《Medical Microbiology and Immunology》：The role of ciliary function in airway epithelial defense against Pseudomonas aeruginosa
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本研究针对铜绿假单胞菌（PA）感染导致气道纤毛功能障碍的临床难题，通过建立人源气道类器官感染模型，首次揭示PA通过毒素Pyocyanin破坏纤毛结构和运动功能，并证实磷酸二酯酶-4抑制剂Roflumilast可通过维持cAMP水平恢复纤毛搏动频率（CBF），显著抑制细菌侵袭。该研究为慢性肺部感染患者提供了增强上皮防御的新策略，发表于《Medical Microbiology and Immunology》。
铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa, PA）作为一种常见的机会性病原体，对免疫功能受损或慢性肺部疾病（如囊性纤维化、慢性阻塞性肺疾病）患者构成严重威胁。其多重耐药特性与复杂毒力因子（如Pyocyanin）的分泌，使得临床治疗极具挑战。尤其值得注意的是，PA感染常伴随气道纤毛功能的显著受损，而纤毛通过协调性搏动驱动黏膜清除（mucociliary clearance），是呼吸道抵御病原体的第一道物理防线。然而，PA如何破坏纤毛功能，以及能否通过药物干预恢复其运动能力，至今尚未明确。
为深入探究这一机制，研究团队构建了人源气道类器官（airway organoids）模型，该模型通过极性转换技术形成具有成熟纤毛的“顶向外”（apical-out）结构，模拟了人体气道黏膜的三维生态。研究中，类器官与PA共培养后，通过电子显微镜观察到纤毛膜破裂、轴丝结构损伤等超微病变，同时慢速视频分析显示纤毛搏动频率（Ciliary Beat Frequency, CBF）从正常13.6±2.4 Hz显著降至7.8±2.0 Hz。进一步实验表明，PA分泌的毒素Pyocyanin可直接抑制CBF，而使用热灭活菌体或无细胞培养上清液同样重现这一现象，证实可溶性毒力因子是导致纤毛功能障碍的关键。
在机制层面，RNA测序分析发现PA感染下调了纤毛组装（cilium assembly）、运动（cilium movement）等相关基因（如ODAD3、EHD3），提示转录水平的功能抑制。值得注意的是，研究团队通过药理学干预发现，激活腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase）的Forskolin或抑制磷酸二酯酶-4（phosphodiesterase-4, PDE4）的Roflumilast均可显著提升感染后CBF，并降低细胞内细菌载量（CFU）。尤其Roflumilast作为已用于COPD临床治疗的PDE4抑制剂，其逆转纤毛功能的作用为抗感染辅助疗法提供了直接依据。
本研究的关键技术方法包括：人源气道类器官的扩增与顶向外极性分化、PA14菌株的共培养与庆大霉素保护实验（gentamicin protection assay）、基于高速摄像（240 fps）的CBF量化分析、RNA测序与生物信息学分析（DESeq2差异表达、GSEA富集分析）、以及透射电子显微镜观察纤毛超微结构。类器官来源于Hubrecht类器官生物库的健康成人肺组织。
P. aeruginosa negatively impacts airway cilia function
通过电子显微镜与感染实验证实，PA直接接触导致纤毛结构损伤（如膜破裂、空泡化），且使用纤毛运动抑制剂EHNA后细菌侵袭增加，表明功能性纤毛是限制PA入侵的关键屏障。
P. aeruginosa infection impairs transcriptional regulation of ciliogenesis and cilia motility in airway epithelial cells
RNA测序显示感染7小时后，525个基因表达异常（343个上调、182个下调），其中纤毛组装与运动相关通路（如GO:0044782、GO:0003341）显著抑制，提示PA在转录层面破坏纤毛功能。
Ciliary beating frequency is drastically reduced in infected organoids and impaired cilia motility is mediated by the secreted PA virulence factor Pyocyanin
CBF量化分析表明PA及其毒素Pyocyanin均能抑制纤毛运动，且该效应可通过Pyocyanin单独处理复现，明确其为核心毒力因子。
Functional impairment of respiratory cilia due to P. aeruginosa infection is restored by adenylyl cyclase activation and phosphodiesterase-4 inhibition
Forskolin与Roflumilast处理可逆转PA引起的CBF下降，并显著减少细菌入侵。CBF与CFU的负相关性（Spearman r=0.51）进一步验证纤毛功能恢复的防护作用。
研究结论强调，纤毛功能受损是PA促进上皮入侵的重要策略，而通过cAMP信号通路调控（如Roflumilast）可有效恢复纤毛运动并增强宿主防御。这一发现不仅深化了对宿主-病原体相互作用的理解，更为慢性肺部疾病患者提供了潜在辅助治疗方向：即在抗菌疗法基础上，联合纤毛功能增强剂可能降低感染复发风险。然而，本研究未涵盖黏液层作用（因类器官模型缺乏连续黏液），未来需在更复杂模型或体内实验中验证CBF恢复与黏膜清除速率（MTR）的关联。此外，个体差异（仅单一来源类器官）及Pyocyanin具体分子机制（如cAMP/ATP水平变化）亦有待进一步探索。
