猪链球菌2型激活炎性复合体（inflammasome）机制的研究

The virulence-associated genes of Streptoccus suis (S. suis) regulated by pathogenic island (89K) play essential roles in activation of inflammasome and mature of IL-1β, which is the key reason that S. suis-infection could cause exaggerated inflammation and high motality rate. The present study is to identify the sensors of inflammasome activated by S. suis infection; and to identify the signal pathways for inducing expression and activation of the inflammasome sensors with constructed stable expression cell strains carriying a dominant-negative mutant of pattern recognition receptor (TLR1-13 or NOD1/2) and a serires of inhibitors of signal pathways which had the potential to active inflammasome. Based on these results, the present study would illustrate the mechanism that S. suis infection could active inflammasome. At the same time, the study is to identify the virulence-associated genes regulated by 89K through the comparative transcriptional profile of 89K mutant and its parent highly pathogenic strain (05ZY), and futher identify which genes could active the pathways to upregulate or activate the sensors of inflammasome. In combination with these study, the present study would illustrate how the virulence-assocated proteins which could be induced by 89K of highly pathogenic S. suis could active the identified pathways to upregulate and active the sensors of inflammasome and further facilitate the secretion of IL-1β. This study undoubtedly would contribute to the understanding of how S. suis infection caused exaggerated inflammation.

猪链球菌2型89K毒力岛调控的毒力基因在激活炎性复合体（inflammasome）、诱导IL-1β中发挥重要作用，是引起严重炎症反应并导致高死亡率的重要原因。本研究拟通过免疫共沉淀鉴定猪链球菌激活炎性复合体的受体，通过构建模式识别受体（TLR或NOD）失活的稳定细胞系并配合一系列通路抑制剂鉴定inflammasome受体诱导表达和产生激活信号的通路。同时开展高致病性菌株05ZY及其89K敲除菌株的表达谱研究，鉴定89K调节的毒力相关基因，并从中鉴定激活炎性复合体的重要毒力相关基因。结合鉴定的inflammasome受体及激活通路，研究89K调控毒力基因表达并激活inflammasome的分子机制。从而解析高致病性猪链球菌89K毒力岛是通过上调哪些基因表达从而激活炎性复合体并促使IL-1β释放的，全面系统地揭示猪链球菌激活炎性复合体的分子机制。为揭示猪链球菌致严重炎症反应的机制奠定重要基础

本项目首先通过动物个体水平的研究确定了inflammasome的激活是猪链球菌2型高毒力菌株SC-19诱导炎症因子风暴、多器官损伤及功能衰竭、高致死率的重要原因，而且依赖于“NLRP3”-“Casp-1”-“IL-18”-“IFN-γ”/“IL-17”的信号途径。同时，本研究同时利用重组突变体对猪链球菌激活inflammasome的组分进行了研究，鉴定出SLY可通过结合细胞膜上胆固醇的方式穿孔，引起K+外流，激活NLRP3信号通路。发现激活inflammasome、而不是直接的溶细胞作用才是猪链球菌导致炎性细胞大量死亡、以及导致多器官衰竭的主要原因。结合病原和宿主两方面的研究，我们进一步构建了猪链球菌的点突变菌株（该菌株不显著影响抗补体杀伤活性，但显著降低溶血活性），发现该菌株在感染急性期并不影响细菌抗清除能力，但却可显著抑制inflammasome的激活、以及诱导的炎症因子风暴、多器官损伤及功能衰竭和高致死率。进一步确认猪链球菌是通过溶血活性导致K+外流而激活NLRP3 inflammasome而导致STSLS的分子机制。. 由于中国猪链球菌病高毒力菌株SC-19才具有导致STSLS的特性。本研究进一步发现SC-19具有高表达溶血素以及激活inflammasome的特性，而且该特性依赖该菌株毒力岛89K上的元件。这也深刻揭示了导致四川暴发疫病的猪链球菌SC-19通过获得89K毒力岛，显著上调表达SLY，通过引起细胞K+外流的方式激活NLRP3 inflammasome，通过“Casp-1”-“IL-18”-“IFN-γ”/“IL-17”的信号途径，导致炎症因子风暴、多器官损伤及功能衰竭、以及超急性死亡和极高致死率的分子机制。. 本研究不仅阐明了猪链球菌2型激活inflammasome的分子机制，而且直接提示针对inflammasome的药物可以作为治疗STSLS的方式。并鉴定溶血素点突变的菌株可开发为新型弱毒疫苗。本研究发表SCI研究论文3篇，另外1篇正在审稿中，1篇细胞inflammasome 激活的转录组学分析正在整理中。申请专利受理1项，另有2个专利正在申请中。获得2013年湖北省科技进步一等奖、2016年度国家科技进步二等奖一项（已完成公示）。培养博士研究生1人，硕士研究生3人。完成了项目的预期目标。