發(fā)現(xiàn)致病菌穿透血腦屏障的潛在機(jī)

人血腦屏障( blood-brain barrier，BBB )由單層的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞( brain micro-vascular endothelial cells，HBMECs )構(gòu)成，可以保護(hù)大腦免受血源性病原體的侵害。腦膜炎是嚴(yán)重的疾病之一，但主要引起腦膜炎的細(xì)菌病原體通過BBB到達(dá)大腦的機(jī)制仍然知之甚少。

該研究發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌、B族鏈球菌和新生兒腦膜炎大腸桿菌通常利用一種獨(dú)特的囊泡融合機(jī)制搭便車轉(zhuǎn)鐵蛋白受體( TfR )穿過血腦屏障，并在體外人血腦屏障模型和小鼠模型中闡明了這一過程的細(xì)節(jié)。

來自細(xì)菌囊泡( BCVs )的Toll樣受體信號(hào)觸發(fā)先天性免疫調(diào)節(jié)因子TRAF3的Lys168和Lys181的K33連接的多聚泛素化，進(jìn)而激活BCVs上包含鳥嘌呤核苷酸交換因子RCC2、小GTP酶Ral A和胞外囊泡亞復(fù)合物I ( SC I )的蛋白質(zhì)復(fù)合物的形成。SEC6在SC I中的獨(dú)特功能，直接與BCVs上的Ral A和Tf R囊泡上的SNARE蛋白SNAP23相互作用，將這兩個(gè)囊泡連接起來并啟動(dòng)融合?？傊?，該研究表明天然免疫觸發(fā)了TRAF3的獨(dú)特修飾，并在BCVs上形成了HBMEC特異性蛋白復(fù)合物，以驗(yàn)證TfR囊泡的精確識(shí)別和選擇，以融合并促進(jìn)細(xì)菌穿透BBB。

細(xì)菌性腦膜炎是世界范圍內(nèi)發(fā)生的一種毀滅性疾病，仍然是導(dǎo)致高死亡率和高發(fā)病率的主要原因。循環(huán)于血液中的病原菌穿透血腦屏障( blood-brain barrier，BBB )侵入大腦，然后在那里繁殖并誘導(dǎo)促炎因子和有毒化合物的釋放，進(jìn)而導(dǎo)致腦膜炎。新生兒腦膜炎大腸桿菌( NMEC )和B族鏈球菌( GBS )是新生兒腦膜炎的兩大主要致病菌，肺炎鏈球菌( SPN )是新生兒期后細(xì)菌性腦膜炎的主要致病菌。致病菌穿透BBB的機(jī)制是它們引起腦膜炎的先決條件，但仍知之甚少。人血腦屏障由人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞( HBMECs )組成。異常低的轉(zhuǎn)胞率使BBB能夠保護(hù)大腦免受血源性病原體，包括病原體和毒素的攻擊。在血液循環(huán)和粘附到BBB頂端后，致病菌利用不同的策略穿透BBB到達(dá)其基底側(cè)。SPN、GBS和NMEC可以通過侵入和穿過HBMECs通過跨細(xì)胞途徑穿透BBB。入侵后，NMEC、GBS和SPN定位于膜結(jié)合囊泡中；然而，這些含細(xì)菌的囊泡( BCVs )從頂端側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到基底側(cè)的機(jī)制，特別是穿胞率較低。然而，這些含細(xì)菌囊泡( bacteria-containing vesicles，BCVs )從頂側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到底側(cè)的機(jī)制，特別是在HBMECs中的低轉(zhuǎn)胞率，仍然是未知的。

細(xì)菌對(duì)血腦屏障的滲透與HBMECs中TfR的細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸有關(guān)（圖源自PNAS ）轉(zhuǎn)鐵蛋白受體( TfR )轉(zhuǎn)胞是HBMECs中為數(shù)不多的有活性的轉(zhuǎn)胞途徑之一。TfR在BBB上高度表達(dá)，與血液中的鐵結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)鐵蛋白( transferrin，Tf )結(jié)合，通過網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用與內(nèi)吞囊泡內(nèi)化，并將鐵跨過BBB。該研究證明了NMEC、GBS和SPN感染激活了BCVs與TfR囊泡的相同融合過程，這使得這些細(xì)菌能夠?qū)⑵浯┩?/span>BBB與TfR穿胞偶聯(lián)起來，并在HBMECs和小鼠模型中闡明了這一過程的細(xì)節(jié)。這種囊泡融合在時(shí)間和空間上是由Toll樣受體( Toll-like receptor，TLR ) - TRAM - TRIF通路下游的TRAF3的獨(dú)特修飾、BCVs上TRAF3 - RCC2 - RalA - exocyst subcomplex I ( SC I )復(fù)合物的形成以及通過SEC6與TfR囊泡上的可溶性N-乙基馬來酰亞胺敏感性融合蛋白激活蛋白受體( soluble N-乙基馬來酰亞胺敏感性融合蛋白activating protein receptor，SNARE )蛋白SNAP23的相互作用而將SC I連接起來的。這種囊泡融合響應(yīng)先天性免疫信號(hào)耦合細(xì)菌驅(qū)逐到TfR囊泡的胞內(nèi)運(yùn)輸，代表了一種HBMEC特異性的細(xì)胞免疫防御機(jī)制，被主要的腦膜炎致病菌利用來穿越BBB并感染大腦。