蜡样芽孢杆菌溶血素O诱导细胞焦亡

　　蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)是一种革兰氏阳性菌，广泛存在于自然环境中，包括深海。蜡样芽孢杆菌会产生许多毒力因子，包括溶血素、磷脂酶和蛋白酶。其中，热稳定的呕吐毒素可引起呕吐，而三种肠毒素，即非溶血性肠毒素(NHE)、溶血素BL(HBL)和细胞毒素K(CytK)可诱发腹泻综合征。在免疫功能低下的患者中，蜡样芽孢杆菌可引起致命的非胃肠道感染，包括眼内炎、呼吸道和尿路感染、心内膜炎、全身性细菌性败血症和中枢神经系统感染。最近的研究表明，HBL、NHE和CytK可以激活NLRP3炎症小体，从而引发细胞焦亡并导致小鼠快速死亡。

　　溶血素O（CLO）的毒性机制

　　胆固醇依赖性溶细胞素(CDC)是一类形成孔的外毒素，传统上认为可结合细胞膜中的胆固醇并形成跨膜孔。孔隙形成涉及低聚和可溶性单体组装成环形前孔，这些环形前孔经历构象变化以插入膜中，最终形成大型两亲性跨膜β桶状结构。溶血素O(CLO)，也称为溶血素I，是蜡样芽孢杆菌分泌的一种蛋白质。它与产气荚膜梭菌和化脓性链球菌的PFO和链球菌O具有57-68%的氨基酸同一性，属于CDC家族。有研究表明，静脉注射至小鼠的CLO低至1-2 μg是致命的，并且CLO能够诱导乳酸脱氢酶(LDH)的释放，从而加剧蜡样芽孢杆菌诱导的眼内炎。此外，最近的研究表明，CDC引起的膜穿孔可以激活含有NLRP3炎症小体的NOD样受体家族pyrin结构域，进而诱导促炎细胞因子的分泌，如白细胞介素(IL)-1β和IL-18。

　　细胞焦亡：CLO的致命武器

　　细胞焦亡是一种程序性细胞死亡，可由病原体入侵引起。焦亡是由一组称为gasdermin(GSDM)的成孔蛋白执行的。在经典和非经典焦亡途径中，caspase(Casp)1和Casp4/5/11分别裂解gasdermin D(GSDMD)以释放N端结构域(GSDMD-N)。释放的GSDMD-N与质膜上的酸性磷脂结合，形成低聚孔，导致细胞肿胀和破裂。GSDMD孔能够释放大量促炎因子，特别是IL-1β和IL-18.它们激活巨噬细胞和T淋巴细胞，随后诱导炎症。NLRP3炎症小体对激活Casp1依赖性经典通路至关重要。NLRP3炎症小体组装和激活可由多种分子和细胞事件触发，包括病原体感染、线粒体功能障碍、ROS释放、溶酶体破坏、反式高尔基体分解和离子通量改变，例如K+外排、Na+流入。

　　深海分离株MB1的CLO毒性

　　从马里亚纳海沟深海分离出的致病性蜡样芽孢杆菌(MB1)表现出很强的细胞毒性和诱导的细胞焦亡，其特征是激活Casp1和GSDMD以及分泌IL-1β和IL-18.基因组测序显示，MB1编码CLO，但CLO的功能尚不清楚。在这项研究中，我们检查了MB1中CLO的生物活性。我们发现CLO是一种细胞毒素，可结合血浆胆固醇并以结构依赖性方式诱导GSDMD介导的细胞焦亡。CLO的C末端十一肽中三个色氨酸残基的结构完整性对于CLO与膜脂质相互作用以及引起膜穿孔至关重要。突变研究表明，任何一个色氨酸残基的改变都能显著削弱CLO的细胞毒性，表明这些残基在CLO分子寡聚化和形成孔复合物中起关键作用。CLO特异性地与胆固醇结合，这种结合对于CLO的细胞毒性至关重要。

　　总之，蜡样芽孢杆菌通过产生多种毒力因子，尤其是CLO，对人类健康构成了显著威胁。CLO通过与胆固醇结合，诱导ROS积累和钾离子外排，激活NLRP3炎症小体，最终引发细胞焦亡。这些发现为进一步了解蜡样芽孢杆菌的致病机制提供了新的视角，同时也为开发新的抗感染策略提供了科学依据。随着研究的深入，我们有望找到更多的方法来应对蜡样芽孢杆菌引发的食品安全问题，保护公众健康。

　　参考来源：Wang, Y., Luo, J., Guan, X. et al. Bacillus cereus cereolysin O induces pyroptosis in an undecapeptide-dependent manner. Cell Death Discov. 10. 122 (2024). https://doi.org/10.1038/s41420-024-01887-7