鼻上皮细胞对百日咳杆菌感染的有限应答机制及其免疫逃逸策略研究

这篇研究揭示了百日咳杆菌(Bordetella pertussis)临床分离株B1917通过黏液定植策略逃逸宿主免疫监视的创新机制。研究采用气液界面(ALI)培养的原代人鼻上皮细胞(hNECs)模型，结合转录组学和蛋白质组学分析，发现病原体主要定植于黏液层而非纤毛表面，通过III型分泌系统效应蛋白BteA非依赖性途径诱导MUC5AC黏蛋白上调，同时显著抑制炎症因子(如IL-1β、TNF-α)和抗菌肽(SPRR家族)表达。该成果为理解百日咳的早期感染机制提供了重要视角。

　　

鼻上皮细胞模型的建立与表征

研究团队通过细胞刷采集健康成人鼻黏膜细胞，采用条件重编程技术扩增后，在Transwell膜上建立气液界面(ALI)培养体系。经过28-30天分化，形成包含基底细胞(CD271⁺)、分泌细胞(CD66c^High)和纤毛细胞(CD66c^LowTub^High)的假复层上皮。流式细胞术分析显示不同供体间细胞比例存在显著差异，但单细胞转录组测序证实了关键标记基因的表达模式：基底细胞高表达NGFR和KRT5，分泌细胞富集MUC5B/MUC5AC，纤毛细胞特异性表达FOXJ1和CDHR3。

百日咳杆菌的定植模式与上皮屏障破坏

使用临床分离株B1917感染模型时，荧光显微镜观察发现细菌主要分布于黏液层，仅有不足1%的细菌与纤毛发生物理接触。与实验室常用Tohama I株相比，B1917表现出显著不同的定植特性——后者在24小时内即可大量附着于纤毛。通过跨上皮电阻(TEER)测量和紧密连接蛋白ZO-1染色证实，感染48小时后上皮屏障功能开始下降，72小时时ZO-1网络明显重组。值得注意的是，这种破坏与III型分泌系统(T3SS)效应蛋白BteA无关，因为缺失突变株ΔbteA与野生株引起的TEER下降程度相当。

宿主转录应答的特征

RNA-seq分析揭示24小时感染后仅69个基因发生显著变化(|log2FC|≥1)。最突出的变化是黏蛋白MUC5AC及其糖基化相关酶B3GNT6的上调，同时FOXA3转录因子激活。与此形成鲜明对比的是，炎症相关基因(IL-1α/β、CSF2、IL23A)和具有抗菌潜能的SPRR家族基因普遍下调。qPCR验证显示MUC5AC表达量增加3.5倍，而TNF-α变化无统计学意义。比较转录组分析发现，BteA缺失仅影响9个基因的表达，其中CREB调控转录共激活因子CRTC2的下调可通过基因互补恢复。

蛋白质组层面的验证

48小时后的质谱分析检测到20个差异表达蛋白，MUC5AC蛋白水平显著升高，与转录组数据一致。同时发现基质金属蛋白酶MMP1/MMP9和纤溶酶原激活物uPA的减少，这可能影响细胞外基质重塑。在BteA功能研究中，BAZ1B激酶和PHLDB2支架蛋白的表达变化表现出BteA依赖性，但蛋白质组主成分分析显示互补菌株的蛋白谱与野生型存在明显偏离，提示质粒表达的BteA可能未完全恢复天然调控网络。

讨论与机制解析

研究提出了"黏液避难所"假说：B1917通过黏液定植避免直接接触上皮细胞，从而逃逸模式识别受体(如TLR4/MD-2)的监测。这种策略与支气管上皮模型中观察到的强烈炎症反应形成对比，可能解释临床分离株的传播优势。虽然腺苷酸环化酶毒素(ACT)被认为是破坏上皮屏障的主要因素，但T3SS在HeLa细胞中表现的细胞毒性未在hNECs中重现，这可能与黏液层的物理阻隔影响效应蛋白递送有关。值得注意的是，单核细胞条件培养基可激活支气管上皮的炎症应答，提示完整免疫微环境对宿主防御的重要性。

该研究首次系统描绘了鼻上皮对百日咳杆菌的早期应答图谱，为改进疫苗设计提供了新思路——当前的无细胞疫苗(aP)虽能诱导循环抗体，但难以阻止黏膜定植。未来研究需揭示调控T3SS活性的宿主信号，并探索MUC5AC在细菌传播中的作用。ALI培养体系的建立也为呼吸道感染研究提供了更接近生理状态的实验模型。