肠出血性大肠杆菌（EHEC）对大肠的适应和识别机制的研究

In human, the bacterial pathogen infections occur primarily in intestine. Different bacterial pathogens recognize different intestinal sites for colonization and infection, and the key steps in the pathogenicity process include: 1) escaping from host immune attack; 2) recognizing the colonization site and adhering to or invading intestinal epithelium through regulating the expression of virulence genes; 3) causing intestinal lesions. Mechanisms for the third step has been widely studied, however, the research on the first two steps are relatively limited. This project will focus on the Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) strains, which are representative intestinal bacterial pathogens, and systematically analyzed “How EHEC strains recognize their preferred colonization site (human large intestine) to adhere to and colonize human intestine” and “How EHEC strains escape immune attack and adapt to host intestinal environment”. On the first hand, we will systematically explore all potential intestinal signals related to EHEC pathogenicity and relevant regulation mechanisms, to enrich our understanding on overall EHEC virulence regulatory network. On the other hand, we will investigate whether the presence of rare monosaccharide residues in the O-antigen benefits EHEC to escape from the recognition by SIgA in intestinal mucosa. We will also investigate how EHEC strains coordinate the balance between avoidance of immune attack and increasing adherence capacity by regulating the length of O-antigen. The outcome of this project will largely enhance our understanding of EHEC pathogenicity mechanisms, and provide novel ideas and targets to prevent and control EHEC infection.

肠道是致病菌感染人类的主要器官。不同的肠道致病菌选择不同的肠道部位定植、侵染，其致病过程中的关键步骤包括： 1）逃避宿主免疫攻击；2）识别定植位点，激活致病基因表达，吸附或侵入肠道上皮细胞；3）引起肠道组织病变。人们对第三个步骤的认识较清晰，但针对前两个步骤的研究相对较少。本项目以具有代表性的肠出血性大肠杆菌（EHEC）为素材，系统研究其“如何精确识别定植位点（大肠），快速吸附定植”和“如何逃避免疫攻击”。一方面，全面揭示肠道信号分子与EHEC致病性的关系，解析相关机理，深入认识其致病性调控网络。另一方面，解析O抗原中具有罕见单糖这一特点是否有利于EHEC逃避肠道中SIgA的攻击；并揭示EHEC通过调控O抗原链长来协调逃避免疫攻击和吸附细胞能力之间平衡的机制。项目成果将使我们从整体水平更清晰地认识EHEC的致病机理，并可为EHEC感染的预防和治疗提供新的靶点。

肠道是致病菌感染人类的主要器官。不同的肠道致病菌选择不同的肠道部位定植、侵染，其致病过程中的关键步骤包括：1）逃避宿主免疫攻击；2）识别定植位点，激活致病基因表达，吸附或侵入肠道上皮细胞；3）引起肠道组织病变。人们对第三个步骤的认识较清晰，但针对前两个步骤的研究相对较少。本项目以具有代表性的肠出血性大肠杆菌（EHEC）及与其亲缘关系较近的一系列肠道致病菌为素材，系统研究肠道致病菌“如何精确识别定植位点（大肠或小肠），快速吸附定植”和“如何逃避免疫攻击”。. 项目各项目标均按计划完成。综合利用多种方法, 系统筛选出了11种可调控EHEC O157致病性的肠道信号分子。完整解析了两种肠道信号（核酸和宿主细胞初始粘附）介导的EHEC致病性调控通路。新发现了8个参与EHEC O157致病性调节的调控因子，并深入揭示了两个调控因子（OvrB和GmrA）调节EHEC O157致病性的分子机理。在与致病性大肠杆菌亲缘关系最近的沙门氏菌中，首次发现了低氧信号介导的入侵肠道上皮细胞的机制。发现肠道共生菌中存在大量由普通单糖构成的、具有高度多样性的O抗原，可诱导产生多样性的特异SIgA、对细菌形成免疫压力；而EHEC相关的O抗原中普遍含有罕见单糖的特点可能使其有更大机会逃避SIgA的识别。发现EHEC通过对O抗原链长的调控，在宿主肠道中有效协调逃避免疫攻击能力和侵染肠上皮细胞能力之间的平衡，完整揭示了EHEC通过一个膜蛋白感知与肠道上皮细胞的接触、进而缩短O抗原链长以提高吸附细胞能力和致病性的分子机制。揭示了重要肠道致病菌-霍乱弧菌大流行菌株的进化起源和完整进化路径,对认识肠道病原体的演化具有广泛意义。相关成果在 PNAS（IF：9.4）、FEMS Microbiology Reviews（IF：13.9）、PLoS Pathogens（IF：6.2）等期刊发表SCI论文18篇。