DUSP1与BIP相互作用，通过MAPK信号通路调控金黄色葡萄球菌诱导的细胞凋亡

《Microbiological Research》：DUSP1 interacts with BIP to regulate Staphylococcus aureus-induced apoptosis through the MAPK signaling pathway

本研究探讨DUSP1在金黄色葡萄球菌（S. aureus）诱导巨噬细胞凋亡中的作用，发现S. aureus感染上调DUSP1表达并激活MAPK信号通路，DUSP1敲低加剧凋亡并促进ROS积累及MAPK家族蛋白表达，同时通过结合免疫球蛋白重链结合蛋白（BIP）抑制通路活性。

　　

张旭阳|刘占友|马桂兰|戴凡|李武

宁夏大学生命科学学院，中国宁夏银川750021

摘要

金黄色葡萄球菌（S. aureus）是一种主要的人类病原体，在感染过程中会导致免疫细胞发生凋亡。凋亡的速率影响疾病的严重程度和结果，在败血症等情况下可能致命。双特异性磷酸酶-1（DUSP1）是宿主先天免疫反应中丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的负调节因子。然而，其在S. aureus诱导的凋亡中的作用尚未被探索。在本研究中，我们探讨了DUSP1在S. aureus诱导的凋亡中的功能及其潜在的调节机制。研究结果表明，S. aureus感染会诱导DUSP1的表达并促进凋亡。DUSP1的敲低会增强S. aureus诱导的凋亡、活性氧（ROS）的积累以及MAPK家族成员蛋白的表达，从而导致肺组织损伤加剧和细菌在细胞内的存活率降低。此外，S. aureus感染还会提高免疫球蛋白重链结合蛋白（BIP）的表达，促进凋亡，并增强DUSP1与BIP的结合。抑制BIP可以增强S. aureus诱导的凋亡和MAPK信号通路。综上所述，这些发现表明S. aureus感染会诱导DUSP1和BIP的表达，从而导致细胞凋亡，而DUSP1通过与BIP的相互作用通过MAPK信号通路调节S. aureus诱导的凋亡。我们的研究结果支持DUSP1在S. aureus介导的凋亡中的调节作用，提示DUSP1是一个潜在的抗凋亡治疗靶点。

引言

金黄色葡萄球菌（S. aureus）是一种革兰氏阳性的人畜共患病原体，可引起多种感染和疾病，包括皮肤感染、肺炎、感染性关节炎、心内膜炎、中毒性休克综合征（TSS）和败血症（Ahmad-Mansour等人，2021年）。S. aureus感染的发病率不断增加，导致出现了极难治疗的耐药菌株（Turner等人，2019年）。巨噬细胞由分化后的单核细胞衍生而来，它们离开血液进入特定组织。这些大型白细胞亚型通过吞噬作用破坏病原微生物，并通过释放趋化因子和细胞因子激活淋巴细胞和其他免疫细胞，在先天性和特异性免疫反应中发挥核心作用（Davies和Taylor，2015年；Pidwill等人，2020年）。

炎症（Jiao和Sun，2019年）、氧化损伤（Van Acker和Coenye，2017年）以及凋亡（Robinson和Aw，2016年）是影响人类和动物细菌性疾病发病机制的关键因素。凋亡是一种程序性细胞死亡形式，通过两种主要信号通路激活（Bertheloot等人，2021年），即外源性（死亡受体通路）和内源性（线粒体介导的凋亡通路）。凋亡涉及多个基因的激活、表达和调节（Sharon等人，2009年）。S. aureus在感染过程中通常会经历凋亡（Zhang等人，2017年）。此外，免疫细胞的凋亡已被证明是S. aureus引起的疾病（如特应性皮炎（AD）和败血症）发病机制的核心（Ayala等人，2007年；Orfali等人，2018年）。因此，阐明S. aureus在巨噬细胞中诱导的凋亡机制对于预防和治疗败血症及其他S. aureus介导的疾病至关重要。

双特异性磷酸酶-1（DUSP1），也称为丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶1（MKP1），可负调节丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族成员（p38、Janus激酶[JNK]和细胞外信号相关激酶[ERK]）的活性（Chen等人，2019年）。例如，DUSP1（Camps等人，2000年）和DUSP4（Balko等人，2013年）会失活所有三种MAPK，而DUSP2会失活p38和ERK（Perander等人，2017年）。此外，DUSP5和DUSP6会选择性失活ERK（Keyse，2008年）。DUSP1在正常细胞和肿瘤细胞的各种生理过程中发挥关键作用，包括细胞增殖、细胞周期停滞和凋亡，通过调节MAPK信号通路（Shen等人，2016年）。先前的研究表明，DUSP1在前列腺癌中高度表达，其表达与前列腺癌细胞的凋亡呈负相关（Magi-Galluzzi等人，1997年）。DUSP1还在Toll样受体（TLR）配体刺激诱导的巨噬细胞的炎症免疫反应中发挥重要的负调节作用（Rodriguez等人，2010年）。然而，DUSP1在S. aureus诱导的人类单核细胞-巨噬细胞内源性凋亡通路中的作用尚未被探索。

因此，本研究旨在探讨DUSP1在S. aureus诱导的巨噬细胞凋亡中的分子机制，并利用S. aureus感染的小鼠模型来阐明凋亡信号通路，以促进开发克服耐药性的替代治疗策略并改善患者预后。

部分内容摘录

细胞培养

THP-1人髓系白血病单核细胞和RAW264.7细胞由中国科学院细胞库（上海）提供。THP-1细胞在含有10%胎牛血清（FBS；Ausbian，悉尼，澳大利亚）和1%青霉素/链霉素（Solarbio，北京，中国）的RPMI 1640培养基中培养，培养条件为37°C、恒定湿度和5% CO₂。RAW264.7细胞在Dulbecco改良的Eagle培养基中培养

S. aureus感染巨噬细胞会促进DUSP1的表达

使用Western blot分析检测了S. aureus感染后THP-1（图1a–c）和RAW264.7巨噬细胞（图1d–f）中DUSP1蛋白的表达水平。在不同感染时间点，用不同浓度的S. aureus处理巨噬细胞后，DUSP1蛋白的表达显著上调（图1a–f），显示出明显的时间和浓度依赖性效应。这些结果进一步得到了免疫荧光实验的支持

讨论

S. aureus诱导的凋亡严重影响了疾病进展（Aziz等人，2014年）。因此，我们研究了DUSP1在S. aureus感染中诱导巨噬细胞凋亡的潜在作用。实验结果表明，S. aureus在人类单核巨噬细胞THP-1和鼠RAW264.7细胞中均诱导了凋亡并促进了DUSP1的表达。此外，DUSP1的敲低通过MAPK信号通路和活性氧（ROS）增强了S. aureus诱导的巨噬细胞凋亡

未引用的参考文献

(Ayala等人，2007年；Davies LCTaylor，2015年；Hepworth EMWHinton，2021年；Herb MSchramm，2021年；Jiao YSun，2019年；Pidwill等人，2020年；Robinson KSAw，2016年；Van Acker HCoenye，2017年；Weinrauch YZychlinsky，1999年；Yue JLópez，2020年)

作者贡献声明

张旭阳：撰写——审阅和编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件使用、方法学设计、实验实施、数据分析及数据管理。刘占友：撰写——审阅和编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件使用、方法学设计、实验实施、数据分析及数据管理。马桂兰：概念构思、初稿撰写、方法学设计、数据分析。戴凡：方法学设计、实验实施。李武：

作者贡献声明

李武：撰写——审阅与编辑、项目监督、资源协调、资金申请、概念构思。戴凡：方法学设计、实验实施。马桂兰：方法学设计、数据分析。刘占友：初稿撰写、数据验证、软件使用、资源协调、方法学设计、实验实施、数据分析。张旭阳：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件使用、方法学设计、实验实施、数据分析

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号32560860）和宁夏自然科学基金（项目编号2024AAC03104）的资助。作者还感谢Editage（https://www.editage.cn/）提供的专业英语编辑服务。

伦理批准

动物实验方案获得了宁夏大学实验动物管理委员会的批准（批准编号NXU-24-F-013）。