結核分枝桿菌脂磷酸酶劫持宿主泛素抑制細胞焦亡

（tuberculosis，

TB

）是由

結核分枝桿菌

（M。 tuberculosis，

Mtb

）感染引起的一類重大慢性傳染病。據世界衛生組織報道，2020年全球有近990萬新發TB患者，並有約151萬人因TB感染導致死亡。中國科學院微生物研究所的劉翠華團隊長期致力於Mtb與宿主互作機制方面的研究，近年來在Nature Immunology（2015）、Nature Communications（2019，2017）、Autophagy（2021）、EMBO Report（2021）、Cellular & Molecular Immunology（2018，2019）等期刊發表系列研究工作，揭示了一系列病原菌與宿主相互博弈的動態過程及分子機制，為TB防治提供了多種新思路和潛在新靶點。

炎症小體

（inflammasome）是近年來在哺乳動物免疫細胞中發現的一種多聚蛋白複合物，主要由胞質中的模式識別受體（如NLRP3和AIM2等）、凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）及caspase-1前體蛋白（pro-caspase-1）組成。當受到活化訊號刺激時，炎症小體能夠迅速組裝並使pro-caspase-1發生自剪下產生具有酶活性的caspase-1，後者進一步剪下下游的關鍵效應分子gasdermin D（GSDMD）及炎性細胞因子前體pro-IL-1β和pro-IL-18，剪下後的GSDMD的N-末端效應結構域（GSDMD-N）隨後在質膜內側聚集併產生孔洞，進而介導成熟的炎性細胞因子（IL-1β和IL-18）的釋放及細胞焦亡（pyroptosis）的發生。

已有研究提示，炎症小體—細胞焦亡通路在宿主抵抗Mtb等病原體感染過程中發揮重要作用。然而，這些病原體是否能夠以及如何逃逸該免疫機制尚不清楚。

因此，進一步鑑定Mtb等病原體調控宿主炎症小體—細胞焦亡通路的關鍵效應蛋白並闡明其作用機理有望為TB等感染性疾病提供新的藥物靶標及干預策略。

10月14日，中國科學院微生物研究所

劉翠華

團隊與北京師範大學

邱小波

團隊合作在

Science

發表了最新研究，題為

A bacterial phospholipid phosphatase inhibits host pyroptosis by hijacking ubiquitin

，

揭示了Mtb透過劫持宿主泛素而重塑宿主細胞的膜脂組成進而抑制細胞焦亡的新機制

（圖1）

。

首先，研究人員透過在HEK293T細胞中構建AIM2和NLRP3炎症小體的重組系統對Mtb編碼的真核樣分泌蛋白進行全面篩選，鑑定出Mtb分泌的

蛋白磷酸酶

PtpB

是宿主炎症小體—細胞焦亡通路的潛在抑制分子。進一步的研究表明，

PtpB在Mtb感染時可定位至宿主細胞質膜並依賴其磷酸酶活性去磷酸化質膜上的磷脂醯肌醇-4-單磷酸（PI4P）及磷脂醯肌醇-(4,5)-二磷酸（PI(4,5)P2），從而抑制GSDMD-N在質膜上的聚集並阻止細胞焦亡及細胞因子IL-1β和IL-18的釋放。

有趣的是，

PtpB雖然在細胞內具有顯著的去磷酸化PI4P及PI(4,5)P2的功能，但其在細胞外僅表現出有限的脂磷酸酶活性

。結構生物學分析表明PtpB的酶活中心（P-loop）被掩蓋在一個蓋狀的柔性雙螺旋結構（lid）內，提示其磷酸酶活性可能受到動態調控。在之前的研究工作中，劉翠華團隊發現Mtb編碼的另一種蛋白磷酸酶PtpA可透過結合宿主泛素調控自身的磷酸酶活性進而發揮免疫抑制功能（Nature Immunology，2015）。受該工作啟發，研究人員推斷PtpB的磷酸酶活性可能也受到宿主細胞中特定分子的調控。進一步的深入探尋證實了PtpB依賴一個特殊的真核樣

泛素結合模序

（UIM-like）透過疏水相互作用結合宿主泛素並被其啟用進而去磷酸化PI4P和PI（4，5）P2，導致這兩種分子在宿主細胞質膜上的丰度顯著減少進而抑制GSDMD-N在質膜上的聚集及細胞焦亡的發生。

隨後的小鼠感染實驗證明，破壞PtpB的脂磷酸酶活性或泛素結合區域可以顯著增強宿主在感染早期依賴GSDMD的保護性免疫反應及清除Mtb的能力，並減輕宿主在感染晚期的病理性免疫損傷。綜上，

該研究揭示了Mtb利用脂磷酸酶PtpB挾持宿主泛素進而拮抗GSDMD介導的細胞焦亡的病原免疫逃逸新機制，提供了基於病原-宿主互作介面的TB治療新思路和潛在新靶標。

圖1。 結核分枝桿菌劫持泛素調控宿主的膜脂穩態進而抑制細胞焦亡

劉翠華課題組的特別研究助理柴琪瑤、客座研究生餘珊珊以及博士研究生鍾延昭為該論文的並列第一作者，中國科學院微生物研究所的

劉翠華

研究員、

汪靜

專案研究員和北京師範大學的

邱小波

教授為共同通訊作者。

文章連結：

http://doi.org/10.1126/science.abq0132

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