胞外DNA输出——鸟分枝杆菌亚种hominissuis在巨噬细胞内生存的关键免疫逃逸机制

研究人员针对鸟分枝杆菌亚种hominissuis(M. avium)通过胞外DNA(eDNA)调控宿主免疫反应的机制展开研究。通过构建eDNA缺陷突变株，发现eDNA通过抑制NLRP3炎症小体激活和IL-1β分泌，同时激活cGAS/STING通路促进IFN-β产生，从而帮助病原体在巨噬细胞内生存。该研究揭示了非结核分枝杆菌免疫逃逸的新策略，为临床治疗提供潜在靶点。

　　

在非结核分枝杆菌感染日益增多的背景下，鸟分枝杆菌亚种hominissuis(M. avium)引起的肺部感染治疗周期长且有效率仅50-60%，其持久感染的机制亟待阐明。这种病原体在环境中能形成富含胞外DNA(eDNA)的生物膜，但eDNA在宿主细胞内是否发挥作用仍是未解之谜。

美国俄勒冈州立大学兽医学院生物医学系(Oregon State University, Carlson College of Veterinary Medicine, Department of Biomedical Sciences)的Jayanthi J. Joseph等研究人员开展了一项突破性研究。他们发现M. avium能通过主动输出eDNA来调控巨噬细胞的免疫应答：一方面抑制促炎的NLRP3炎症小体和IL-1β分泌，另一方面激活cGAS/STING通路诱导抗炎的IFN-β产生，这种"双管齐下"的策略为病原体创造了有利的细胞内生存环境。相关成果发表在《Archives of Microbiology》上。

研究人员主要采用三种关键技术：1）构建eDNA输出缺陷的转座子突变株（7d3、9e11、11e7）；2）THP-1巨噬细胞感染模型结合菌落计数(CFU)评估胞内生存能力；3）qPCR和ELISA检测炎症相关基因表达及细胞因子分泌水平。

【eDNA-deficient mutants are attenuated in THP-1 macrophages】
通过比较野生型M. avium A5与三个eDNA缺陷突变株发现，所有突变株在巨噬细胞内的生存能力均显著降低（24小时存活率下降约50%），但在体外培养中生长不受影响。其中编码FtsK/SpoIIIE-DNA孔ATP酶的11e7突变株缺陷最显著，提示eDNA输出对胞内生存至关重要。

【eDNA-deficient mutants alter IL-1β secretion】
eDNA缺陷突变株感染导致IL-1β分泌量比野生型增加2-3倍。特别值得注意的是，金属依赖性水解酶突变株7d3在LPS激活的巨噬细胞中引起NLRP3和AIM2表达显著上调，但IL-1β分泌未相应增加，暗示存在转录后调控机制。

【eDNA exporting M. avium strain A5 modulates NLRP3 expression differently than M. avium strain 104】
高eDNA输出的M. avium A5能有效抑制LPS诱导的NLRP3上调，而低eDNA输出的M. avium 104则无此能力。非致病性的M. smegmatis引起强烈的NLRP3激活和IL-1β分泌，但48小时后被巨噬细胞清除。

【Chemical inhibition of NLRP3 activation does not affect early survival of M. avium in macrophages】
使用MCC950抑制NLRP3后，M. avium的胞内存活不受影响，表明病原体自身已具备抑制NLRP3活化的能力，这种内在抑制可能通过其丝氨酸/苏氨酸激酶PknB实现。

【Expression of eDNA sensors AIM2 and cGAS/STING after M. avium strain A5 infection】
M. avium A5诱导AIM2短暂激活（6小时达峰）后迅速下调，同时持续抑制STING表达。但 paradoxically，eDNA输出却显著促进IFN-β产生（A5株65 pg/ml vs 104株30 pg/ml），这种"选择性"的cGAS/STING通路激活可能是免疫逃逸的关键。

【M. avium A5 eDNA-deficient mutants downregulate STING expression in activated macrophages and modulate IFN-β production】
eDNA缺陷突变株7d3和11e7的IFN-β产量比野生型降低40-50%，而PknB激酶突变株9e11则异常升高，提示eDNA输出与激酶信号协同调控抗炎反应。

这项研究首次揭示M. avium通过eDNA输出这一独特机制，精确调控宿主巨噬细胞的炎症反应：早期抑制NLRP3/AIM2通路减少IL-1β分泌，同时激活cGAS/STING/IFN-β轴建立抗炎环境。特别值得注意的是，位于50-kbp基因组岛上的FtsK/SpoIIIE-DNA孔ATP酶和金属依赖性水解酶可能是潜在的药物靶点。这些发现不仅解释了NTM（非结核分枝杆菌）的持久感染机制，也为开发针对生物膜相关感染的新型疗法提供了理论依据。该研究将环境微生物学中的eDNA功能扩展到宿主-病原体互作领域，为理解慢性感染免疫调控提供了新视角。