I型干扰素抑制中性粒细胞群集促进胞内细菌免疫逃逸

Inhibition of neutrophil swarming by type I interferon promotes intracellular bacterial evasion.

作者信息Shimin Li, Qi Yao, Jiajia Li, Haoxiang Yang, Rui Qian, Meijuan Zheng, Ning Wu, Hongyuan Jiang, Lu Li, Zhutian Zeng
PMID39375351
发布时间2024-10-07
DOI10.1038/s41467-024-53060-4

实验完整度

高

包含活体成像、多种基因敲除小鼠、体外细胞实验及临床样本,并进行了功能与机制验证

主要模型

C57BL/6小鼠及多种基因敲除小鼠 小鼠骨髓来源中性粒细胞 人HL-60细胞系 COVID-19患者外周血中性粒细胞

重点核对

小鼠静脉感染LM剂量:1×10^6或1×10^8 CFU 中性粒细胞清除:注射α-Ly6G抗体(感染前12小时) Zileuton处理剂量:50 mg/kg PD0325901处理剂量:40 mg/kg(体内),5 μg/mL(体外) 活体成像时间点:感染后90分钟、6小时、16小时、24小时、48小时

摘要

单核细胞增生李斯特菌(LM)具有突破多种屏障并引发复杂免疫反应的能力。然而,关于LM如何在体内逃避先天免疫监视,目前仍缺乏明确认识。本研究利用肝脏活体成像阐明了LM在肝脏感染过程中的动态变化。我们发现LM可通过李斯特菌溶血素O(LLO)迅速从库普弗细胞(KCs)中逃逸,并在肝细胞内增殖。当LM暴露于肝血窦后,中性粒细胞会迅速聚集到感染部位。随后,LM可主要诱导脾脏产生I型干扰素(IFN-I),IFN-I全身性作用于中性粒细胞,通过失活ERK通路阻碍其群集,从而逃避中性粒细胞介导的清除。此外,我们的研究提示病毒诱导的IFN-I可抑制中性粒细胞群集,且COVID-19患者表现出受损的中性粒细胞聚集功能。总之,我们的发现提供了有力证据,表明以LM为代表的胞内细菌可劫持宿主抗病毒感染的防御机制来逃避免疫监视。此外,IFN-I引起的中性粒细胞群集受损是病毒感染后细菌感染易感性增加的重要因素之一。

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
LM如何在体内逃逸先天免疫监视,特别是中性粒细胞的清除作用?
核心机制
LM通过LLO穿孔KC膜逃逸并感染肝细胞,诱导脾脏产生IFN-I;IFN-I通过IFNAR-JAK信号拮抗LTB4介导的ERK磷酸化,抑制中性粒细胞群集,从而逃避免疫清除。
主要证据
肝脏活体成像显示LM从KC逃逸及中性粒细胞群集动态;IFN-I过表达、Ifnar−/−小鼠及ERK抑制剂实验证实IFN-I-ERK轴抑制群集;体外细菌琼脂珠实验验证中性粒细胞群集及IFN-I抑制作用;COVID-19患者中性粒细胞群集减弱。
研究意义
揭示胞内细菌可劫持抗病毒免疫机制(IFN-I)抑制中性粒细胞群集以逃逸监视,为病毒感染后继发细菌感染易感性增加提供了机制解释。

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

LM在肝脏中的动态感染过程成像

观察LM感染后在小鼠肝脏中的分布及与KC、中性粒细胞的相互作用

小鼠静脉感染LM-GFP,利用肝脏活体成像追踪细菌与KC(F4/80标记)、中性粒细胞(Ly6G标记)的动态变化

2

LM逃逸KC的机制验证

验证LM是否依赖LLO而非ActA从KC逃逸

比较野生型LM、LM-ΔactA和LM-Δhly感染后KC膜损伤及细菌逃逸情况,并评估肝脏细菌载量

3

中性粒细胞群集对LM感染控制的作用

探究中性粒细胞群集是否限制LM感染

比较LM与胞外菌MW2、CFT073诱导中性粒细胞群集的能力;通过抗体清除中性粒细胞或Zileuton抑制群集,评估对细菌载量的影响

4

脾脏来源IFN-I对中性粒细胞群集的抑制作用

验证脾脏产生的IFN-I是否抑制中性粒细胞群集并加重LM感染

比较脾切除(SpX)与假手术小鼠的LM感染进程和中性粒细胞群集;通过HDI过表达IFN-β或使用Ifnar−/−小鼠验证IFN-I作用

5

IFN-I抑制中性粒细胞群集的信号机制

阐明IFN-I是否通过ERK通路抑制中性粒细胞群集

体外用IFN-β1和LTB4处理骨髓中性粒细胞,检测p-ERK;使用PD0325901抑制ERK,Ruxolitinib抑制JAK,观察对群集和LTB4合成的影响

6

病毒诱导IFN-I对继发LM感染的影响

验证病毒诱导的IFN-I是否通过抑制中性粒细胞群集加重继发性LM感染

先用VSV或MCMV感染小鼠,再感染LM,评估肝脏细菌载量和中性粒细胞群集;采用Ifnar−/−中性粒细胞过继转移实验

7

人中性粒细胞群集及COVID-19患者验证

验证IFN-I抑制人中性粒细胞群集的机制及在COVID-19患者中的相关性

使用DMSO诱导HL-60分化为dHL-60细胞,进行细菌琼脂珠成像;分离COVID-19患者外周血中性粒细胞,检测群集能力及ERK磷酸化

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----
胎牛血清----
脑心浸液培养基----
红霉素----
卡那霉素----
APC/Cy7抗小鼠CD45抗体(30-F11)Biolegend--
PE/Cy7抗小鼠CD11b抗体(M1/70)Biolegend--
PE或AF647抗小鼠Ly6G抗体(1A8)Biolegend--
APC或PE抗小鼠F4/80抗体(BM8)Biolegend--
Brilliant Violet™ 786抗小鼠CD11b抗体(M1/70)eBioscience--
GAPDH单克隆抗体(abs830030)Absinabs830030
ERK1/2多克隆抗体(11257-1-AP)Proteintech11257-1-AP
磷酸化ERK1/2 (Thr202/Tyr204)多克隆抗体(28733-1-AP)Proteintech28733-1-AP
5-LOX多克隆抗体(10021-1-Ig)Proteintech10021-1-Ig
三色预染蛋白Marker(EC1019)Shandong Sparkjade Biotechnology Co., Ltd.EC1019
BCA蛋白定量试剂盒(PA002-01A)NovoproteinPA002-01A
无内毒素质粒中提试剂盒(CW2105S)CWBIOCW2105S
CFSE细胞分裂追踪试剂盒(5 μM, Cat. 423801)BioLegend423801
碘化丙啶(25 μg, Cat. 421301)BioLegend421301
DiD(5 μM, Cat. D7757)InvitrogenD7757
DCFH-DA(10 μM, Cat. D6883)SigmaD6883
白三烯B4(1 μM, Cat. 20110)Cayman20110
脂多糖(200 ng/mL, Cat. L2630)SigmaL2630
fMLP(1 μM, Cat. F35065)SigmaF35065
重组小鼠IFN-β1(20 ng/mL, Cat. 581302)Biolegend581302
重组人IFN-α(100 ng/mL, Cat. 592702)Biolegend592702
齐留通(Cat. S1443)SelleckS1443
PD0325901(Cat. S1036)SelleckS1036
芦可替尼(Cat. S1378)SelleckS1378
Cl-amidine(Cat. S8141)SelleckS8141
Setanaxib(Cat. S7171)SelleckS7171
Percoll分离液(Cat.17-0891-09)GE Healthcare17-0891-09
Ficoll-Hypaque分离液(Cat. LTS1077)Tianjin Haoyang Biological Manufacture Co., LtdLTS1077
透明质酸溶液(Cat. S7020)SolarbioS7020
小鼠IFN-α ELISA试剂盒(Cat. H023)Nanjing Jiancheng Bio. Co.H023
小鼠IFN-β ELISA试剂盒(Cat. H024)Nanjing Jiancheng Bio. Co.H024
人IFN-α ELISA试剂盒(Cat. 1110012)Dakewe1110012
LTB4 ELISA试剂盒(Cat. ml201802)mlbioml201802
ALT诊断试剂盒(Cat. C009)NJJCBIOC009
AST诊断试剂盒(Cat. C010)NJJCBIOC010
TRIzol试剂Invitrogen--
HiScript III qRT SuperMix试剂盒Vazyme--
ChamQ Universal SYBR qPCR预混液Vazyme--
2× Hieff PCR预混液(Cat. 10102)Yeasen10102
Nikon Ti2-E倒置显微镜Nikon--
Yokogawa CSUW1转盘共聚焦扫描单元Yokogawa--
iChrome MLE紧凑型四色激光引擎Toptica--
sCMOS相机Prime95BPhotometrics--
SH-Compact 523成像系统Hangzhou Shenhua Technology Co., Ltd.--
Roche LightCycler 96实时PCR仪Roche--

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
LM感染及活体成像
LM菌株(WT、ΔactA、Δhly)、感染剂量(1×10^6或1×10^8 CFU)、静脉注射途径、成像时间点(90分钟至24小时)
阅读提示:Methods 'Viruses and bacteria'及'Intravital imaging of the liver, spleen and cremaster muscle',Fig. 1和Fig. 2图注
中性粒细胞清除
α-Ly6G抗体克隆号、剂量、给药时间(感染前12小时)
阅读提示:Results 'Neutrophil swarming is indispensable...'及Fig. 2e-g图注
Zileuton抑制群集
Zileuton剂量(50 mg/kg)、给药途径、给药时间
阅读提示:Fig. 2h-j图注及Methods 'Antibodies and reagents'
IFN-I过表达
HDI质粒剂量(5 μg)、注射体积(2 mL)、注射时间(感染前5天)
阅读提示:Methods 'Cell lines and plasmids'及Fig. 4a-c图注
ERK抑制剂处理
PD0325901体内剂量(40 mg/kg)及体外浓度(5 μg/mL)、处理时间
阅读提示:Fig. 5e-i图注及Methods 'Antibodies and reagents'
病毒共感染
病毒种类(VSV、MCMV、IFV)、剂量(VSV/MCMV 1×10^6 PFU,IFV 1×10^4 PFU)、感染时间(LM感染前24小时)
阅读提示:Methods 'Viruses and bacteria'及Fig. 6图注