结核分枝杆菌mmsA(Rv0753c)通过靶向STING负向调控Type I IFN反应及机制研究

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结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)引起的结核病(Tuberculosis, TB)是一种潜在致命的慢性传染性疾病。根据WHO《全球结核报告2017》,2016年全球结核病新增病例约1 040万,其中40万人合并HIV感染。Type I IFN是活动性结核病,区别于潜伏结核感染(Latent Tuberculosis Infection,LTBI)的关键生物学标志,且与疾病的严重程度相关。研究显示,Mtb感染引起的Type I IFN反应主要依赖于STING (Stimulator of Interferon Genes)介导的信号通路。STING是固有免疫中的重要接头分子,可介导胞内DNA的识别或直接识别环二核苷酸(Cyclic di-nucleotides,CDNs),从而活化I型IFN反应。具体来说,结核分枝杆菌DNA可结合DNA感受器cGAS,或细菌的c-di-AMP,均激活STING-TBK1-IRF3信号轴。目前对STING介导的免疫调控研究广受关注,多种宿主蛋白可通过与STING直接相互作用而调控Type I IFN反应,发挥抗病原体免疫防御作用(正向调控)或避免过强的免疫应答而维持机体的免疫稳态(负向调控),此外也存在多种病毒蛋白如HCV-NS4B、KSHV-vIRF1、HCMV-UL82等可直接结合STING发挥免疫逃避作用。尽管Type I IFN在病毒感染中的保护作用很明确,其对结核分枝杆菌感染结局的影响还有争论。基于以上研究背景,我们提出科学假设,结核分枝杆菌感染背景下,宿主或病原体蛋白可通过靶向接头分子STING调控Type I IFN反应。  本研究首先对结核感染中与STING相互作用的蛋白质进行了筛选。用结核分枝杆菌毒力株H37Rv感染小鼠巨噬细胞系RAW264.7,利用anti-STING进行免疫沉淀联合质谱分析,筛选出的候选互作蛋白包括来自宿主的Sox5、SFPQ、IFIT3b、Bhmt 及 Ebf2 和来自结核分枝杆菌的 mmsA(Rv0753c),通过文献检索重点关注IFIT3b及mmsA。经外源性免疫共沉淀验证,IFIT3b并不与STING相互作用,而mmsA可与STING相互作用。  mmsA ,即甲基丙二酸半醛脱氢酶( methylmalmonate semialdehyde dehydrogenase),是一种结核分枝杆菌的培养滤液蛋白。目前不多的研究集中于其可有助于区分潜伏结核感染与活动性结核病,亦有报道其可诱导树突状细胞的成熟及Th1型免疫反应,而mmsA对Type I IFN反应相关的调节功能还未见报道。我们构建了融合标签的mmsA原核、真核表达质粒及分枝杆菌-大肠杆菌穿梭表达质粒,及稳定表达mmsA的RAW264.7细胞株、过表达mmsA的重组耻垢分枝杆菌并制备了抗mmsA多克隆抗体。利用免疫共沉淀,首先证明外源性转染后mmsA和STING可彼此相互作用,接着进行内源性相互作用验证。同时免疫荧光进行共聚焦实验显示二者不仅可发生外源性共定位,在结核分枝杆菌感染后也可发生共定位。更进一步,我们构建了mmsA与STING的截短质粒,发现mmsA(1-251 aa)的N端,以及STING的N端跨膜结构域(1-190 aa),介导了二者的相互作用。此外,mmsA的酶活性位点可能部分影响其与STING的相互作用。  为了确定mmsA对I型IFN的作用,双萤光素酶报告基因实验显示mmsA可抑制 IFN-β 的启动子活性,RT-qPCR 提示 mmsA 可降低巨噬细胞中 IFN-β 和CXCL10的mRNA水平。免疫印迹结果显示,mmsA可抑制STING的二聚化,并干扰STING-TBK1的相互作用,使TBK1及IRF3的磷酸化水平降低,并抑制了IRF3的二聚化,这些结果表明mmsA可下调TBK1-IRF3信号。菌落形成单位实验提示mmsA降低分枝杆菌的胞内生存。后续我们对其调控机制进行了研究,结果显示在瞬时转染293T细胞和稳定转染RAW264.7细胞中,mmsA均可引起STING的降解。进一步发现,mmsA对STING的降解通过自噬,而不是蛋白酶体途径发挥作用。mmsA促进了STING与选择性自噬受体p62的相互作用,提示,mmsA可能通过p62介导的选择自噬性降解STING。  我们的研究鉴定出结核分枝杆菌蛋白 mmsA 可靶向结合固有免疫接头分子STING,从而负向调控Type I IFN反应,并探讨其潜在调节机制。在Mtb感染巨噬细胞中从蛋白质相互作用角度探讨STING介导信号通路的调控,有利于更深入的理解 Mtb 潜伏感染的机制,为潜伏结核感染的免疫诊断、潜伏感染发展至活动性结核病的风险预测提供新的线索。
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