草绿色链球菌生物膜逃避免疫检测并促进动脉粥样硬化斑块的炎症和破裂

Viridans Streptococcal Biofilm Evades Immune Detection and Contributes to Inflammation and Rupture of Atherosclerotic Plaques

作者信息Pekka J Karhunen, Tanja Pessi, Sohvi Hörkkö, Vesa Karhunen, Sirkka Goebeler, Anne-Mari Louhelainen, Mika Martiskainen, Teppo Haapaniemi, Johanna Lappeteläinen, Tommi Ijäs, Leo-Pekka Lyytikäinen, Emma Raitoharju, Thanos Sioris, Sari Tuomisto, Heini Huhtala, Chunguang Wang, Claudia Monaco, Niku Oksala, Terho Lehtimäki, Reijo Laaksonen
PMID40767295
发布时间2025-08-19
DOI10.1161/JAHA.125.041521

实验完整度

研究包含尸检斑块、临床内膜切除术标本、TLR细胞系及GWE分析等多个独立证据层级,且包含免疫组化功能验证和机制验证。

主要模型

Tampere Sudden Death Study尸检冠状动脉斑块 Tampere Vascular Study临床内膜切除术标本 HEK293-TLR细胞系

重点核对

尸检冠状动脉和内膜切除术标本中草绿色链球菌DNA的RT-qPCR阳性率及与免疫组化的一致性 草绿色链球菌免疫组化评分与AHA动脉粥样硬化分级及冠心病死亡的相关性 HEK293-TLR细胞系中不同细菌激活TLR2、TLR4的剂量和时间条件 GWE分析中TLR信号通路相关基因表达的差异及统计阈值

摘要

背景 已从动脉粥样硬化斑块中检测到来自口腔、呼吸道、肠道和皮肤的细菌DNA,提示其在与动脉粥样硬化相关的慢性炎症中起作用。慢性细菌感染常形成对抗生素和免疫检测具有抵抗力的生物膜,在适宜条件下产生新一代毒力细菌。本研究探讨免疫系统在细菌诱导的动脉粥样硬化斑块炎症中的作用。 方法 对121例猝死者的冠状动脉斑块和96例手术患者的内膜切除术标本进行了细菌实时定量聚合酶链反应、免疫组织化学和全基因组表达分析。在细菌激活的TLR细胞系中检查了TLR信号传导。 结果 在检测到的细菌中,口腔草绿色链球菌DNA最为常见,在42.1%的冠状动脉斑块和42.9%的内膜切除术标本中被发现。在两个系列中,草绿色链球菌免疫阳性与严重动脉粥样硬化(P<0.0001)以及冠心病死亡(P=0.021)或心肌梗死(P=0.042)相关。草绿色链球菌以生物膜形式定植于动脉粥样硬化核心,且未被先天免疫系统的巨噬细胞识别。相比之下,似乎源自生物膜的免疫阳性链球菌浸润了内膜切除术标本和冠状动脉斑块中破裂的纤维帽,并被模式识别受体检测到,且与适应性免疫反应共表达。在草绿色链球菌菌株中,TLR2是最常被激活的细菌信号通路。对内膜切除术标本的全基因组表达分析显示细菌识别通路上调。 结论 潜伏的慢性细菌炎症逃避免疫检测,并可能促进复杂动脉粥样硬化斑块和致命性心肌梗死的发病机制。

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
口腔细菌(特别是草绿色链球菌)是否以生物膜形式定植于动脉粥样硬化斑块,逃避先天免疫检测,并参与斑块破裂和心肌梗死的发病?
核心机制
草绿色链球菌生物膜在斑块脂质核心中形成,逃避巨噬细胞识别;从生物膜释放的毒力菌穿透纤维帽,被TLR(主要为TLR2)识别,激活MyD88/NF-κB通路,并触发适应性免疫,导致斑块破裂和心肌梗死。
主要证据
尸检和临床标本的RT-qPCR和免疫组化显示草绿色链球菌常见,且免疫阳性与严重动脉粥样硬化和冠心病死亡相关;免疫组化显示生物膜不被CD68识别,而游离菌与巨噬细胞和TLR2等共定位;TLR细胞系实验显示TLR2是主要信号通路;GWE分析显示TLR信号通路上调。
研究意义
研究支持慢性细菌感染在动脉粥样硬化病变复杂化和致命性心肌梗死发病中的作用,为新的诊断、预防和以生物膜为靶点的抗动脉粥样硬化治疗提供了可能性。

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

检测斑块中细菌DNA

确定动脉粥样硬化斑块中是否存在细菌DNA及其种类和丰度。

对TSDS尸检冠状动脉样本(107份)和TVS手术样本(19份)进行细菌RT-qPCR,使用针对多种口腔、呼吸道等细菌的引物和探针。

2

免疫组化检测链球菌分布

验证细菌DNA的存在,并定位链球菌在斑块中的空间分布。

使用针对草绿色链球菌的抗体混合物,对TSDS(359个)和TVS(59个)标本进行免疫组化染色。

3

评估免疫细胞对生物膜的识别

确定巨噬细胞是否识别生物膜状态与游离状态链球菌。

对连续切片进行CD68免疫组化染色,观察与链球菌染色的共定位。

4

分析TLR信号通路偏好

确定何种TLR通路被不同细菌优先激活。

用热灭活的多种细菌刺激HEK293-TLR细胞系(TLR1/2, TLR2/6, TLR4/MD2/CD14),检测NF-κB荧光素酶活性。

5

体内验证TLR通路激活

验证破裂斑块中TLR信号通路相关分子是否与链球菌共表达。

对破裂冠状动脉粥样硬化斑块进行免疫组化,检测TLR2、CD14、NF-κB、MyD88及T细胞标志物。

6

转录组水平分析信号通路

在临床样本中验证细菌识别通路的表达变化。

对TVS内膜切除术标本和LITA对照进行全基因组表达分析(Illumina HumanHT-12 v3 BeadChip)。

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
轻症链球菌ATCC 49456ATCC49456
血链球菌ATCC 10556ATCC10556
戈登链球菌ATCC 10558ATCC10558
咽峡炎链球菌ATCC 33397ATCC33397
中间普氏菌ATCC 25611ATCC25611
齿垢密螺旋体ATCC 35405ATCC35405
侵肺戴阿李斯特菌ATCC 33048ATCC33048
具核梭杆菌ATCC 25586ATCC25586
微小单胞菌ATCC 33270ATCC33270
伴放线聚集杆菌ATCC 700685ATCC700685
牙龈卟啉单胞菌ATCC 33277ATCC33277
肺炎衣原体ATCC 53592ATCC53592
ABI PRISM 7900序列检测系统Applied Biosystems--
DMEM培养基Invitrogen--
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
杀稻瘟菌素SInvivoGen--
潮霉素BInvivoGen--
MTTSigma--
肿瘤坏死因子αInvivoGen--
Pam3CSK4InvivoGen--
大肠杆菌脂多糖Sigma-Aldrich--
FSL-1InvivoGen--
Bright-Glo荧光素酶检测系统Promega--
CD68抗体Nordic Biosite--
CD14抗体Novocastra--
TLR2抗体Abcam--
TLR4抗体Abcam--
NF-kB抗体Abgent--
MyD88抗体Nordic Biosite--
CD3抗体Nordic BioSite--
CD3z (CD247)抗体ABD-Serotec--
化脓性链球菌抗体Abcam--
无乳链球菌抗体Abcam--
大肠杆菌抗体Santa Cruz Biotechnology--
IgG1同型对照Invitrogen--
Dako REAL抗体稀释液 (S2022)DakoS2022
Dako REAL EnVision检测系统 (K5007)DakoK5007
Trizol试剂----
miRNEasy Mini试剂盒Qiagen--
Illumina HumanHT-12 v3表达芯片Illumina--
Illumina TotalPrep RNA扩增试剂盒Ambion--
Illumina iScan系统Illumina--
BioPhotometer分光光度计Eppendorf--
ImageJ软件----
IBM SPSS统计软件IBM--

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
细菌RT-qPCR
样本类型(尸检冠脉/内膜切除)、DNA提取方法、引物探针序列、阳性判定阈值(Ct值)、参考基因(RNaseP)、相对定量方法(ΔΔCt)、细菌参考株种类及浓度
阅读提示:Methods: Bacterial RT-qPCR
免疫组化
抗体混合物(抗S. mitis, S. gordonii, S. sanguinis)稀释度(1:2000)、抗原修复条件、DAB显色时间、评分标准、阳性对照和阴性对照(preimmune serum)
阅读提示:Methods: Immunohistochemical Methods
TLR细胞系实验
细胞系(293-Null, TLR1/2, TLR2/6, TLR4/MD2/CD14)、培养条件(抗生素浓度)、刺激菌株及浓度(10^5-10^7/mL)、处理时间(6h)、荧光素酶检测试剂盒及方法
阅读提示:Methods: In Vitro Culture of TLR Cell Lines; Figure 4A
GWE分析
RNA提取试剂盒、芯片类型(HumanHT-12 v3)、RNA量、杂交和扫描参数、数据标准化方法(LOESS)、差异基因筛选阈值(FC>2, P<0.05)、通路分析软件(GSEA, MsigDB版本)
阅读提示:Methods: RNA Isolation and GWE Analysis in TVS
尸检样本收集
死亡到尸检时间(<5天)、排除抗生素使用、无菌采集和处理(NaOH处理器械、负压通风等)、样本储存条件(-70℃)、组织固定和脱钙条件
阅读提示:Methods: Tampere Sudden Death Study; Handling and Scoring of Histological Arterial Samples