近日，研究所酒亞明課題組在Nature Communications發(fā)表了題為Salmonella effector SopB reorganizes cytoskeletal vimentin to maintain replication vacuoles for efficient infection的文章，該研究利用多種顯微成像、組學(xué)分析和高通量藥物篩選等技術(shù)，首次闡述了沙門氏菌利用宿主細(xì)胞的中間絲vimentin保護其用于增殖的復(fù)制泡，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌感染的功能和分子機理。更重要的是，篩選并在細(xì)胞和動物水平鑒定出了臨床小分子藥物可通過調(diào)控vimentin的動態(tài)重構(gòu)抑制沙門氏菌感染。

　　腹瀉病是一種常見胃腸道疾病，每年有5.5億人患病，23萬人死亡。而沙門氏菌（Salmonella）作為一種常見的人畜共患病原菌，是導(dǎo)致腹瀉病最常見的致病菌之一。隨著抗生素的濫用，沙門氏菌的耐藥現(xiàn)象日益嚴(yán)重，隨著時間的推移，其耐藥率正在大幅上升，耐藥譜也在不斷增寬。近期研究發(fā)現(xiàn)沙門氏菌中出現(xiàn)多達(dá)36處突變基因，對包括頭孢霉素、青霉素、四環(huán)素等在內(nèi)的14種抗生素產(chǎn)生不同程度的耐藥性[1]，由傳統(tǒng)抗生素構(gòu)建的抗菌防線正面臨失效的可能，這將給全球養(yǎng)殖業(yè)和人類健康帶來嚴(yán)重威脅。因此，從宿主細(xì)胞的角度研究其對細(xì)菌感染的調(diào)控機制，以宿主細(xì)胞蛋白為新的抗感染靶點，將對沙門氏菌特別是耐藥株感染的臨床治療和藥物研發(fā)提供新的思路和線索。

　　Vimentin作為一種重要的細(xì)胞骨架中間絲蛋白，在不同種屬間具有高度保守性。在正常生理狀態(tài)下，vimentin 對維持細(xì)胞完整性具有重要作用。而在不同病理狀態(tài)下，vimentin 顯現(xiàn)出復(fù)雜的生物學(xué)功能，它不僅參與細(xì)胞形變、運動和細(xì)胞器錨定等，還在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移、病原體感染、自身免疫及創(chuàng)傷過程中發(fā)揮重要功能[2-5]，特別是其在病原體感染過程中的作用，近年來引發(fā)越來越多的研究者重視。

　　Vimentin在多種病原體感染過程中扮演了重要角色。酒亞明課題組圍繞vimentin對病原感染的動態(tài)應(yīng)答及其在感染過程中的調(diào)控功能發(fā)表了系列工作。包括，發(fā)現(xiàn)vimentin在寨卡病毒感染中發(fā)揮物理空間支撐與生物功能調(diào)控的雙重作用（Zhang et al., PNAS 2022）；回顧性提煉vimentin在不同病毒的入侵、轉(zhuǎn)運、復(fù)制、組裝和釋放等不同環(huán)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵功能的規(guī)律（Zhang et al., Journal of Cell Science 2020）；總結(jié)不同表達(dá)形式的vimentin參與細(xì)菌感染，包括介導(dǎo)細(xì)菌入侵和轉(zhuǎn)移、調(diào)控細(xì)菌感染的免疫反應(yīng)等（Miao et al., Journal of Cell Science 2023）；發(fā)現(xiàn)vimentin通過影響細(xì)胞的遷移模式調(diào)控遷移體的生成過程（Fan et al., Journal of Cell Biology 2022）。

　　以此為基礎(chǔ)，本研究中酒亞明組首先利用共聚焦顯微鏡、活細(xì)胞實時觀察、三維重建等生物成像和分析技術(shù)，觀察到：沙門氏菌的感染誘導(dǎo)宿主細(xì)胞骨架中間絲蛋白vimentin聚集在沙門氏菌復(fù)制場所—含沙門氏菌復(fù)制泡（Salmonella-containing vacuole, SCV [6-7]）周圍；缺失vimentin使SCV分散在胞質(zhì)中，且沙門氏菌在宿主細(xì)胞中的復(fù)制受到明顯抑制；回補vimentin后SCV的形態(tài)及沙門氏菌的復(fù)制均得到恢復(fù)。這些結(jié)果表明重構(gòu)的vimentin通過維持SCV形態(tài)促進(jìn)了沙門氏菌的復(fù)制。那么沙門氏菌是如何誘導(dǎo)宿主蛋白vimentin的重構(gòu)呢？

　　利用免疫共沉淀聯(lián)合質(zhì)譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn)沙門氏菌的三型分泌系統(tǒng)（Type III Secretion System, T3SS）效應(yīng)蛋白SopB與vimentin相互作用且誘導(dǎo)其發(fā)生重構(gòu)。進(jìn)一步的研究表明，SopB N端的Cdc42結(jié)合功能域通過結(jié)合并激活Cdc42，誘導(dǎo)vimentin的重構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)沙門氏菌的復(fù)制。與此同時，基于高內(nèi)涵成像系統(tǒng)的高通量藥物篩選以及蛋白活性檢測結(jié)果表明，沙門氏菌效應(yīng)蛋白SopB激活MEK1/2進(jìn)而誘導(dǎo)vimentin重構(gòu)。進(jìn)一步的上下游實驗結(jié)果表明，沙門氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2這一信號軸誘導(dǎo)vimentin重構(gòu)進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌在宿主細(xì)胞中復(fù)制（圖1）。更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)通過高通量藥物篩選得到的小分子臨床藥物不管是在細(xì)胞水平還是動物體內(nèi)，均具有顯著的抗沙門氏菌感染作用（圖1）。

　　本研究揭示了沙門氏菌復(fù)制的決定性機制，以及細(xì)菌和宿主細(xì)胞骨架之間新的相互作用機制，對沙門氏菌特別是耐藥株感染的臨床治療和藥物研發(fā)提供新的思路和線索。

　　圖1. 沙門氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2信號軸誘導(dǎo)vimentin重構(gòu)進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌在宿主細(xì)胞中復(fù)制，高通量藥物篩選得到的小分子藥物具有顯著的體內(nèi)、外抗沙門氏菌感染作用。

　　研究所與廣州市婦女兒童醫(yī)療中心聯(lián)合培養(yǎng)博士后趙雙雙、研究所博士后徐秋平、廣州市婦女兒童醫(yī)療中心崔彥芹教授為該文章第一作者；酒亞明研究員、唐宏研究員、同濟大學(xué)魏柯教授為該文章的共同通訊作者；該研究也得到了研究所Philippe Sansonetti研究員和晁彥杰研究員、清華大學(xué)梁鑫教授、天津商學(xué)院阮海華教授的支持和幫助。

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36123-w 

　　【實驗室簡介】

　　酒亞明課題組一直圍繞細(xì)胞骨架調(diào)控腫瘤轉(zhuǎn)移和病原體感染這兩大類疾病研究，優(yōu)化并融合了一系列先進(jìn)光學(xué)成像技術(shù)和病毒細(xì)菌感染實驗體系，從細(xì)胞骨架、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和病原體宿主互作等多個角度，深入解析了細(xì)胞骨架與疾病的分子機理，旨在為癌癥以及相關(guān)感染性疾病的精準(zhǔn)治療提供新理論、藥物靶點和治療策略。酒亞明研究員圍繞上述工作取得一系列重要原創(chuàng)性成果，發(fā)表高水平SCI學(xué)術(shù)論文40余篇，近期研究成果以通訊作者在Nature Communications, PNAS, Journal of Cell Biology, Current Biology等高水平雜志發(fā)表。作為一支朝氣蓬勃、高效干練、團結(jié)協(xié)作的科研團隊，課題組熱忱歡迎優(yōu)秀的博士后、博士及研究生聯(lián)系加入！聯(lián)系方式：ymjiu@ips.ac.cn。

　　【參考文獻(xiàn)】

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