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Science:解析金黄色葡萄球菌劫持免疫防御的机制

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)存在于人类的皮肤上或呼吸道中,常常引起脓肿或疖形式的皮肤感染。这些细菌通常并不是很危险,而当进入到血流时则会引起严重问题,导致诸如败血症和脑膜炎等疾病。抗生素耐药菌株,如甲氧西林金黄色耐药葡萄球菌(MRSA)极难治疗,成为了全球医疗保健系统感到困扰的难题。

日前,来自芝加哥大学(University of Chicago)的科学家发现了金黄色葡萄球菌劫持人类的初级免疫防御机制,这些细菌正是借此机制来破坏宿主的白细胞。研究人员在《科学》(Science)杂志上报告称,金黄色葡萄球菌不仅利用自身的武器来预测每次免疫防御,还让这些免疫防御转向去对付宿主。

中性粒细胞是人类免疫反应的第一道防线,这类白细胞能够让侵入物陷入到中性粒细胞胞外诱捕网(Neutrophil Extracellular Trap, NETs 一种网状的 DNA 和蛋白质结构)中。捕获的细菌随后被巨噬细胞破坏。然而,金黄色葡萄球菌感染部位往往不被巨噬细胞标记,这表明这种细菌以某种方法保护自身对抗了免疫系统。

为了揭示这些细菌是如何避开人类免疫反应的,研究人员对一系列的金黄色葡萄球菌进行了筛查,这些细菌具有的一些突变关闭了人们认为在感染中起作用的某些基因。科学家观察了这些突变细菌在活体组织中的行为,鉴别出了两种无法逃避巨噬细胞攻击的菌株。而当菌株中的葡萄球菌核酸酶(nuc)和腺苷合成酶 A (adsA)基因突变分别被逆转时,感染部位再度免受巨噬细胞攻击。

为了查明作用机制,研究人员在实验室培养皿中将金黄色葡萄球菌与中性粒细胞、巨噬细胞共培养。在这种环境下,白细胞是健康的,并能够清除细菌。但当研究人员添加一种化学药物刺激 NET 形成时,却触发了巨噬细胞死亡。在认识到金黄色葡萄球菌响应 NETs 生成了一种有毒产物后,该研究小组采用高效液相色谱法和质谱技术分离出了这种分子。他们发现,金黄色葡萄球菌正将 NETs 转换为 2'-脱氧腺苷(dAdo),一种对巨噬细胞有毒的分子。这有效地将 NETs 转变为了对付免疫系统的武器。

研究人员指出,几乎每个人迟早都会遭到某些形式的金黄色葡萄球菌感染。而这项研究首次描述了这些细菌利用了这种机制将巨噬细胞排除在感染部位之外。再加上从前已知的适应性免疫反应抑制机制,差不多保证了这些生物体能够感染成功。

研究人员希望能够利用他们的发现,开发出对抗金黄色葡萄球菌感染的治疗方法。但由于两种基因和 dAdo 分子都与人类重要的生理机制密切相关, 研究人员认为在细菌中靶向它们而不损害人体功能,有可能是非常困难的。

研究人员表示,理论上可以制造出针对这些细菌酶的抑制剂或是除去它们。但这些还是有待检验的全新领域,实现这一目标还需要开展更多的研究。

原文检索:

Vilasack Thammavongsa, Dominique M. Missiakas, Olaf Schneewind. Staphylococcus aureus Degrades Neutrophil Extracellular Traps to Promote Immune Cell Death. Science 15 November 2013; DOI: 10.1126/science.1242255

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