【Cell Discov】12+，细胞界“预警漏洞”！细菌毒素诱导迁移体释放，竟是炎症“幕后黑手”～

该研究围绕“细菌毒素如何触发宿主急性炎症”这一核心问题，采用“现象发现—机制解析—体内验证—功能确认”的递进式研究思路：首先观察艰难梭菌毒素B3（TcdB3）对体外培养细胞的影响，发现其诱导迁移体形成的特殊现象；通过筛选不同细菌毒素和效应蛋白，明确非经典迁移胞吐的诱导特异性；借助基因敲低、药物抑制等技术，揭示RhoGTP酶、微管及SMS2在该过程中的调控作用；在小鼠体内验证毒素诱导的迁移体形成及主要靶细胞；最后利用迁移胞吐缺陷型（Tspan9⁻/⁻）小鼠，证实非经典迁移胞吐在毒素诱导急性炎症中的关键作用，完整阐明“细菌毒素—非经典迁移胞吐—炎症因子释放—急性炎症加重”的调控路径。

 

研究背景

大型梭菌毒素（LCTs）等细菌毒素可通过修饰Rho/Ras家族小GTP酶，破坏宿主细胞肌动蛋白细胞骨架，引发细胞病变和急性炎症，但具体调控机制尚未完全明确。

迁移胞吐是迁移细胞通过释放迁移体介导胞内成分释放的过程，参与细胞间通讯、线粒体稳态等生理功能，其发生依赖细胞迁移和四跨膜蛋白（TSPANs）等分子。但迁移胞吐是否可在非迁移细胞中发生、是否参与病原体诱导的炎症反应，以及细菌毒素能否调控该过程，均为尚未解决的研究缺口。此外，宿主如何通过迁移胞吐感知病原体侵袭并启动炎症应答，相关分子机制仍需深入探究。

 

研究结果

1、艰难梭菌TcdB3诱导培养细胞形成迁移体

 

TcdB3处理后，NRK、U2OS等多种细胞会从收缩的细胞体延伸出细丝，并在细丝上形成大量囊泡结构（图1a）；SEM和TEM证实这些囊泡直径200nm-1μm，内部含多个小颗粒，符合迁移体的形态特征（图1b、c）；蛋白质组学检测到囊泡中富集TSPAN家族蛋白、PigK等迁移体标志物，且Tspan4过表达细胞的迁移体数量显著增加，Tspan4敲除细胞迁移体形成能力显著下降（图1d、e）；实时活细胞成像显示，毒素诱导的迁移体在形成后数分钟至6小时内破裂释放内容物（图1f）。这些结果表明，艰难梭菌TcdB3可在体外培养细胞中诱导非经典迁移胞吐，且TSPAN4对该过程有促进作用。

 

2、迁移胞吐具有细菌毒素和效应蛋白选择性

 

在多种LCTs中，仅TcdB3、TcsL和TpeL能有效诱导迁移体形成，而TcdB1、TcdA等其他毒素无法诱导（图2a、b）；表达TcdB3和TcsL的糖基转移酶结构域（GTD），或沙门氏菌SptP、衣原体CT166等靶向Rho/Ras家族的细菌效应蛋白，均能诱导迁移体形成，而无GTD活性的TcdB3突变体则无此效应（图2c）。这些结果表明，迁移胞吐的诱导具有特异性，仅靶向小GTP酶的特定细菌毒素及其效应蛋白可触发该过程，且依赖其酶活性而非进入细胞的途径。

 

3、RhoGTP酶活性和微管稳定性对迁移体形成至关重要

 

系统发育分析表明诱导迁移胞吐的毒素/效应蛋白均不靶向RhoA/B/C，但敲低RhoA、RhoB、RhoC会显著减少迁移体数量，敲低Rac1、Cdc42则无明显影响（图3a、b）；微管解聚剂诺考达唑可显著抑制TcdB3诱导的迁移体形成，而肌动蛋白解聚剂拉春库林A和微管稳定剂紫杉醇无明显作用（图3c、d）；SMS2抑制剂Ly93和SMS-IN-1也能阻断该过程，而PIP2抑制剂无影响。这些结果表明，RhoGTP酶活性、微管稳定性及SMS2功能是毒素诱导非经典迁移胞吐的必需条件。

 

4、细菌毒素在体内诱导迁移体形成

 

TcdB3腹腔注射小鼠后，肝脏组织的WGA阳性信号显著增强（图4a）；超高分辨率共聚焦显微镜在肝血窦区域检测到直径约1μm的类迁移体结构（图4b）；活体成像显示，肝血窦内皮细胞（LSECs）在毒素刺激后会产生WGA阳性迁移体（图4c）；TEM证实，毒素处理后LSECs和枯否细胞（KCs）周围出现含小囊泡和线粒体的迁移体结构（图4d）；分离的原代LSECs和骨髓来源巨噬细胞对TcdB3敏感，体外处理后可形成迁移体。这些结果表明，细菌毒素可在小鼠体内诱导迁移体形成，LSECs和KCs是体内主要的靶细胞。

 

5、迁移胞吐缺陷型小鼠对TcdB3耐受，炎症反应减弱

 

Tspan9⁻/⁻小鼠在TcdB3攻击后存活率约50%，而野生型小鼠全部在36小时内死亡，且两者对不诱导迁移胞吐的Tcnα和TcdB1敏感性无差异（图5a、b、c）；转录组分析显示，TcdB3处理后，Tspan9⁻/⁻小鼠肝脏中趋化因子、炎症因子相关基因（如Cxcl10、Tnf）表达显著低于野生型（图5d、e）；血液检测和活体成像显示，野生型小鼠在毒素处理后2小时单核细胞数量显著升高，90分钟内肝脏出现大量中性粒细胞浸润，而Tspan9⁻/⁻小鼠的免疫细胞浸润明显延迟且减弱（图5f、g、h）。这些结果表明，迁移胞吐缺陷会降低小鼠对TcdB3的敏感性，减轻毒素诱导的急性炎症反应，证实非经典迁移胞吐在毒素介导的败血症中起关键作用。

 

结论

本研究首次发现，靶向小GTP酶的细菌毒素及其效应蛋白可诱导非经典迁移胞吐，该过程不依赖细胞迁移，在迁移和非迁移细胞中均能发生。机制上，非经典迁移胞吐依赖RhoGTP酶活性、微管稳定性及SMS2功能，且TSPAN家族蛋白参与调控。体内实验证实，艰难梭菌TcdB3可在小鼠肝脏的LSECs和KCs中诱导迁移体形成，迁移体通过释放炎症因子等内容物，加重早期炎症反应并促进免疫细胞浸润，最终加剧毒素介导的败血症。

研究不仅拓展了迁移胞吐的生物学功能，揭示了其作为宿主感知病原体侵袭、启动炎症应答的新型机制，还明确了非经典迁移胞吐在细菌毒素诱导急性炎症中的关键作用。这些发现为理解病原体-宿主相互作用提供了新视角，同时为细菌毒素介导的炎症相关疾病提供了潜在治疗靶点（如靶向TSPAN家族蛋白或SMS2）。