靶向食源性病原体噬菌体JEP7与PBC2在哺乳动物细胞中引发差异性细胞因子反应的研究

《FOOD SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY》：Bacteriophages JEP7 and PBC2, which target foodborne pathogens, elicit cytokine responses in mammalian cells

本研究针对噬菌体疗法中免疫反应机制不明确的问题，系统评估了十种噬菌体对RAW 264.7巨噬细胞和Caco-2上皮细胞炎症因子表达的影响。研究发现大肠杆菌噬菌体JEP7可显著诱导TNF-α、IL-6和IL-10表达，而蜡样芽孢杆菌噬菌体PBC2特异性促进IL-10产生。通过内化实验、细胞毒性检测和糖蛋白分析排除了常见影响因素，揭示了噬菌体自身成分直接激活免疫反应的新机制，为噬菌体疗法的安全应用提供重要理论依据。

　　

随着抗生素耐药性问题的日益严峻，噬菌体疗法作为替代传统抗生素的治疗策略备受关注。然而，噬菌体与哺乳动物免疫系统的相互作用机制尚不明确，特别是噬菌体本身是否以及如何直接调节免疫反应，成为影响其临床安全应用的关键科学问题。尽管已有研究表明噬菌体在体内可能影响先天免疫反应，但这些反应通常局限于炎症部位，且因噬菌体种类的不同而异。更重要的是，大多数研究集中在细菌或脂多糖(LPS)存在条件下噬菌体对免疫的调节作用，噬菌体在无外源刺激情况下直接引发免疫反应的能力及其机制仍有待深入探索。

为了系统评估噬菌体对哺乳动物细胞的直接免疫调节作用，研究人员在《FOOD SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY》上发表了最新研究成果。该研究选取了十种具有不同形态型、生活周期和细菌宿主特性的噬菌体，以RAW 264.7小鼠巨噬细胞和Caco-2人上皮细胞为模型，重点检测了肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)和白细胞介素-10(IL-10)这三种关键炎症相关细胞因子的表达变化。

研究采用的主要技术方法包括：通过氯化铯(CsCl)密度梯度超速离心和Endotrap HD柱层析进行噬菌体高效纯化；利用定量逆转录PCR(qRT-PCR)检测细胞因子mRNA表达水平；采用酶联免疫吸附试验(ELISA)定量分析细胞因子蛋白分泌；通过噬菌体内化实验评估细胞摄取效率；使用乳酸脱氢酶(LDH)释放法检测细胞毒性；借助糖蛋白染色技术分析噬菌体衣壳糖基化修饰。

研究结果揭示了噬菌体对免疫细胞的差异性调节作用：

噬菌体筛选与纯化验证

通过严格的纯化流程去除内毒素等污染物后，发现十种噬菌体中仅JEP7和PBC2能有效诱导细胞因子产生。特别是JEP7在内毒素含量低于美国药典(USP)安全阈值(0.338 EU/mL)的条件下，仍能引发强烈的免疫反应，证明其免疫激活作用源于噬菌体本身而非污染物。

JEP7和PBC2在巨噬细胞中刺激细胞因子产生

在RAW 264.7巨噬细胞中，JEP7显著上调TNF-α和IL-6的表达，其诱导水平甚至超过高浓度LPS(≥500 EU/mL)的刺激效果。与此同时，PBC2特异性促进抗炎细胞因子IL-10的表达，但对促炎因子TNF-α和IL-6无显著影响。ELISA检测结果与qRT-PCR数据高度一致，证实了转录水平和蛋白表达的相关性。

JEP7和PBC2在上皮细胞中触发炎症细胞因子表达

在Caco-2上皮细胞中，JEP7保持了其促炎特性，显著诱导TNF-α和IL-6表达。而PBC2则表现出更广泛的免疫调节功能，不仅能诱导IL-10，还能刺激IL-6表达至超过LPS诱导的水平。这表明噬菌体的免疫调节作用具有细胞类型特异性，同一噬菌体在不同细胞中可能通过不同机制发挥作用。

噬菌体内化与细胞因子产生无关

通过比较十种噬菌体的细胞内化效率，发现JEP7和PBC2的内化率存在显著差异：JEP7在肌尾病毒科(Myoviridae)中内化率最高，而PBC2在长尾病毒科(Siphoviridae)中内化率最低。值得注意的是，内化率最高的SPC32H并未引起细胞因子产生，表明噬菌体内化不是诱导免疫反应的唯一决定因素。

噬菌体细胞毒性不关联于JEP7和PBC2诱导的细胞因子产生

细胞毒性实验显示，所有测试噬菌体对RAW 264.7细胞的毒性均显著低于阳性对照(2% Triton X-100)，且JEP7的细胞毒性与LPS相当，而PBC2的毒性甚至低于LPS。这表明细胞因子反应并非由噬菌体引起的细胞损伤所介导。

病毒粒子糖基化不是JEP7和PBC2诱导细胞因子产生的主要驱动因素

糖蛋白分析显示，十种噬菌体均未检测到明显的糖基化蛋白条带，排除了糖基化修饰作为免疫识别关键因素的可能性。即使PBC2基因组中含有推测的甲基转移酶基因(PBC2_047)，其结构蛋白也未显示糖基化证据。

本研究通过严谨的实验设计证实了特定噬菌体能够直接调节哺乳动物细胞的免疫反应，且这种调节作用不依赖于内毒素污染、细胞毒性或糖基化修饰等常见因素。JEP7和PBC2代表了两类不同的免疫调节模式：JEP7偏向促炎反应，可能通过TLR4或其他模式识别受体激活炎症通路；而PBC2则倾向于抗炎调节，其机制可能涉及TLR9或TLR2信号通路。这些发现不仅深化了对噬菌体-宿主相互作用的理解，也为噬菌体疗法的精准应用提供了重要依据。未来研究需要进一步阐明噬菌体特定分子结构与其免疫调节功能之间的构效关系，为开发更安全、高效的噬菌体治疗方案奠定基础。