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细菌病原体已经进化出两个主要的策略来殖民的肠道上皮细胞。附着微生物与肠道上皮细胞的顶杆,而入侵微生物的破坏和入侵上皮。识别细菌致病性的遗传基础和分析分子交叉会谈建立哺乳动物病原体及其靶细胞之间照亮这个相互作用的多样性。我们有enteroinvasive病原体的策略相比,强调细菌物种等志贺氏杆菌,鼠疫,沙门氏菌,代表的交互模式。交叉谈判导致上皮细胞肌动蛋白细胞骨架的改变表现为一个反复出现的主题在和传播进入上皮细胞。其他交叉谈判改变细胞囊泡的贩运和诱导细胞内舱中驻留的变化,从而创建利基市场有利细菌生存和增长。最后,也存在各种各样的策略来处理其他组件的上皮屏障,如巨噬细胞。Pro-phagocytic、anti-phagocytic pro-apoptotic过程似乎是特别重要的。
- 主机
- 病原体
- 肠
- 上皮细胞
- 细菌
- CT,霍乱毒素
- 肠出血性大肠杆菌,肠出血大肠杆菌
- EPEC、致肠病的大肠杆菌
- ETEC,产肠毒素的大肠杆菌
- 仙灵,滤泡相关上皮
- 差距,GTPase激活蛋白
- 嗯……,甘氨酸丰富的重复
- LT、热不稳定的
- 中性粒细胞,多形核白细胞
- SLT,志贺毒素
- 圣,耐热性的
- tts, III型分泌系统
来自Altmetric.com的统计
- CT,霍乱毒素
- 肠出血性大肠杆菌,肠出血大肠杆菌
- EPEC、致肠病的大肠杆菌
- ETEC,产肠毒素的大肠杆菌
- 仙灵,滤泡相关上皮
- 差距,GTPase激活蛋白
- 嗯……,甘氨酸丰富的重复
- LT、热不稳定的
- 中性粒细胞,多形核白细胞
- SLT,志贺毒素
- 圣,耐热性的
- tts, III型分泌系统
肠道上皮细胞,除了其吸收和消化特性,是一种有效的屏障对共生的植物和病原体。排除病原体的不仅是由于连续的物理屏障紧密地绑定形成的上皮细胞1;这也反映出顶端刷状缘的存在微绒毛层高度糖及其延伸,膜黏蛋白形成glycocalyx相关联。2其他相关因素也参与国防过程如黏液层,肠道蠕动,以及一系列先天抗菌乳铁蛋白等因素,溶菌酶,和短疏水抗菌肽家族cryptdins Paneth细胞产生的肠道隐窝。3
此外,肠道粘膜有一个特定的函数,很大程度上是由分泌iga免疫保护。感应这个函数需要抽样的微生物抗原通过网站把这些抗原的上皮细胞或微生物本身的抗原呈递细胞与淋巴滤泡相关组件的归纳的粘膜免疫系统。这些网站对应滤泡相关上皮(身上)的特点是M细胞的存在源于常规绒毛上皮细胞4;他们缺乏微绒毛,产生很少glycocalyx,表达高内吞作用的活动活跃的易位占颗粒抗原底层的淋巴组织。技术工程师为M细胞的分化是一个复杂的过程,涉及上皮细胞和淋巴细胞之间的紧密互动。5
上皮细胞的入侵机制
enteroinvasive细菌进入肠道上皮细胞是一个成功的入侵过程的关键。我们会考虑首先,为了评估入侵微生物的主要信号过程可能引起强迫进入non-phagocytic细胞。我们将把这关键的一步融入更多全球图片这些入侵微生物的破坏和入侵肠道屏障,这一过程涉及到与其他细胞组件交互的障碍,如上面了。
基本上有两种细菌掩饰的主要机制。6“拉链”过程对应于紧包络细菌体内的哺乳动物细胞膜,涉及表面束缚细菌蛋白结合哺乳动物细胞表面的粘附分子高关联,在侵袭素(发票)鼠疫绑定β1家族的整合蛋白,7或internalin的单核细胞增多性李斯特氏菌结合E钙粘素。8“触发”过程对应于细菌诱导大规模哺乳动物细胞细胞骨架变化在其网站的接触,从而造成波动过程,吸收细菌体macropinocytic液泡。9
Y伪是一个范式的“拉链”条目(图11需要发票,一个外膜蛋白986 aa。10发票与β1整合蛋白(α3β1,α4β1,α5β1、α6β1αVβ1)是参与上皮细胞的细胞外基质。7发票的C终端域(“超级域”)与整合素分子。尽管缺乏RGD的主题特征矩阵蛋白的结合位点的整合蛋白,它是一个竞争性抑制剂纤连蛋白结合β1整合蛋白。发票可以oligomerise和绑定β1整合蛋白亲和常数远远高于纤连蛋白。11这两个属性,允许强大的整合蛋白,参与矩阵蛋白质相比,可能占依从性之间的过渡和掩饰。的胞质域β1整合蛋白细胞细胞骨架调节掩饰传送信号。在生理条件下,它与组件交互的焦复合物,依从性斑块,p125FAK,依从性斑块的主要酪氨酸激酶。12的胞质域整合素α链不需要掩饰。令人惊讶的是,胞质域的某些改变β链的增加内在化,建议放宽这些交互可能会增加受体活性的膜,从而促进掩饰。
“拉链”的范式细菌病原体进入上皮细胞。侵袭素介导的绑定鼠疫的伪β1整合和掩饰。
志贺氏杆菌和沙门氏菌(图2)范式的“触发”条目涉及III型分泌系统(tts)。然而,他们显示不同的细胞内strinkingly行为。tts已经呈现在两个物种:Mxi-Spa志贺氏杆菌13和Inv-Spa沙门氏菌,14并且已经开始被描述关于他们在两种蛋白质成分。14 -16这些tss(图3)是由细胞质灯泡,后跟一个磁盘结构,跨度内和外膜。一根针穿过前面的域结构和扩展了外部的外膜平均长度60微米和内部直径2 - 3海里。它们参与一系列细菌分泌的效应物接触细菌和他们的靶细胞。第一个事件是两个效果器的插入在真核细胞膜:计划和IpaC的情况志贺氏杆菌,SipB SipC的情况沙门氏菌。这些蛋白质形成孔隙转运蛋白,占其他效应器的细胞内转移。13日,17
“引发”范式或病原体进入上皮细胞:tts介导易位沙门氏菌和志贺氏杆菌效应器的条目诱导macropinocytic液泡的形成。
tts的结构弗氏志贺菌。OM,外膜;PS,细胞周质间隙;IM,内膜;Cyt,细胞质。
效应器的沙门氏菌进入上皮细胞是通过tts Inv-Spa(图2)。两个同系物,SopE1和SopE2交换因素(GEF)小gtpase Cdc42和Rac。18催化三磷酸鸟苷的GDP的交换这些小gtpase,导致一连串的激活信号引起肌动蛋白聚合。19激活,三磷酸鸟苷结合,gtpase黄蜂家族的蛋白质相互作用,反过来,绑定并激活Arp2/3七一个复杂的蛋白质诱导肌动蛋白成核。20.或者,或者以协调的方式,SipC的效应蛋白编码SIP1被插入到真核细胞膜,导致直接的肌动蛋白在体外成核。21生,另一个产品SPI1、绑定和稳定肌动蛋白丝,从而提高组织的条目的焦点。22SopB,肌醇磷酸酯酶,也通过tts转移,尽管其确切作用在输入过程是未知的。23为了能够完成其输入过程和修复局部细胞骨架的改变,沙门氏菌提升者通过易位的另一个效应蛋白,肌动蛋白解聚SptP。这种蛋白质是一种混合的酪氨酸磷酸酶和差距(GTPase激活蛋白),调节Cdc42的功能和Rac通过刺激GTPase活性,因此生产他们不活跃的国内生产总值(GDP)绑定的形式。24
尽管一定程度之间的同源性沙门氏菌国际儿科Sip蛋白质和蛋白质志贺氏杆菌,他们的机制进入上皮细胞显示明显的差异(图2)。最近的序列志贺氏杆菌毒力质粒所必需,足以推动进入上皮细胞并没有表明同系物sopE或sptP。25三种蛋白质已被证明到目前为止诱导条目所需的信号通过细胞骨架重组导致macropinocytic液泡的形成。IpaC,孔隙的组件允许易位效应蛋白,也牵涉其中,但通过其C终端域暴露到宿主细胞胞浆,在触发肌动蛋白成核/聚合。26IpaC运作的机制仍然未知,不涉及Cdc42 GEF活动和Rac。IpaA参与诱导成熟条目的条目的焦点。IpaA vinculin结合并激活功能的蛋白质,属于焦依从性斑块和协调组织的肌动蛋白丝。27高亲和力结合IpaA N端子头vinculin触发它的演变,从而促进其肌动蛋白的结合能力C终点站。这导致一个肌动蛋白的形成杯,这样的焦斑结构,似乎必须执行志贺氏杆菌条目。28令人惊讶的是,这种相互作用的最终结果是肌动蛋白解聚,29日进行了从filopodial / lamellipodial结构过渡到肌动蛋白杯形成和条目集中一次条目的最后修复完成。IpgD,另一个效应蛋白分泌磷脂酰肌醇磷酸酶活动似乎占membrane-cytoskeletal协会的放松,从而促进肌动蛋白丝的扩展条目的早期阶段的过程。30.组织的信号过程引起的志贺氏杆菌是由c - src策划招募入口网站,根据条目的阶段过程,提高或调节肌动蛋白丝的发展。31日,32
微分胞内的行为沙门氏菌和志贺氏杆菌占微分致病性属性。一旦细胞内,沙门氏菌被困在一个空泡的隔间,而志贺氏杆菌破坏他们的液泡和逃避到细胞质中。33志贺氏杆菌从而允许表达细胞内活性和细胞细胞传播,允许高效的上皮入侵。失去了这种能力是强减毒突变体,在体外和体内。34 -36细胞内的能动性志贺氏杆菌是由极地IcsA, 1102 aa的外膜蛋白,也是毒力质粒编码的志贺氏杆菌。35IcsA的N末端部分,通过一系列的甘氨酸丰富的重复(嗯……),结合N-WASP37激活这种蛋白质,导致其展开的方式使其C末端域(VCA域)用于招聘和Arp2/3复杂的绑定,从而导致肌动蛋白成核和聚合。38结果,这个复杂(IcsA N-WASP, Arp2/3)似乎充分必要引起肌动蛋白nucleation-polymerisation和促进细菌的细胞质中的能动性。细胞,细胞也涉及到接触传播志贺氏杆菌中间连接的组件。39积极传播形成的突出的微生物是相邻细胞的内源性肌凝蛋白II的过程,需要激活。40掩饰的髓核后,两国膜被破坏后分泌的孔隙形成计划和IpaC蛋白质。41 -43
大多数研究的细胞内的行为沙门氏菌在巨噬细胞。44沙门氏菌海拉细胞含有液泡,最初所形成两个群体:一个分开出现的内吞作用的路线,另一个是“古典”吞噬途径。45两个隔间可能是有利的沙门氏菌生存和胞内增长。然而,生活致病性沙门氏菌现在与非典型间获得溶酶体标记如Lgp或灯,但不是mannose-6-phosphate受体和组织蛋白酶D / L对终端溶酶体末成熟的标志。46这些数据表明,Salmonella中断的成熟隔间为了生存和生长的细胞。Rab-7可能控制的膜材料构成本室由招聘和囊泡融合在组织蛋白酶在液化石油气和贫富。46这个隔间也以其在海拉细胞形成管状结构的能力。47SPI2致病性岛沙门氏菌控制这个成熟过程至关重要。
病原体相互作用与肠上皮屏障
肠道病原体可以坚持肠道上皮和殖民表面,或入侵并导致炎性病变。霍乱弧菌和产肠毒素的大肠杆菌(ETEC)第一类的代表。他们表达表面丰富的特别结合碳水化合物与糖蛋白或糖脂的刷状缘膜,不会引起细胞骨架的重要变更的微绒毛。他们还产生毒素(霍乱毒素(CT)或不耐热的(LT)和耐热性的(ST)毒素)作为药理拮抗剂/钠水重吸收和受体激动剂氯化/水的分泌,从而导致净hydroelectrolytic通量占腹泻。致肠病的大肠杆菌(EPEC)和肠出血大肠杆菌(肠出血性大肠杆菌)属于同一类别,因为他们保持细胞外。然而,他们建立的交互类型的上皮细胞接近顶端的入侵微生物分泌蛋白质效应器调解亲密的坚持和抹杀的微绒毛刷状缘涉及主要的肌动蛋白细胞骨架的重排。48肠出血性大肠杆菌感染,此外,分泌志贺毒素(SLT1和2),作为有效的细胞毒素,局部和全身。enteroinvasive病原体包括细菌物种的分类等志贺氏杆菌,沙门氏菌,鼠疫。从最初的网站入侵,观察几种场景:志贺氏杆菌基本上仍然是当地的,导致结肠和直肠粘膜的主要炎性破坏。鼠疫继续局部感染,包括肠系膜淋巴结的回肠通常是感染。沙门氏菌可以随后进行系统性传播,如伤寒的情况。
这些不同的模式反映了基因差异在这些入侵病原体感染的规定特定的模式。水平传播基因的质粒、转座子和噬菌体,集成的致病性岛这些基因组描述这些微生物对一个特定的物种形成致病性概要文件。本文主要关注使用的策略enteroinvasive破坏病原体,入侵,进行肠道粘膜的炎症性破坏。
移动路线的易位肠上皮屏障的病原体
最近贡献结合细胞分析系统和肠道被细菌入侵的体内模型揭示了一个复杂的画面。目前三个入侵的途径可以被认为是:M细胞,绒毛上皮细胞,“CD18依赖”的途径。49
M细胞的仙灵易位的路线
各种细菌、病毒和原生动物把通过肠上皮细胞通过细胞。50岁,51这些病原体利用黏膜取样的生理途径抗原穿过上皮屏障。与经典的概念涉及初始易位绒毛上皮细胞,这一过程似乎难以实现,甚至对入侵微生物,52这里的病原体生存需要主要居民吞噬细胞的有害影响,卵泡穹顶,而不是直接进入上皮细胞通过顶杆。入侵的绒毛上皮因此成为第二个事件年表的肠道入侵。
志贺氏杆菌感染(图4):之前开发的痢疾、结直肠粘膜的炎性病变早期经常像aphthoid溃疡与淋巴滤泡的存在。53实验猕猴感染36在兔子的结扎肠道感染的循环模型,54确认这些临床观察。兔子,细菌通过M细胞选择性地把。55没有特定的依从性系统中介之间的交互志贺氏杆菌和M细胞的腔的一侧到目前为止已被确认。然而,入侵志贺氏杆菌把更有效地通过M比非侵入性突变细胞,表明入侵表型的表达起着重要的作用志贺氏杆菌- m细胞的相互作用。易位后,shigellae由树突细胞吞噬,常驻巨噬细胞在圆顶。的生存策略志贺氏杆菌是导致细胞凋亡的巨噬细胞,55岁,56从而允许访问的基底上皮细胞,细菌可以有效地输入。凋亡的巨噬细胞死亡志贺氏杆菌包括激活半胱天冬酶- 1,57岁的58也启动炎症导致成熟的两种炎性细胞因子:白介素- 1β和白介素18。59这种早期炎症过程导致的快速破坏上皮屏障,从而进一步促进志贺氏杆菌入侵。
Physiopathological方案志贺氏杆菌感染。
鼠疫enterocolitica(图5)通常会导致腹泻病,而Y伪引起轻度肠道症状,可能是紧随其后的是肠系膜淋巴结炎,有时全身扩散。Yersiniae穿过肠道上皮主要通过仙灵,派尔集合淋巴结补丁的回肠。60侵袭素(发票),103 kDa外膜蛋白质Y伪结合β1整合蛋白也表达了M细胞水。发票-突变体仍坚持和入侵M细胞,但在一个非常低的水平比野生型菌株及其殖民潜力派尔集合淋巴结补丁会大大减少。61年其他鼠疫表面蛋白,如生病、PsaA雅达可能占剩余的入侵发票突变体。62年一旦达到穹顶,yersiniae生存攻击由常驻巨噬细胞表达一种antiphagocytic策略造成的注入,通过质粒编码类型III secreton,三个蛋白质效应器,YopH, T, E,破坏细胞骨架组装。63年,64年酪氨酸磷酸酶YopH,脱去磷酸paxilin, p130中科院FAK,参与细胞骨架的组装复合物吞噬作用所必需的。65年YopT引起肌动蛋白丝的解聚诱导RhoA GTPase的再分配。66年YopE表达一个间隙函数,抑制小gtpaseρ家族参与吞噬作用。67年Yersiniae因此本质上仍然在感染细胞外派尔集合淋巴结补丁和肠系膜淋巴结。这使得他们的细胞外生存和可能的发票进入上皮细胞介导的。
Physiopathological方案鼠疫感染。
鼠伤寒沙门氏菌(图6)穿过上皮屏障,导致系统性传播,导致致命的败血症小鼠。类似的情况是在人类感染伤寒沙门氏菌。年代沙门氏菌感染结合M细胞并把通过小鼠小肠的身上。68年,69年这是M细胞的细胞毒性。69年,70年长Lpf菌毛调解坚持小鼠M细胞。71年然而,将可能是一个组件的曲目依从性因素也包括碳水化合物含有galactose-β(1 - 3)培养上显示Caco-2细胞。72年依从性的年代沙门氏菌感染M细胞细胞膜的后跟激怒macropinocytosis,反映细胞骨架变化类似于发生在体外培养细胞。73年入侵系统编码沙门氏菌致病性岛1 (SPI1)和额外的蛋白质分泌通过编码的tts SPI1有助于M细胞的入侵。SPI1负突变体不是M细胞的细胞毒性及其能力穿过肠道屏障受损,而他们的毒性全身感染后仍然完好无损。74年一旦达到淋巴滤泡的穹顶,常驻巨噬细胞和树突细胞的吞噬作用后,75年年代沙门氏菌感染通过SPI1原因SipB依赖凋亡caspase-1杀害这些巨噬细胞激活后。76年然而,沙门氏菌也进化吞噬细胞内生存的策略,特别是巨噬细胞,这可能促进其系统性传播。SPI2,另一个致病性岛编码一种类型III secreton及其专用的效应蛋白,77年以及一系列phoP / phoQ调节基因,78年是必不可少的沙门氏菌巨噬细胞内生存和增长。巨噬细胞死亡和生存之间的平衡是如何实现在保存细胞还未可知。
沙门氏菌路线交叉感染的肠道屏障和physiopathological方案。
transepithelial路线的入侵
虽然M细胞占很大一部分的初始穿越enteroinvasive微生物的肠上皮细胞,替代路线可能会存在。电子显微镜的绒毛上皮细胞顶端入侵的证据沙门氏菌体内。79年志贺氏杆菌入侵肠道绒毛在缺乏淋巴集结在兔子的结扎循环感染模型。55岁,80年,81年然而,入侵的绒毛上皮出现之后的2 - 4小时(8小时而不是技术工程师)和被细菌接种物远高于那些导致自然在人类疾病。此外,肠道上皮细胞对入侵病原体表达促炎细胞因子和趋化因子。82年这种编程的上皮细胞产生促炎的分子导致吸引力和transepithelial多形核白细胞的迁移(中性粒细胞),从而破坏上皮的通透性。83年直接的相互作用沙门氏菌没有掩饰就足以引发transepithelial中性粒细胞迁移。84年这是可能的沙门氏菌和志贺氏杆菌,一些蛋白注射促炎的tts触发激活转录因子如NF-κB。在的情况下志贺氏杆菌,这一过程有助于细菌入侵上皮细胞基底通过极更宽容的细菌进入。80年,85年似乎因此transepithelial这些细菌引起的信号可能最终使上皮细胞入侵的地区不具备技术工程师和淋巴结构。最近的示威活动,细胞内志贺氏杆菌LPS能够诱导迅速和长期激活NF-κB和小君终端通过Nod1激酶,造成生产引发的上皮细胞,是另一个信号的过程,可能局部破坏绒毛上皮细胞并促进其入侵。86年
CD18依赖途径感染沙门氏菌(和其他入侵细菌吗?)
尽管SPI1缺陷的突变体年代沙门氏菌感染缺乏入侵M细胞和绒毛上皮细胞,他们保护他们的传播能力和杀死被感染的老鼠。87年同样,发票的负突变体Y enterocolitica无法殖民派尔集合淋巴结补丁和相应的肠系膜淋巴结,但他们仍然保持他们的系统性传播的能力。88年这些观察表明,替代路线M细胞和绒毛上皮细胞可能存在交叉上皮屏障。最近的证据表明的情况年代沙门氏菌感染,这种替代路线,允许存在系统性传播。这条路线涉及CD-18表达单核吞噬细胞。89年细菌吸收似乎是由树突细胞打开紧密连接和发送树突细胞腔的一侧的上皮细胞的细菌。这些细胞紧密连接蛋白的表达,可能参与再密封的上皮细胞,从而保护上皮屏障的不渗透性。90年
结论
的复杂流程enteroinvasive细菌病原体的破坏和入侵肠道上皮为重点的了在十字架上细菌和细胞之间的谈判,建立目标。已经有很多学习在过去的几年中对信号发生细菌和细胞之间的接口,但还有待了解了更多全球信号流程,导致组织损伤和修复过程中一个感染的过程。现在我们正在目睹之间的过渡时期古典概念“细胞微生物学”和“组织的微生物学”的新概念。
确认
我要感谢我的同事的团结de Pathogenie Microbienne Moleculaire讨论这个话题和科莱特Jacquemin版本的手稿。PS是霍华德休斯医学研究所的学者。