铜绿假单胞菌LecB通过时间依赖性调控Piezo1通道活性与定位影响宿主细胞功能

《Cellular and Molecular Life Sciences》：LecB from Pseudomonas aeruginosa modulates Piezo1 currents and localization in a time-dependent manner

本研究针对抗生素耐药性铜绿假单胞菌感染导致的伤口愈合障碍和细胞迁移受损等问题，揭示了其毒力因子LecB通过结合机械敏感离子通道Piezo1的糖基化位点，在30分钟和3小时不同时间点分别增强和抑制机械激活电流，并诱导Piezo1在细胞后侧重定位的新机制。该发现阐明了细菌 lectin 调控离子通道功能的新途径，为抗耐药菌感染治疗提供了新靶点。

　　

在当今抗生素耐药性危机日益严峻的背景下，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）作为典型的"超级细菌"，其引起的感染已成为临床治疗的重大挑战。这种革兰氏阴性机会性病原体特别擅长攻击免疫缺陷患者，导致手术伤口、烧伤创面难以愈合，甚至引发致命的急性肺炎。更令人头痛的是，铜绿假单胞菌装备了多种"武器"——毒力因子，使其能够巧妙地破坏宿主细胞的正常功能。其中，LecB作为一种能够特异性识别碳水化合物的凝集素，已被证明可以干扰宿主细胞的信号传导，并促使多种细胞表面受体发生内化，最终导致细胞迁移受阻和组织修复功能障碍。然而，科学家们对LecB具体如何操控宿主细胞的分子机制仍知之甚少。

就在这样的背景下，一项发表于《Cellular and Molecular Life Sciences》的研究带来了突破性发现。德国弗莱堡大学的研究团队首次揭示，LecB能够与机械敏感离子通道Piezo1发生相互作用，并以一种奇特的时间依赖方式调控该通道的功能。这一发现不仅为理解细菌如何干扰宿主细胞机械感知提供了新视角，也为开发针对耐药菌感染的新疗法开辟了道路。

研究人员运用了多种前沿技术手段：通过膜片钳技术记录离子通道电流，免疫荧光染色观察蛋白共定位，pull-down实验验证蛋白相互作用，以及分子动力学模拟预测结合模式。特别值得注意的是，研究还使用了LecB的碳水化合物结合位点突变体（LecB-S22A）和竞争性抑制剂L-岩藻糖（L-fucose），来验证相互作用的特异性。

LecB降低野生型上皮细胞的SAC电流

研究人员首先在两种上皮细胞系（H1299非小细胞肺癌细胞和HaCaT角质形成细胞）中观察到了有趣的现象。当细胞接触LecB 30分钟后，机械激活的离子电流与对照组相比没有显著变化；然而3小时后，电流幅度却显著降低。这一现象提示LecB确实能够调控拉伸激活通道（SAC）的活性，且这种调控具有时间依赖性。

LecB在EGFP-mPiezo1过表达的H1299细胞中导致Piezo1拉伸诱导电流先升高后降低

为了专门研究Piezo1通道，团队在H1299细胞中过表达了带有绿色荧光蛋白标签的小鼠Piezo1（EGFP-mPiezo1）。令人惊讶的是，30分钟的LecB处理竟然使机械激活的Piezo1电流增强，而3小时的处理则导致电流大幅减弱。这种双相效应表明LecB对Piezo1的调控是一个动态变化的过程：早期可能通过改变膜特性或直接相互作用增强通道活性，而后期则可能通过影响通道的分布和数量来抑制功能。

LecB的碳水化合物结合能力对调节EGFP-mPiezo1过表达的H1299细胞中的Piezo1电流至关重要

当研究人员在LecB处理的同时加入L-岩藻糖（能够阻断LecB与糖基化受体的结合），或者使用结合位点突变体LecB-S22A（该突变体无法结合岩藻糖但保留部分甘露糖结合能力）时，LecB对Piezo1电流的调控作用几乎完全消失。这充分证明LecB必须通过其碳水化合物识别能力才能影响Piezo1功能。

LecB影响质膜上mPiezo1的丰度和分布

通过荧光显微镜观察，研究人员发现LecB处理30分钟后，两者开始在细胞-细胞接触处共定位；3小时后，LecB和Piezo1共同在细胞后部（rear part）和核周区域聚集。这种重定位现象在L-岩藻糖存在或使用LecB-S22A突变体时不会发生，再次证实了相互作用的特异性。

LecB以碳水化合物依赖的方式与Piezo1相互作用，特别是在3小时后尤为明显

Pull-down实验进一步证实，LecB-biotin能够从细胞裂解液中捕获EGFP-mPiezo1，且这种相互作用在3小时时间点最为明显。当LecB的碳水化合物结合位点被L-岩藻糖阻断后，就无法"钓到"Piezo1蛋白。

计算机模拟揭示了LecB相对于Piezo1帽区域的优选取向和N-糖基化位点

计算机模拟显示，Piezo1通道的胞外帽区域（cap region）带有正电荷斑块，而LecB表面则有负电荷区域，这种静电互补性促进了它们的相互靠近。更重要的是，模型预测LecB可能同时结合Piezo1帽区域的两个N-糖基化位点（Asn2310和Asn2347），以一种多价方式增强结合亲和力。

这项研究首次揭示了细菌凝集素LecB能够直接靶向宿主细胞的机械敏感离子通道Piezo1，并通过时间依赖性的方式调控其功能。在分子机制上，LecB一方面可能通过静电相互作用与Piezo1的帽区域直接结合，另一方面则通过识别Piezo1上的特定糖基化修饰（如含有Lewis A抗原的N-糖链）来稳定这种相互作用。这种多价结合模式不仅解释了LecB为何能高效地影响Piezo1功能，也揭示了糖基化在机械敏感通道调控中的重要作用。

从更广阔的视角来看，这项研究的意义远不止于阐明一个具体的分子机制。它首次提出了"离子通道糖基化可作为细菌凝集素靶点"的新概念，为理解宿主-病原体相互作用提供了全新范式。考虑到Piezo1在伤口愈合、血管生成、免疫应答等多种生理过程中的核心作用，LecB通过干扰Piezo1功能可能是铜绿假单胞菌破坏宿主组织修复、逃避免疫攻击的重要策略。这一发现为开发针对抗生素耐药菌感染的新疗法提供了潜在靶点——通过阻断LecB与Piezo1的相互作用，可能能够恢复宿主细胞的正常功能，从而增强对细菌感染的抵抗力。