毒力介质。这揭示了新防御机制，意义重大。

　　在生命的微观战场上，细菌与宿主之间的攻防战时刻都在上演。单核细胞增生李斯特菌（Lm）就是这样一个 “狡猾” 的敌人，它能够侵入人体细胞，在细胞内安营扎寨、大量繁殖，进而引发严重疾病，尤其是对免疫功能低下人群和孕妇，危害极大。然而，目前对于宿主如何抵御 Lm 感染的机制，科学家们尚未完全明晰。在众多免疫防御的 “武器” 中，细胞死亡相关的机制一直是研究热点，但细胞凋亡在抗菌防御中的具体作用却迷雾重重，特别是执行刽子手半胱天冬酶（caspases）在对抗细胞内细菌感染时的角色，更是充满了未知。为了揭开这些谜团，来自瑞士弗里堡大学（University of Fribourg）的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Cell Death and Disease》杂志上。

这项研究对于深入理解宿主免疫防御机制、开发新的抗感染策略意义非凡。如果能够明确宿主对抗 Lm 感染的关键机制，就有可能为治疗 Lm 感染相关疾病提供全新的思路和方法，帮助那些深受感染威胁的患者。

研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。基因编辑技术（CRISPR/Cas9）用于敲除 HeLa 细胞和 THP - 1 细胞中的 caspase - 3 和 - 7 基因，从而探究这些基因缺失对细胞抵抗细菌感染能力的影响。蛋白质组学技术，包括比较二维十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（2D SDS - PAGE）和末端胺同位素标记底物技术（TAILS），用于鉴定 caspase - 3 的底物，寻找其在 Lm 分泌组中作用的关键蛋白。此外，细菌感染实验、菌落形成单位（CFU）计数、生长曲线测定等方法，用于评估细菌在细胞内的生长情况 ，判断宿主细胞对 Lm 感染的抵抗能力。

下面来看具体的研究结果：

1. 执行刽子手半胱天冬酶活性受 Lm 感染诱导并抑制其细胞内生长：研究人员用野生型（WT）或 LLO 缺陷型 Lm 感染 HeLa 细胞，通过检测发现，WT Lm 和鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella enterica serovar Typhimurium）感染能诱导显著的 DEVDase 活性，而 LLO 缺陷型 Lm 则不能。这表明 Lm 感染可诱导执行刽子手半胱天冬酶的活性，且这种诱导依赖于 LLO。同时，抑制执行刽子手半胱天冬酶的活性会增加细胞内 Lm 的生长，而肿瘤坏死因子 α（TNF - α）处理则能降低细菌载量，说明激活的执行刽子手半胱天冬酶能抑制 Lm 在细胞内的生长。
2. Lm 感染并 TNF - α 处理导致细胞质 DEVDase 高活性但不诱导宿主细胞死亡：用荧光 DEVD 标记活跃的半胱天冬酶，通过显微镜观察发现，Lm 感染并 TNF - α 处理 7 小时后，约一半细胞呈现明亮的细胞质 DEVD 染色，但这些细胞的核形态和细胞骨架组织并未显示明显的凋亡特征。这表明即使在高细胞质半胱天冬酶活性的情况下，宿主细胞在低感染复数（MOI ≤1）时仍能保持存活。
3. 缺乏执行刽子手半胱天冬酶的宿主细胞对细菌感染的抵抗力降低：利用 CRISPR/Cas9 技术敲除 HeLa 细胞和 THP - 1 细胞中的 caspase - 3 和 - 7 基因后发现，缺乏这些基因的细胞对 Lm 感染的抵抗力明显下降。在 HeLa 细胞中，同时敲除 caspase - 3 和 - 7 基因的细胞对 Lm 生长的抵抗力显著低于野生型细胞；在 THP - 1 细胞中，敲除 caspase - 7 基因也导致细胞内 Lm 和鼠伤寒沙门氏菌的生长增加，说明执行刽子手半胱天冬酶在宿主抵抗细菌感染中发挥着重要作用。
4. caspase - 3 降解参与病原体 - 宿主相互作用的 Listeria 上清液蛋白：通过蛋白质组学分析，研究人员在 Lm 无细胞上清液中鉴定出多个 caspase - 3 底物，包括 LLO、侵袭相关蛋白 p60（Iap）等。这些底物参与了病原体 - 宿主相互作用的关键途径，如 ATP 结合盒（ABC）转运体复合物、PrfA 依赖的毒力因子和肽聚糖水解酶等。实验还验证了 caspase - 3 能有效且剂量依赖性地切割 LLO 和 Iap，进一步证实了 caspase - 3 在降解 Lm 毒力介质中的作用。
5. caspase - 不可切割的 LLO 或 Iap 突变体使 Lm 在 HeLa 细胞中更具毒性：研究人员构建了分泌 caspase - 3 和 - 7 不可切割的 LLO 或 caspase - 3 不可切割的 Iap 的 Lm 突变株。实验表明，这些突变株在 HeLa 细胞中的生长优势明显，与野生型 Lm 相比，感染含有突变蛋白的 Lm 后，细胞内细菌数量显著增加。这直接证明了 caspase 介导的毒力介质降解与细胞内 Lm 生长之间的紧密联系。

综合研究结论和讨论部分，这项研究明确了执行刽子手半胱天冬酶 - 3 和 - 7 是宿主抵御细胞内 Lm 感染的重要防线。它们通过靶向降解 Lm 的多种毒力介质，抑制 Lm 在细胞内的生长，从而保护宿主细胞免受感染。虽然目前对于 Lm 感染触发执行刽子手半胱天冬酶活性的具体机制尚不完全清楚，且该防御机制在体内的全面作用还需要更多研究，但这一发现无疑为深入理解宿主与细菌之间的相互作用提供了新的视角，也为未来开发针对 Lm 感染的新型治疗策略奠定了坚实基础。