金黄色葡萄球菌Staphopain A蛋白酶通过非炎症小体途径激活IL-1β的机制研究

本研究揭示了金黄色葡萄球菌（S. aureus）通过分泌半胱氨酸蛋白酶Staphopain A直接切割pro-IL-1β（第111-112位氨基酸），绕过经典炎症小体（inflammasome）-caspase-1通路激活IL-1β的新机制。该发现拓展了病原体-宿主互作认知，为皮肤感染免疫调控提供新靶点。

　　

皮肤作为人体第一道防线，其免疫平衡机制一直是研究热点。角质形成细胞（keratinocyte）虽非专职免疫细胞，却在抵抗金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等病原体中扮演关键角色。传统认知中，白细胞介素-1β（IL-1β）的激活依赖炎症小体（inflammasome）介导的caspase-1切割，但某些细菌蛋白酶如链球菌SpeB和铜绿假单胞菌LasB已被证明可绕过该通路直接激活IL-1β。然而，作为皮肤感染主要病原体的金黄色葡萄球菌是否具有类似机制，尤其是对表皮角质形成细胞的作用仍属未知。

为解答这一科学问题，德国慕尼黑大学路德维希-马克西米利安大学（Ludwig-Maximilians-Universit?t München）基因中心与生物化学系的Stefan Bauernfried和Veit Hornung团队开展研究，发现金黄色葡萄球菌分泌的Staphopain A能直接切割pro-IL-1β产生功能性细胞因子，相关成果发表在《Journal of Biological Chemistry》。研究人员采用人永生化角质形成细胞N/TERT-1模型，结合CRISPR/Cas9基因编辑、质谱分析和活性探针标记等技术，系统解析了这一非经典激活途径的分子机制。

关键技术方法

1. 使用N/TERT-1角质形成细胞模拟皮肤感染场景

2. 通过SEC分离和DCG-04活性探针鉴定细菌蛋白酶

3. ESI-TOF质谱精确定位IL-1β切割位点

4. 构建USA300菌株系列基因敲除突变体（ΔscpA/ΔsspB/Δhla等）

5. SYTOX Green检测细胞死亡与ELISA/免疫印迹联用

主要研究结果

S. aureus感染导致不依赖经典炎症小体的pro-IL-1β加工

实验显示，活菌及其培养上清（SN）均可诱导IL-1β释放，但热灭活细菌无效。值得注意的是，这种加工不依赖NLRP1、ASC或caspase-1等炎症小体核心组分，且产生的IL-1β片段分子量大于caspase-1切割产物。

分泌型S. aureus因子直接切割pro-IL-1β

体外实验证实细菌上清能直接切割重组pro-IL-1β，生成具有生物活性的IL-1β（可诱导MeWo细胞分泌IL-6）。SEC分离发现主要活性集中在6-10号组分，蛋白酶抑制剂筛选提示关键酶属于半胱氨酸蛋白酶家族。

鉴定半胱氨酸蛋白酶及其切割位点

质谱分析锁定切割位点为E¹¹¹↓A¹¹²（较caspase-1切割位点F¹¹⁶↓A¹¹⁷更靠近N端）。活性探针DCG-04联合质谱鉴定出Staphopain A和B，后续基因敲除实验证实仅Staphopain A（ΔscpA突变体失效）具有切割活性。

S. aureus α-毒素介导角质形成细胞死亡

研究发现α-毒素（而非Staphopain）通过膜穿孔引发细胞溶解，促使pro-IL-1β释放至胞外被Staphopain A加工。Δhla和Δsae突变体丧失细胞毒性，而Δagr突变体因全局抑制毒素表达也失去活性。

研究意义与展望

该研究首次阐明金黄色葡萄球菌通过"α-毒素溶解细胞→Staphopain A胞外加工"的双步骤机制激活IL-1β，揭示了病原体利用宿主前体蛋白作为蛋白酶活性"诱饵"的进化策略。从转化医学角度看，这一发现为解释EGFR抑制剂治疗患者易发金黄色葡萄球菌感染提供了机制线索（因EGF缺失会降低角质形成细胞IL-1β储备），同时提示靶向Staphopain A可能成为调节皮肤炎症的新方向。未来研究可进一步探索该通路在特应性皮炎等慢性炎症疾病中的作用，以及细菌蛋白酶切割Gasdermin家族蛋白的潜在功能。