木犀草素抗李斯特菌感染的分子机制

Listeria monocytogenes (L. monocytogenes) is a clinically significant bacterial zoonotic pathogen. The increasing emergence of antibiotic resistant L. monocytogenes coupled with poor antibiotic penetration limit the treatment options for this bacterial infection. Following bacterial internalization, the secreted listeriolysin O (LLO) would disrupt the vacuolar membranes and facilitate the escape of trapped L. monocytogenes to cytoplasm, where the bacteria are able to survive and replicate. Furthermore, LLO is necessary and sufficient to induce appotosis during L. monocytogenes infection. The indispensable role of LLO in the pathogenicity of L. monocytogenes renders it as an ideal target for the development of anti-virulence drugs against L. monocytogenes infection. We have previouly discovered that luteolin, a natural compound with neglect anti-L. monocytogenes activity, could inhibit the expression of LLO via down-regulating the translation of hly, a gene encoding LLO. Moreover, the potential target sequences response for such inhition has been indentified via cell free protein systhesis system. On the basis of previous results, this study is intended to further identify the detailed nucleotide residues and the mechanism for the inhibiton of luteolin against the mRNA of hly via molecular dynamics simulations, nucleus magnetic resonance and surface plasmon resonance. The protective effects of luteolin against L. monocytogenes virulence in vitro and in vivo would be determined via cell-bacteria co-culture system and mouse model of infection. Together, this study will lay the foundation for the development of anti-virulence drugs against L. monocytogenes specially targeting LLO.

李斯特菌是临床上重要的人兽共患病原菌。耐药性李斯特菌的不断出现以及现有抗生素细胞膜渗透力低等因素限制了李斯特菌的临床治疗。研究表明李斯特菌被宿主细胞内化后，其分泌的溶血素可裂解吞噬泡，使得吞噬泡内的细菌逃逸至细胞质中增殖；另外溶血素可诱导免疫细胞和组织细胞凋亡。溶血素在细菌致病以及逃避宿主免疫系统等过程中发挥着不可或缺的作用，因此李斯特菌溶血素是抗李斯特菌毒力药物研发最具希望的靶标之一。本课题组通过建立相关筛选平台，于国内外首次发现了木犀草素可特异性地抑制李斯特菌溶血素编码基因mRNA的翻译从而降低溶血素合成，并初步确定了木犀草素与蛋白编码基因mRNA潜在的结合核苷酸序列。本课题拟在前期研究的基础上，应用分子动力学模拟、核磁共振和表面等离子体共振等方法进一步确证木犀草素与靶mRNA结合机制，体内外实验验证木犀草素对李斯特菌感染的保护作用，以期为以李斯特菌溶血素为靶标的创新药物研发奠定基础。

李斯特菌是临床上重要的人兽共患病原菌。对于李斯特菌感染的治疗，目前主要应用青霉素和庆大霉素等常用抗生素。但传统抗生素对于生物膜渗透率较低，进而导致细胞内药物浓度较低，另外，由于传统抗生素的滥用以及其本身不可避免的易诱导耐药性等因素导致了近年来李斯特菌耐药性日益严重，这一现象对于李斯特菌感染的治疗更是雪上加霜。因此，人们迫切需要新型抗菌策略以应对李斯特菌感染。目前，抗毒力策略成为国际抗细菌感染药物开发的热点。抗毒力药物主要是通过抑制毒力因子的表达或活性而不是通过抑制细菌的生长来发挥抗感染的作用。由于这些毒力因子通常情况下并非细菌生存所必须的，所以给与细菌的选择压力小，不易产生耐药性。天然产物具有结构和生物活性的多样性，是新药先导结构发现的重要资源。本课题组通过建立相关的筛选平台，在国内外首次发现了多种天然化合物可直接抑制李斯特菌溶血素表达或活性作用，发现天然产物木犀草素可通过靶向李斯特菌溶血素编码基因mRNA，有效抑制李斯特菌溶血素表达。通过计算生物学方法确证了木犀草素与李斯特菌溶血素编码基因mRNA的结合位点，并阐明了其作用机制。本研究在此研究基础上，进一步筛选直接作用于胆固醇依赖性溶血素蛋白结构的天然活性化合物，采用分子对接、动力学模拟及定点突变等技术确证其作用靶标及其分子作用机制，验证活性分子对胆固醇依赖性溶血素的抑制活性，最终获得芹菜素、杨梅黄酮等具有全新抑制机制的抗产胆固醇依赖性溶血素细菌感染的天然化合物结构。为以胆固醇依赖性溶血素为主要毒力因子的动物细菌感染性疾病的控制及新兽药研发打下坚实的理论基础。