近日，瑞士巴塞爾大學(xué)Knut Drescher博士領(lǐng)銜的研究的團(tuán)隊(duì)，在頂級(jí)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表了一項(xiàng)顛覆認(rèn)知的重大研究成果[1]。
他們首次發(fā)現(xiàn)，霍亂弧菌會(huì)貼著免疫細(xì)胞表面大量增殖，包圍免疫細(xì)胞，然后在免疫細(xì)胞四周形成一層生物膜，并往里面分泌細(xì)胞毒素——溶血素，殺死免疫細(xì)胞，隨后散開(kāi)。最讓人震驚的是，免疫細(xì)胞破裂之后釋放的細(xì)胞液，會(huì)促進(jìn)霍亂弧菌的增殖！
【資料圖】
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，霍亂弧菌不僅殺了免疫細(xì)胞，還把它“吃了”！
或者，霍亂弧菌從被捕食者，搖身一變，成了捕食者！
用Drescher團(tuán)隊(duì)的話說(shuō)，霍亂弧菌顛覆了人類免疫細(xì)胞作為獵食者和細(xì)菌作為獵物的典型關(guān)系。
論文首頁(yè)截圖
Drescher博士是一名微生物學(xué)家，研究方向聚焦在細(xì)菌生物膜。
細(xì)菌生物膜并不是指覆蓋在細(xì)菌表面的一層膜，而是單一或多種細(xì)菌為適應(yīng)自然環(huán)境，在多糖蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)的幫助下形成的微菌落聚集物。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，生物膜是細(xì)菌抱團(tuán)形成的一種防御體系。
科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌生物膜可以保護(hù)細(xì)菌免遭噬菌體的攻擊，還可以阻止免疫細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的識(shí)別，甚至可以保護(hù)細(xì)菌免遭抗生素的殺害。不過(guò)目前科學(xué)家對(duì)細(xì)菌生物膜與免疫系統(tǒng)之間的相互作用仍知之甚少。
霍亂弧菌是研究生物膜的模式生物，因此也成為了Drescher團(tuán)隊(duì)的研究對(duì)象。在感染人類期間，霍亂弧菌定植于小腸，破壞腸上皮細(xì)胞和誘發(fā)炎癥反應(yīng)。霍亂弧菌也會(huì)分泌幾種毒素，逃避中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞的追殺。
然而，霍亂弧菌如何在細(xì)胞水平上與免疫細(xì)胞相互作用，以及生物膜在這種相互作用中是否有作用，目前尚不清楚。
Drescher團(tuán)隊(duì)先從人的血液中分離出中性粒細(xì)胞、CD4陽(yáng)性T細(xì)胞、自然殺傷（NK）細(xì)胞、B細(xì)胞和CD14陽(yáng)性單核細(xì)胞，并誘導(dǎo)CD14陽(yáng)性單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞。
在把這些人類免疫細(xì)胞和野生型（WT）霍亂弧菌混合培養(yǎng)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌會(huì)迅速附著在免疫細(xì)胞表面。免疫細(xì)胞表面的細(xì)菌隨著時(shí)間的推移不斷積累，并形成一個(gè)厚厚的多細(xì)胞層包被整個(gè)免疫細(xì)胞表面。在被霍亂弧菌合圍幾個(gè)小時(shí)后，免疫細(xì)胞死亡，隨后細(xì)菌散去。
霍亂弧菌能包圍一些類型的免疫細(xì)胞，黃色代表免疫細(xì)胞死亡
由于霍亂弧菌對(duì)巨噬細(xì)胞的親和力更強(qiáng)，Drescher團(tuán)隊(duì)把研究重點(diǎn)放在了巨噬細(xì)胞上。并用巨噬細(xì)胞和霍亂弧菌再現(xiàn)了附著→包圍→殺死免疫細(xì)胞并散開(kāi)的全過(guò)程（如下圖所示）。
曲終菌散
霍亂弧菌究竟對(duì)免疫細(xì)胞做了什么？竟然導(dǎo)致了免疫細(xì)胞的死亡！
雖然看上去很像是“圍毆”，但是Drescher團(tuán)隊(duì)想到了生物膜。
霍亂弧菌在非生物表面形成生物膜需要的4種細(xì)胞外基質(zhì)目前已經(jīng)比較清楚了，然而，Drescher團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這4種細(xì)胞外基質(zhì)在巨噬細(xì)胞表面的生物膜種雖然也能檢測(cè)到，但是含量非常低。而且即使是不能產(chǎn)生那4種細(xì)胞外基質(zhì)的霍亂弧菌也能在巨噬細(xì)胞表面形成生物膜，但是不可以在非生物表面形成生物膜。
如此看來(lái)，霍亂弧菌在巨噬細(xì)胞表面形成的生物膜需要的基質(zhì)，與之前的認(rèn)知有所不同。
出人意料的是，霍亂弧菌在巨噬細(xì)胞表明形成生物膜，需要甘露糖敏感血凝素（MSHA）纖毛和毒素共調(diào)（TC）纖毛這兩種IV型纖毛。而且這兩種纖毛也是霍亂弧菌附著在巨噬細(xì)胞上所必需的。
借助于熒光成像技術(shù)，Drescher團(tuán)隊(duì)證實(shí)，MSHA纖毛和TC纖毛確實(shí)是巨噬細(xì)胞生物膜細(xì)胞外基質(zhì)的一部分。
MSHA纖毛和TC纖毛是基質(zhì)的一部分
此外，Drescher團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，在霍亂弧菌包圍并殺死免疫細(xì)胞之后的分散階段，編碼TC纖毛的基因表達(dá)下調(diào)，生物膜從緊密狀態(tài)切換到松散狀態(tài)，便于霍亂弧菌的四散。
接下來(lái)的問(wèn)題是，霍亂弧菌究竟是如何殺死了免疫細(xì)胞。
他們發(fā)現(xiàn)，生物膜的厚度與巨噬細(xì)胞的死亡率有關(guān)，而且有幾種細(xì)胞毒素的表達(dá)水平在霍亂弧菌與巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)之后變化明顯，尤其是膜成孔毒素溶血素HlyA。一旦敲除HlyA的編碼基因，巨噬細(xì)胞的死亡水平大幅下降。
在確定HlyA是霍亂弧菌殺死巨噬細(xì)胞的主要毒素之后，Drescher團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)HlyA與生物膜的配合是霍亂弧菌的殺手锏。生物膜越厚，HlyA就越難穿越生物膜，這就造成了一個(gè)局部HlyA濃度超高的環(huán)境，最終毒死了被生物膜包圍的巨噬細(xì)胞。
機(jī)制示意圖
研究做到這里，按說(shuō)已經(jīng)結(jié)束了。不過(guò)，Drescher團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)新問(wèn)題：既然巨噬細(xì)胞是破裂而死，那巨噬細(xì)胞釋放出來(lái)的細(xì)胞液能不能滋養(yǎng)霍亂弧菌？
答案竟然是肯定的！
Drescher和他的同事監(jiān)測(cè)了霍亂弧菌在巨噬細(xì)胞裂解液存在下的生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌竟以裂解液濃度依賴的方式生長(zhǎng)。因此，他們認(rèn)為殺死巨噬細(xì)胞是霍亂弧菌的一種掠奪性特征。
這個(gè)發(fā)現(xiàn)真是讓人毛骨悚然。
結(jié)合上面的機(jī)制圖，我們可以想到：霍亂弧菌以生物膜包圍免疫細(xì)胞之后，再用細(xì)胞毒素殺死免疫細(xì)胞，在“吸干”免疫細(xì)胞釋放的汁液之后，“抹抹嘴”一哄而散，尋找下一個(gè)目標(biāo)。
難怪霍亂被列為甲類傳染病。
基于以上研究結(jié)果，Drescher認(rèn)為：霍亂弧菌已經(jīng)發(fā)展出一種新機(jī)制，它們可以集體行動(dòng)，殺死感染部位的免疫細(xì)胞，從而減少周圍的吞噬免疫細(xì)胞數(shù)量；也就是說(shuō)所，霍亂弧菌不會(huì)像其他細(xì)菌那樣把生物膜當(dāng)作避難所，而是將生物膜作為一種積極策略主動(dòng)攻擊并掠奪免疫細(xì)胞。
“人為刀俎，我為魚(yú)肉”的形式，變了！
參考文獻(xiàn)：
[1].Lucia Vidakovic, Sofya Mikhaleva, et al. Biofilm formation on human immune cells is a multicellular predation strategy of Vibrio cholerae. Cell. 2023. doi:10.1016/j.cell.2023.05.008
