近日，中國科學院上海巴斯德研究所酒亞明課題組在《自然-通訊》（Nature?Communications）上，發(fā)表了題為Salmonella effector SopB reorganizes cytoskeletal vimentin to maintain replication vacuoles for efficient infection的研究論文。該研究利用多種顯微成像、組學分析和高通量藥物篩選等技術，首次闡述了沙門氏菌利用宿主細胞的中間絲vimentin保護其用于增殖的復制泡，進而促進細菌感染的功能和分子機理。該工作篩選并在細胞和動物水平鑒定出臨床小分子藥物可通過調控vimentin的動態(tài)重構抑制沙門氏菌感染。

腹瀉病是常見的胃腸道疾病。沙門氏菌（Salmonella）作為常見的人畜共患病原菌，是導致腹瀉病的常見的致病菌之一。隨著抗生素濫用，沙門氏菌的耐藥現(xiàn)象日益嚴重，同時，隨著時間推移，其耐藥率正在大幅上升，耐藥譜也在不斷增寬。近期研究發(fā)現(xiàn)沙門氏菌中出現(xiàn)多達36處突變基因，對頭孢霉素、青霉素、四環(huán)素等14種抗生素產(chǎn)生不同程度的耐藥性。由傳統(tǒng)抗生素構建的抗菌防線正面臨失效的可能，這將給全球養(yǎng)殖業(yè)和人類健康帶來威脅。因此，從宿主細胞的角度研究其對細菌感染的調控機制，以宿主細胞蛋白為新的抗感染靶點，將為沙門氏菌特別是耐藥株感染的臨床治療和藥物研發(fā)提供新的思路和線索。

Vimentin作為重要的細胞骨架中間絲蛋白，在不同種屬間具有高度保守性。在正常生理狀態(tài)下，vimentin對維持細胞完整性具有重要作用。而在不同病理狀態(tài)下，vimentin顯現(xiàn)出復雜的生物學功能，不僅參與細胞形變、運動和細胞器錨定等，而且在腫瘤侵襲轉移、病原體感染、自身免疫及創(chuàng)傷過程中發(fā)揮重要功能，特別是在病原體感染過程中的作用近年來備受重視。

Vimentin在多種病原體感染過程中扮演重要角色。酒亞明課題組圍繞vimentin對病原感染的動態(tài)應答及其在感染過程中的調控功能發(fā)表了系列工作：發(fā)現(xiàn)vimentin在寨卡病毒感染中發(fā)揮物理空間支撐與生物功能調控的雙重作用（Zhang et al., PNAS 2022）；回顧性提煉vimentin在不同病毒的入侵、轉運、復制、組裝和釋放等不同環(huán)節(jié)中發(fā)揮關鍵功能的規(guī)律（Zhang et al., Journal of Cell Science 2020）；總結不同表達形式的vimentin參與細菌感染，包括介導細菌入侵和轉移、調控細菌感染的免疫反應等（Miao et al., Journal of Cell Science 2023）；發(fā)現(xiàn)vimentin通過影響細胞的遷移模式調控遷移體的生成過程（Fan et al., Journal of Cell Biology 2022）。

以此為基礎，本研究利用共聚焦顯微鏡、活細胞實時觀察、三維重建等生物成像和分析技術，觀察到沙門氏菌的感染誘導宿主細胞骨架中間絲蛋白vimentin聚集在沙門氏菌復制場所——含沙門氏菌復制泡（Salmonella-containing vacuole，SCV）周圍；缺失vimentin使SCV分散在胞質中，且沙門氏菌在宿主細胞中的復制受到明顯抑制；回補vimentin后SCV的形態(tài)及沙門氏菌的復制均得到恢復。這表明重構的vimentin通過維持SCV形態(tài)促進了沙門氏菌的復制。那么，沙門氏菌是如何誘導宿主蛋白vimentin的重構？

利用免疫共沉淀聯(lián)合質譜分析，研究發(fā)現(xiàn)沙門氏菌的三型分泌系統(tǒng)（Type III Secretion System，T3SS）效應蛋白SopB與vimentin相互作用且誘導其發(fā)生重構。進一步，研究表明，SopB N端的Cdc42結合功能域通過結合并激活Cdc42，誘導vimentin的重構，進而促進沙門氏菌的復制。同時，基于高內涵成像系統(tǒng)的高通量藥物篩選以及蛋白活性檢測結果表明，沙門氏菌效應蛋白SopB激活MEK1/2進而誘導vimentin重構。進一步的上下游實驗結果表明，沙門氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2這一信號軸誘導vimentin重構進而促進細菌在宿主細胞中復制（圖1）。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)通過高通量藥物篩選得到的小分子臨床藥物不論是在細胞水平還是動物體內，均具有顯著的抗沙門氏菌感染作用（圖1）。

本研究揭示了沙門氏菌復制的決定性機制以及細菌和宿主細胞骨架之間新的相互作用機制，為沙門氏菌特別是耐藥株感染的臨床治療和藥物研發(fā)提供了新的思路和線索。廣州市婦女兒童醫(yī)療中心、同濟大學的科研人員參與研究。

論文鏈接

上海巴斯德所等揭示沙門氏菌毒力因子SopB挾持宿主細胞中間絲促進細菌復制-肽度TIMEDOO

　　沙門氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2信號軸誘導vimentin重構進而促進細菌在宿主細胞中復制，高通量藥物篩選得到的小分子藥物具有顯著的體內、外抗沙門氏菌感染作用。

來源：中科院