Nature:痢疾变形虫通过蚕食活细胞杀死细胞

【字体: 时间:2014年04月11日 来源:生物通

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  目前,发表在2014年4月9日《Nature》杂志的一项最新研究,揭示了痢疾变形虫发挥其破坏作用的方式:通过蚕食活细胞。这项研究为痢疾变形虫传染病的治疗新药提供了一个潜在靶标,并转变了人们对这种寄生虫如何起破坏作用的理解。

  

The amoeba E. histolytica (in green) takes a bite out of a human cell (outlined in pink).

生物通报道:痢疾内变形虫(Entamoeba histolytica),也叫溶组织内阿米巴,主要寄生于结肠内,引起阿米巴痢疾或阿米巴结肠炎。痢疾阿米巴也是根足虫纲中最重要的致病种类,在一定条件下,并可扩延至肝、肺、脑、泌尿生殖系和其他部位,形成溃疡和脓肿。痢疾变形虫是一种单细胞生物,大小大约为一个尘螨的十分之一,影响全世界的5000万人,每年杀死多达10万人。目前,发表在2014年4月9日《Nature》杂志的一项最新研究,揭示了这种微生物发挥其破坏作用的方式:通过蚕食活细胞。这项研究为E. histolytica传染病的治疗新药提供了一个潜在靶标,并转变了人们对这种寄生虫如何起破坏作用的理解。

本文通讯作者、美国弗吉尼亚大学传染病专家William Petri已经研究E. histolytica超过20年,他指出:“这一细胞蚕食过程,一百多年来都不为该领域的每个人所知,包括我在内。”

虽然科学家们对于溶组织内阿米巴的研究已经超过一个世纪,但是关于这种寄生虫仍然是一个谜。问题的一部分是,它的行为不可预测。这些感染者很多根本没有表现出症状——变形虫悄悄地生活在他们的肠道内,以肠内细菌为食,却不会造成麻烦。但是在另外一些感染者中,变形虫会攻击肠道本身,能引起致命的腹泻、肠道溃疡和肝脓肿。这种称为阿米巴病的疾病,是人类寄生虫死亡的主要原因。常见于发展中国家,包括非洲、拉丁美洲和亚洲南部,通过被污染的食物和水进行传播。但研究人员对于疾病在肠道内如何逐渐发生只是一知半解。例如,他们知道,阿米巴变形虫仅杀死与它直接接触的细胞,它会用特殊的糖(称为凝集素)将自己结合到这些细胞上。

弗吉尼亚大学的微生物学家Katherine Ralston称:“我们曾经认为变形虫以某种方式导致细胞死亡,然后它们会吃这些死细胞。”众所周知,变形虫是通过吞噬作用(phagocytosis)进食,所以研究人员猜测变形虫可摄取整个死细胞。

但是Ralston想知道,新的显微镜活体观测技术是否能让科学家们捕获细胞的活动视频,从而揭示出更多的信息。Ralston与Petri和来自弗吉尼亚大学、尼赫鲁大学的同事们合作,将痢疾变形虫和人类细胞用荧光标记,这样他们就能较容易地辨别它们,并观察它们之间的相互作用。他们使用JEOL公司JEM-1230型透射电子显微镜,观察到了令人惊讶的结果。

Ralston指出:“我们很明显地观察到,阿米巴变形虫正在一点点地咬食细胞。”在接触细胞的一分钟之内,变形虫会撕破人类细胞并摄食细胞碎片,因为变形虫体内有荧光材料,所以这一切都是可见的。这个咬食过程类似于免疫细胞之间小口咬食的胞啃(trogocytosis)现象,但这一过程是独一无二的,因为它发生在寄生虫和寄主之间,最终导致细胞死亡。一旦变形虫咬了第一口,它会继续消耗细胞的更多部分,直到细胞在大约十分钟之后死亡。

当细胞死亡后,变形虫就停止蚕食,从细胞中分离并继续前进。人红血细胞面临同样可怕的结局。研究小组然后用荧光标记的小鼠肠道活组织重复了这个实验,发现寄生虫可侵入这个组织,造成的损伤与阿米巴感染患者结肠组织样本中看到的相似。

然而,研究人员不能确定蚕食真的会导致细胞死亡,所以他们用药物干扰变形虫为蚕食而变形的能力,以观察其对细胞死亡的影响。受药物限制的变形虫蚕食较少,没有杀死细胞。

总之,这些结果表明,这种零碎的蚕食会引起细胞死亡,以及有时候在变形虫之后所看到的损害,外源凝集素可诱导或调节这种蚕食行为。Ralston指出,如果进一步的研究证实,在阿米巴患者中变形虫真的是用这种方式杀死细胞,那么他们就可以为这种疾病的新疗法,指出新的途径。

斯坦福大学的传染病专家Upi Singh医生指出,研究小组的发现有可能改变溶组织内阿米巴研究的模式。她并没有参与这项工作,她表示:“这一领域具有像这种程度的研究真的太棒了,这改变了范例。”(生物通:王英)

延伸阅读:流行病研究的里程碑成果

生物通推荐原文摘要:
Trogocytosis by Entamoeba histolytica contributes to cell killing and tissue invasion
Abstract: Entamoeba histolytica is the causative agent of amoebiasis, a potentially fatal diarrhoeal disease in the developing world. The parasite was named “histolytica” for its ability to destroy host tissues, which is probably driven by direct killing of human cells. The mechanism of human cell killing has been unclear, although the accepted model was that the parasites use secreted toxic effectors to kill cells before ingestion. Here we report the discovery that amoebae kill by ingesting distinct pieces of living human cells, resulting in intracellular calcium elevation and eventual cell death. After cell killing, amoebae detach and cease ingestion. Ingestion of human cell fragments is required for cell killing, and also contributes to invasion of intestinal tissue. The internalization of fragments of living human cells is reminiscent of trogocytosis (from Greek trogo, nibble) observed between immune cells, but amoebic trogocytosis differs because it results in death. The ingestion of live cell material and the rejection of corpses illuminate a stark contrast to the established model of dead cell clearance in multicellular organisms. These findings change the model for tissue destruction in amoebiasis and suggest an ancient origin of trogocytosis as a form of intercellular exchange.

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