一項(xiàng)新的研究成果揭示了細(xì)菌毒性效應(yīng)子抑制細(xì)胞自噬的分子機(jī)制，該研究詳細(xì)地闡釋了嗜肺軍團(tuán)菌（Legionellapneumophila）利用其分泌的毒性效應(yīng)子RavZ切除細(xì)胞自噬的關(guān)鍵蛋白質(zhì)LC3-PE（磷脂酰乙醇胺修飾的LC3蛋白）的分子機(jī)制，嗜肺軍團(tuán)菌利用該機(jī)制導(dǎo)致宿主細(xì)胞自噬體無(wú)法形成，從而有效地規(guī)避了宿主細(xì)胞的抵御功能。
嗜肺軍團(tuán)菌是一類革蘭氏陰性菌，一種原發(fā)的人類病原體，是造成肺炎的常見(jiàn)病菌，死亡率可以達(dá)到約30%。該細(xì)菌在自然界十分普遍，尤其在25-45℃的溫暖環(huán)境，比如流動(dòng)性較差的熱自來(lái)水儲(chǔ)存箱和水冷式空調(diào)機(jī)的冷卻水中。細(xì)胞自噬（autophagy）是依賴溶酶體途徑對(duì)胞質(zhì)蛋白和細(xì)胞器進(jìn)行降解的一種過(guò)程，在維持細(xì)胞動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮了重要作用。細(xì)胞自噬也能清除入侵胞內(nèi)的細(xì)菌，是一種宿主細(xì)胞抵御細(xì)菌感染的重要機(jī)制。某些細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)化出一些機(jī)制來(lái)規(guī)避宿主細(xì)胞自噬，以達(dá)到在宿主細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)和增殖的目的。
“我們希望通過(guò)研究嗜肺軍團(tuán)菌規(guī)避宿主細(xì)胞自噬的機(jī)制，為開(kāi)發(fā)有效的抗菌藥物提供途徑?！眳且牟┦空f(shuō)。
研究表明，嗜肺軍團(tuán)菌通過(guò)IV型分泌系統(tǒng)可將毒性效應(yīng)蛋白R(shí)avZ注入宿主細(xì)胞，抑制宿主細(xì)胞自噬活性，從而使細(xì)菌在細(xì)菌-宿主競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。由于缺乏合適的研究工具，RavZ如何識(shí)別和切除LC3-PE從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞自噬的抑制一直困擾著科學(xué)家們。吳耀文團(tuán)隊(duì)巧妙地利用化學(xué)方法合成制備了一系列末端修飾的LC3蛋白質(zhì)復(fù)合物，利用這些化學(xué)修飾的蛋白質(zhì)工具，他們研究了RavZ作用于LC3-PE的結(jié)構(gòu)-效能關(guān)系，再結(jié)合結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物物理和細(xì)胞生物學(xué)方法，首次揭示了RavZ識(shí)別和切除LC3-PE的分子機(jī)制。該研究顯示，嗜肺軍團(tuán)菌感染宿主細(xì)胞后，將毒性效應(yīng)子RavZ注入宿主細(xì)胞，RavZ首先通過(guò)自身包含的LC3作用域(LC3-interactingregion，LIR)與膜上的LC3結(jié)合，同時(shí)通過(guò)碳端結(jié)構(gòu)域特異地與自噬體的膜上的磷脂酰肌醇3-磷酸（Phosphatidylinositol3-phosphate，PI3P）結(jié)合。RavZ還通過(guò)一個(gè)疏水性的α-螺旋（α3）插入到膜中，得以把LC3-PE的磷脂酰乙醇胺脂鏈從膜中“拔出”，從而形成RavZ與LC3-PE的復(fù)合物，RavZ再利用其蛋白酶活性切除LC3-PE的脂鏈，使得LC3蛋白質(zhì)無(wú)法再重新脂基化，最終導(dǎo)致細(xì)胞自噬體無(wú)法形成，從而抑制了宿主細(xì)胞的自噬活性，嗜肺軍團(tuán)菌得以在宿主細(xì)胞內(nèi)存活。
“嗜肺軍團(tuán)菌的毒性效應(yīng)子RavZ演化出‘鑷子’和‘剪子’雙功能，前者把LC-PE從膜中拔出，后者特異地把LC3-PE的脂鏈切除，就像做外科手術(shù)一樣，是一個(gè)非常精巧的分子機(jī)器。這可能是細(xì)菌在進(jìn)化過(guò)程中，為了抵御宿主細(xì)胞自噬的清除，演化出來(lái)的一種非常聰明的抵抗機(jī)制?！眳且牟┦拷忉屨f(shuō)。
這項(xiàng)研究不僅揭示了一種全新的細(xì)菌與宿主的作用機(jī)制，而且通過(guò)對(duì)這一機(jī)制的研究，該團(tuán)隊(duì)還找到了抑制RavZ活性的有效途徑，他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)多肽化合物可以很好的抑制RavZ對(duì)LC-PE的剪切，這為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)特異的抗菌藥物提供了廣闊的前景。