人肠道防御素HD5促进志贺菌吸附及感染的机制研究

How Shigella spp. can be highly infectious to humans despite lacking clear mechanisms for mucosal adhesion remains a long-standing enigma concerning its pathogenesis. In our previous study, we made an unexpected discovery that human enteric defensin HD5, an important anti-microbial peptide in human intestine, could enhance Shigella adhesion and thus infection both in vitro and in vivo, which is of great meaning to reveal adhesion mechanisms of Shigella. On the basis of our previou findings, we firstly intend to investigate how and when HD5 works by using the infection model in cultured epithelial cells. Then we will utilize and improve the current infection models to examine the effects of HD5 on Shigella infection and the psychological implications both in vivo and ex vivo. Structural basis of HD5 in Shigella adhesion promotion will be analyzed by a series of structural biological techniques. Electron Microscopy will be extensively used to get direct details of interaction between HD5 and its targets, followed by individual protein knockout in order to screen the targets of HD5 both on bacteria and on host cells. Comprehensive biophysical analysis will be performed to characterize the molecular interactions between HD5 and its targets. This research would become a breakthrough in the Shigella pathogenesis study, which might shed new light to prevention and treatment of Shigella infection. Meanwhile, this study challenges yet improves the current research of human defensins.

对人具有高度致病性的志贺菌如何在自身缺乏吸附装置的情况下有效吸附和感染肠道上皮是困扰病原微生物学界多年的难题。我们前期研究意外发现具有抗微生物活性的人肠道防御素（defensin）HD5能够在体外和体内促进志贺菌的吸附及感染，为研究志贺菌吸附机制提供了新的视角。本项目拟在前期发现的基础上，在细胞水平系统纵向、横向深入研究HD5促进志贺菌吸附感染的时序规律和作用范畴；利用并改造已有的感染模型，探讨HD5促进志贺菌吸附感染的在体和离体效果及其生理意义；利用结构生物学手段对HD5的结构功能关系进行解析；利用电子显微镜深入观察HD5促感染的作用特征，通过基因定点突变体系筛选鉴定HD5在细菌和宿主细胞上的作用靶点；在此基础上结合多种生物物理学手段对其中关键相互作用的特点及规律做以深入表征和分析。该研究是志贺菌致病机理研究的新发展，为志贺菌感染的防治提供了新思路，同时也是对现有防御素研究的挑战和完善。

对人具有高度致病性的志贺菌如何在自身缺乏吸附装置的情况下有效吸附和感染肠道上皮是困扰病原微生物学界多年的难题。我们前期研究发现具有抗微生物活性的人肠道防御素（defensin）HD5能够在体外和体内促进志贺菌的吸附及感染，为研究志贺菌吸附机制提供了新的视角。本项目在前期发现的基础上，在体外模型、动物模型、人体组织模型中深入了研究HD5在志贺菌吸附感染中的作用规律及其生理意义，我们的结果表明HD5会通过非特异性结合细菌表面蛋白以及与细胞整合素结合的方式来促进志贺菌对宿主细胞的吸附感染，而且这种作用方式具有普遍性；接着我们利用结构生物学手段对HD5的结构进行解析发现疏水基团、阳离子基团以及高级结构是维持其功能的主要因素；通过相似的研究方法，我们的结果揭示HNP1会通过相似的作用方式促进志贺菌的吸附感染，而且HD5和HNP1在促进志贺菌感染巨噬细胞时会加速巨噬细胞的死亡，而后者死亡的主要原因不是细胞的焦亡和凋亡，而是细胞破裂坏死。本项目的研究是志贺菌致病机理研究的新发展，为志贺菌感染的防治提供了新思路，同时也是对现有防御素研究的挑战和完善。这一发现为揭示志贺菌如何在自身缺乏吸附装置的情况下高效地吸附和感染肠道上皮细胞提供了新的证据，深化了人们对人肠道防御素“保卫者”角色的认识。