沙门氏菌SopB通过抑制转录后调控的细胞因子释放以减轻早期组织炎症并延缓疾病进展

《Nature Communications》：Salmonella SopB suppresses post-transcriptionally regulated cytokine release to reduce early tissue inflammation and delay disease progression

　　

沙门氏菌肠亚种肠血清型鼠伤寒沙门氏菌（S. Typhimurium）通过将效应分子转运至宿主细胞胞质中从而操纵细胞过程。研究人员利用新近建立的新生儿S. Typhimurium感染模型，揭示了沙门氏菌外蛋白B（SopB）如何抑制早期黏膜组织炎症并延长宿主存活的机制。在分子机制上，SopB阻止解整合素金属蛋白酶17（ADAM17）活化、质膜转位以及膜结合型TNFα从肠上皮细胞的释放，并通过mTOR控制的分泌性自噬减少上皮细胞IL-18的分泌。这消除了早期上皮转录反应，减少免疫细胞募集及程序性细胞死亡介导的黏膜屏障破坏，从而延缓疾病进展。SopB的免疫抑制效应不依赖于其C末端编码的磷脂酰肌醇磷酸酶及磷酸转移酶活性，但需要完整的N末端结构域。此外，该效应仅限于以沙门氏菌致病岛（SPI1）型3分泌系统（T3SS）依赖性肠上皮细胞入侵驱动黏膜易位为特征的新生小鼠模型。因此，研究人员在此证明了SopB以一种不依赖肌醇磷酸酶活性的方式抑制早期上皮细胞因子释放的转录后调控，可能促进病原体传播。

**研究背景与问题**

沙门氏菌肠亚种肠血清型鼠伤寒沙门氏菌（S. Typhimurium）是全球范围内重要的肠道病原菌，尤其在儿童和新生儿中疾病负担沉重。该菌利用沙门氏菌致病岛（SPI1）编码的Ⅲ型分泌系统（T3SS）将效应分子转运至肠上皮细胞，这些效应分子诱导细菌内化、塑造含沙门氏菌液泡（SCV）的形成，并操纵宿主细胞过程以促进胞内生存与增殖。SopB是SPI1-T3SS转运的效应分子之一，具有磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PtdIns(4,5)P₂）磷酸酶及磷酸转移酶/异构酶活性，能以非经典磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）非依赖性方式生成PtdIns(3,4,5)P₃和PtdIns(3,4)P₂。既往研究主要集中于SopB C末端磷酸酶结构域在细菌入侵、SCV形成及宿主细胞存活中的作用，而其N末端结构域的功能，特别是在体感染中的功能，尚未被充分研究。研究人员利用需要SPI1依赖性肠上皮细胞入侵的口服新生儿小鼠感染模型，旨在探究SopB在疾病早期进程中的功能，尤其是其N末端结构域的潜在作用。

**研究开展与主要结论**

研究人员发现，与野生型（wt）S. Typhimurium感染相比，缺失SopB（ΔsopB）的菌株感染导致新生儿小鼠疾病进展显著加速、死亡时间提前，而sopB及其分子伴侣sigE的互补可逆转该表型。出乎意料的是，SopB并非通过影响肠上皮细胞入侵或细菌在组织中的存活发挥这一作用，而是通过抑制早期黏膜免疫激活来延缓疾病进展。

在机制层面，研究人员揭示了SopB两条关键的免疫抑制途径：其一，SopB抑制ADAM17（TNFα转化酶，TACE）的活化及其向质膜的转位，从而减少膜结合型TNFα从肠上皮细胞的释放；其二，SopB通过mTOR调控的分泌性自噬途径，减少上皮细胞IL-18的分泌。这两种细胞因子的释放均属于转录后调控机制——TNFα通过ADAM17介导的蛋白水解释放，IL-18则通过非经典分泌途径分泌性自噬释放。SopB对这些早期上皮细胞因子释放的抑制，消除了早期上皮转录反应，进而减少免疫细胞（单核细胞、中性粒细胞）向黏膜组织的募集、降低程序性细胞死亡诱导的黏膜屏障破坏，最终延缓疾病进展并延长宿主存活。

研究人员进一步证明，SopB的免疫抑制功能独立于其C末端的磷脂酰肌醇磷酸酶和磷酸转移酶活性——携带C460S或K528A点突变（ abolish磷酸酶活性）的SopB仍表现野生型样表型；相反，N末端L76P点突变（破坏与Cdc42的相互作用）则重现了ΔsopB的加速疾病表型。这表明SopB的N末端结构域是其免疫抑制功能的关键介导区域。

值得注意的是，该免疫抑制表型具有模型特异性：仅在SPI1-T3SS依赖性肠上皮细胞入侵驱动黏膜易位的新生儿小鼠模型中表现明显，而在成年小鼠感染模型中未观察到。

**关键技术方法**

研究人员采用的主要技术方法包括：（1）新生儿及成年小鼠口服感染模型与生存分析；（2）流式细胞术分析黏膜免疫细胞浸润；（3）组织病理学分析（H&E染色、免疫荧光、TUNEL染色）；（4）定量RT-PCR检测基因表达；（5）RNA测序转录组分析；（6）质谱为基础的全磷酸化蛋白质组学分析；（7）亲和纯化结合质谱鉴定SopB相互作用宿主蛋白；（8）AlphaFold-Multimer（AFM）蛋白-蛋白相互作用预测；（9）肠上皮干细胞类器官培养与细胞因子释放检测；（10）ADAM17活性荧光测定；（11）多种基因缺陷小鼠品系（Casp1^-/-、ASC^-/-、Casp8^ΔIEC、Mlkl^-/-、Tnfrsf1a^-/-）的功能验证。

**研究结果**

**SopB延缓疾病进展和免疫激活**：ΔsopB S. Typhimurium感染导致新生儿小鼠疾病加速、早死；互补sopB可逆转。尽管SopB体外参与肠上皮细胞入侵，但体内上皮细胞内细菌数量无差异。ΔsopB感染显著增加上皮细胞Cxcl2、Cxcl1、Ccl2及Reg3g表达，并引发更高水平的系统性细胞因子和趋化因子（IFN-γ、TNF-α、IL-6、CXCL1、CCL2、CXCL10）。

**SopB消除早期炎症细胞募集和黏膜组织损伤**：ΔsopB感染增强单核细胞和中性粒细胞向黏膜组织的募集；组织学显示黏膜下组织增厚（水肿）、MUC2⁺信号降低（杯状细胞耗竭）、TUNEL⁺细胞增多（上皮细胞死亡增加）及Ki67⁺细胞增加（修复性增殖）。该表型仅见于新生儿模型。

**SopB抑制程序性细胞死亡和TNFα介导的疾病进展**：在Mlkl^-/-（坏死性凋亡缺陷）小鼠中，ΔsopB感染的加速死亡表型显著缓解；Tnfrsf1a^-/-（TNFR1缺陷）小鼠完全避免了ΔsopB诱导的早期死亡和组织增厚。ΔsopB感染组织中Tnf mRNA中度升高，组织单核细胞活力降低、胞内TNFα减少，提示TNFα从死亡单核细胞中释放。

**SopB介导的ADAM17活性抑制和TNFα分泌抑制**：尽管Tnf mRNA水平无差异，ΔsopB感染组织中ADAM17活性、质膜ADAM17⁺面积及TNFα蛋白释放均显著增加；上皮Tnfrsf1a mRNA表达也升高。TNF受体信号是ΔsopB诱导早期Cxcl2表达所必需的。

**SopB与宿主细胞过程的相互作用分析**：磷酸化蛋白质组学揭示SopB影响ERK/MAPK、JAK/STAT、mTOR等通路；转录组学提示SopB影响自噬和TORC1信号；亲和纯化鉴定SopB相关蛋白包括CLASP1、CSNK1E和PPP2R5B。AFM预测CSNK1E与ADAM17、PPP2R5B与ADAM17或iRhom2/RHBDF2存在高置信度相互作用。此外，IL-18通过mTOR依赖性分泌性自噬释放，rapamycin可抑制该过程。

**SopB N末端结构域介导早期免疫抑制**：C末端磷酸酶活性缺失突变（C460S、K528A）不影响免疫抑制表型；N末端L76P突变则完全重现ΔsopB的加速疾病、增强趋化因子表达和免疫细胞浸润表型。

**讨论与研究结论总结**

研究人员在新生儿S. Typhimurium感染模型中描述了SPI1 T3SS转运效应分子SopB的强大免疫抑制功能——该效应完全消除了早期趋化因子表达和组织炎症。与SopB在细菌入侵、SCV形成中的协同作用不同，体内研究显示其对肠上皮细胞入侵和胞内生存无显著影响，其主要角色在于抑制早期炎症宿主反应。该免疫抑制功能与SopB促进细胞存活的Akt激活活性一致，延长宿主存活可能增加病原体脱落、提升传播概率，这与sopB基因存在于所有临床分离株中的现象相符。

SopB的免疫调节表型在新生儿模型中尤为显著，可能源于年龄依赖性的黏膜免疫稳态差异或新生儿模型中肠道作为首要靶器官的特性。该功能完全独立于C末端磷脂酰肌醇磷酸酶活性，而需要完整的N末端结构域。机制上，SopB通过抑制Cdc42-ADAM17轴介导的TNFα释放，以及通过调控mTOR-TORC1通路抑制分泌性自噬性IL-18释放，双重阻断早期上皮细胞因子的转录后调控释放。亲和力筛选和AFM预测提示SopB可能通过PPP2R5B和CSNK1E等宿主蛋白间接影响ADAM17复合物活性。

研究结论：SopB在新生儿S. Typhimurium感染模型中具有显著的免疫抑制效应，该活性独立于其C末端磷脂酰肌醇磷酸酶活性，但需要完整的N末端结构域。在分子机制上，SopB通过减少ADAM17介导的TNFα释放和抑制mTOR依赖性分泌性自噬性IL-18分泌，消除早期局部组织炎症，从而延缓疾病进展和炎症诱导的黏膜组织破坏，延长宿主存活。