金黄色葡萄球菌通过HDAC11/IL10通路诱导线粒体自噬以维持细胞内生存。

Staphylococcus aureus induces mitophagy via the HDAC11/IL10 pathway to sustain intracellular survival.

作者信息Yaji Yang, Haotian Zhou, Feilong Li, Yanhao Zhang, Jianye Yang, Yidong Shen, Ning Hu, Quanming Zou, Leilei Qin, Hao Zeng, Wei Huang
PMID39905391
发布时间2025-02-04
DOI10.1186/s12967-025-06161-7

实验完整度

研究包含体外细胞模型(BMDMs)、蛋白质组学分析、功能验证(siRNA、过表达、抑制剂)和机制验证(Western blot、ChIP-qPCR)等多个证据层级。

主要模型

小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDMs) 金黄色葡萄球菌NCTC8325感染模型

重点核对

BMDMs感染金黄色葡萄球菌(MOI=10) 胞外菌清除:庆大霉素(200 µg/ml处理2小时,然后50 µg/ml维持) Mdivi-1处理浓度:20 µM,预处理2小时 雷帕霉素处理浓度:100 nM,预处理2小时 HDAC11过表达质粒(pDONR223-HDAC11)转染量:2.5 µg

摘要

背景 金黄色葡萄球菌在巨噬细胞内的免疫逃逸和长期存活是导致骨髓炎难以治愈的关键因素。尽管巨噬细胞作为先天免疫细胞发挥着重要作用,但金黄色葡萄球菌在巨噬细胞内存活并抑制宿主免疫功能的具体机制仍未完全阐明。 方法 本研究采用共聚焦显微镜、流式细胞术、ELISA和siRNA技术评估金黄色葡萄球菌在巨噬细胞内的存活能力及炎症细胞因子对其持续存在的影响。利用蛋白质组学探讨金黄色葡萄球菌细胞内存活相关的潜在机制和差异蛋白。此外,采用共聚焦显微镜、流式细胞术、Mdivi-1干预和Western blot验证线粒体自噬在支持金黄色葡萄球菌存活中的作用。研究进一步通过HDAC11过表达、siRNA和雷帕霉素干预结合共聚焦显微镜和流式细胞术,探讨HDAC11/IL10轴如何增强线粒体自噬以促进金黄色葡萄球菌在细胞内的存活。 结果 研究结果表明,IL10促进线粒体自噬以清除线粒体活性氧(mtROS),从而增强金黄色葡萄球菌在巨噬细胞内的存活。此外,我们发现IL10的转录抑制因子HDAC11在金黄色葡萄球菌感染期间显著下调。HDAC11的过表达和自噬激活剂雷帕霉素的使用进一步验证了HDAC11/IL10轴通过mTOR通路调节线粒体自噬,这对支持金黄色葡萄球菌的细胞内存活至关重要。 结论 本研究揭示了金黄色葡萄球菌通过抑制HDAC11增强IL10的产生,从而促进线粒体自噬和mtROS清除,支持其在巨噬细胞内的存活。这些发现为金黄色葡萄球菌的胞内生存机制提供了新的见解,并为骨髓炎的临床治疗提供了潜在的治疗方法。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
金黄色葡萄球菌如何在巨噬细胞内存活并抑制宿主免疫?
核心机制
金黄色葡萄球菌通过下调HDAC11,增加H3K9乙酰化,促进IL10转录,IL10通过抑制mTOR激活,促进线粒体自噬,清除mtROS,从而支持细菌在巨噬细胞内的存活。
主要证据
在BMDMs中感染金黄色葡萄球菌后,HDAC11蛋白水平下降,IL10表达增加,线粒体自噬增强,mtROS降低;使用Mdivi-1抑制线粒体自噬或siRNA敲低IL10均能增加mtROS并减少细菌存活,而过表达HDAC11则相反。
研究意义
这些发现为金黄色葡萄球菌感染的诊断和治疗策略提供新见解,可能有助于改善当前治疗方案并降低复发率。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立巨噬细胞内金黄色葡萄球菌感染模型

验证金黄色葡萄球菌能否在巨噬细胞内存活和增殖。

用GFP标记的金黄色葡萄球菌以MOI=10感染BMDMs,2小时后用庆大霉素清除胞外菌,观察24小时内胞内细菌增殖。

2

验证IL10对细胞内细菌存活的影响

探究IL10在金黄色葡萄球菌细胞内存活中的作用。

使用siRNA敲低IL10,再补充外源IL10,检测细胞内细菌数量。

3

蛋白质组学分析感染后差异蛋白

寻找金黄色葡萄球菌感染后可能涉及的机制和差异蛋白。

对感染24小时的BMDMs进行定量蛋白质组学分析,鉴定差异表达蛋白,并进行GO和KEGG富集分析。

4

验证线粒体自噬在细菌存活中的作用

确定线粒体自噬是否有助于金黄色葡萄球菌的细胞内存活,以及其对mtROS的影响。

使用Mdivi-1抑制线粒体自噬,检测细菌载量和mtROS水平,同时通过Western blot检测自噬相关蛋白表达。

5

验证HDAC11/IL10/mTOR通路

探究HDAC11是否通过IL10/mTOR通路调节线粒体自噬,从而影响细菌存活。

过表达HDAC11,并用雷帕霉素激活mTOR,检测细菌载量、mtROS水平、自噬标志物表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Biosharp--
巨噬细胞集落刺激因子PeproTech--
F4/80抗体ElabscienceE-AB-F0995D
胰酪胨大豆肉汤OXOID--
庆大霉素----
Mdivi-1MedChem ExpressHY-15886
雷帕霉素MedChem ExpressHY-10219
白细胞介素10MedChem ExpressHY-P70517
MitoSOX GreenInvitrogenM36006
溶酶体绿色荧光探针InvitrogenL7526
膜联蛋白V-FITC凋亡检测试剂盒BeyotimeC1062M
线粒体红色荧光探针BeyotimeS0061M
JC-1线粒体膜电位检测试剂盒MedChem ExpressHY-K0601
抗HDAC11抗体CST58442
抗H3抗体CST4499
抗GAPDH抗体CST97166
抗H3K9ac抗体CST9649
抗mTOR抗体CST2983
抗磷酸化mTOR抗体CST5536
抗β-微管蛋白抗体CST86298
抗β-肌动蛋白抗体CST3700
抗Parkin抗体CST32833
抗SQSTM1/p62抗体CST39749
抗LC3抗体AbcloneA19665
抗TOM20抗体AbcloneA19403
抗COX IV抗体BeyotimeAC610
抗Pink1抗体Proteintech23274-1-AP
RNA提取试剂盒Invitrogen--
ABScript II一步法SYBR Green RT-qPCR试剂盒Abclone--
IL6 ELISA试剂盒Dakewe Biotech Co.1210602
TNF-α ELISA试剂盒Dakewe Biotech Co.1217202
IL-1β ELISA试剂盒Dakewe Biotech Co.1210122
IL12 ELISA试剂盒Dakewe Biotech Co.1211202
TGF-β ELISA试剂盒Dakewe Biotech Co.1217102
IL10 ELISA试剂盒BeyotimePI522
Dil染料Beyotime--
Hoechst染料Beyotime--
脂质体转染试剂3000Invitrogen--
pDONR223-HDAC11质粒YouBio--
IL10 siRNATSINGKE--
Thermo Scientific Orbitrap Exploris 480质谱仪Thermo Fisher Scientific--
Leica TCS SP8共聚焦显微镜Leica--
BD FACSVerse流式细胞仪BD Biosciences--
ChemiDoc MP成像系统BIO-RAD--
CFX Connect实时荧光定量PCR仪BIO-RAD--
线粒体分离试剂盒Beyotime--
蛋白G磁珠Thermo Fisher Scientific10004D
线粒体荧光探针----
溶酶体荧光探针----
MitoSOX GreenInvitrogenM36006

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与分化
BMDMs来自C57BL/6小鼠,使用M-CSF (10 ng/mL)分化7天,纯度>95%
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and macrophage infection 部分
细菌感染
金黄色葡萄球菌NCTC8325,MOI=10,感染2小时,庆大霉素(200 µg/ml) 2小时清除胞外菌,之后维持50 µg/ml
阅读提示:Materials and methods: Bacterial strain and culture conditions, Cell culture and macrophage infection 部分
药物处理
Mdivi-1 (20 µM) 和雷帕霉素 (100 nM) 预处理2小时
阅读提示:Materials and methods: Intracellular bacterial survival 部分
转染
HDAC11过表达质粒2.5 µg/孔,siRNA (30 nM/mL) 用Lipofectamine 3000转染
阅读提示:Materials and methods: Intracellular bacterial survival 部分
检测指标
mtROS用MitoSOX Green (1 µM, 30分钟) 检测,线粒体膜电位用JC-1 (2 µM, 20分钟) 检测
阅读提示:Materials and methods: Flow cytometry, Confocal laser scanning microscopy 部分
蛋白质组学
感染24小时,差异蛋白筛选标准|log2(fold change)| ≥ 1,P < 0.05
阅读提示:Materials and methods: Bioinformatics analysis 部分