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论文解读--致病性细菌与细胞线粒体死亡通路的相互作用

出处:水生动物健康评估 作者:枫桥夜泊 激情图区天天影视网 2019-07-11 10:06:00

细菌对宿主细胞死亡途径的调节已被认为是主要的致病机制。在其他策略中,细菌病原体可以通过影响汇聚在线粒体上的信号传导途径来劫持宿主细胞的细胞死亡机制。特别是,许多细菌蛋白质已进化为以高度特异性的方式与宿主线粒体相互作用,从而调节细胞生命与死亡之间的决定。今天,与带大家一起学习一篇综述文章。文章具体信息如下:
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细菌病原体已经进化出许多感染宿主的策略,包括粘附,侵入和劫持宿主细胞和组织的机制,以及逃避宿主免疫防御的方法。细菌影响宿主细胞存活的能力已成为许多不同环境中致病性的关键决定因素。因此,一些细菌在其宿主中主动诱导细胞死亡,例如去除免疫效应细胞或克服表面屏障。或者,细胞内病原体通常抑制宿主细胞死亡以保持它们的持续繁殖。除了广泛的粘附素和侵袭素之外,致病细菌已经进化出多种效应物和毒素,与宿主细胞死亡信号通路和细胞死亡执行分子特异性相互作用。

线粒体,作为细胞内主要的能量供应器,同时也是大部分的细胞信号通路关键枢纽,常被认为是在细胞死亡级联反应中起到关键作用的细胞器,而且线粒体也常被认为是胞内细菌作用宿主细胞的主要细胞器。因此可以说,线粒体几乎控制着整个细胞的命运。在这篇综述里,作者主要从三部分展开论述:
一、概述不同模式下细胞死亡的基本特征;
二、讨论细菌蛋白作用于线粒体,促进或抑制细胞死亡;
三、致病性细菌通过扰乱线粒体功能导致细胞死亡的机制

细胞死亡的方式主要有两种:凋亡式死亡和非凋亡式死亡。凋亡式死亡,主要就是指细胞凋亡,它是作为一种被研究的最透彻的细胞死亡方式,它在整个生物体的各个阶段都起着非常重要的作用。细胞凋亡主要有两种方式:外源性细胞凋亡和内源性细胞凋亡,而这两种凋亡方式最终的结果就是激活半胱氨酸依赖的天冬氨酸特异性蛋白酶(caspases),使许多蛋白被裂解为亚基,从而使细胞走向不可逆转的细胞凋亡。下图是细胞凋亡的概况模式。
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图1  细胞凋亡通路

非细胞凋亡方式主要有:细胞自噬死亡,细胞坏死,细胞焦亡和细胞涨亡等。它们各自的区别在于:

细胞凋亡:由caspase的一个子集(caspase 2、caspase 3和caspase 6 - caspase 10)介导的细胞死亡。典型的形态学特征包括核碎裂、细胞质凝聚和凋亡体的形成。

细胞自噬死亡:有大量自噬性液泡的积累。大多数情况下,自噬是一种促进生存的途径。

细胞焦亡:最初被描述为感染沙门氏菌的巨噬细胞中的caspase 1依赖性细胞死亡。当caspase 1激活促炎细胞因子白细胞介素-1 (IL-1)和IL-18时,炎症通常与细胞焦亡有关,典型的凋亡细胞死亡效应caspases不参与。

细胞坏死:一种受体相互作用蛋白1 (RIP1)依赖的程序性坏死形式,伴有活性氧(ROS)水平的增加和细胞膜的早期渗透。RIP1介导的线粒体通透性转变导致线粒体解耦、ROS和ATP 被消耗。坏死是由一个复杂的相互作用的因素网络控制的。

  细胞胀亡:坏死细胞死亡的一种特征,与细胞和器官膨胀相对应,并导致细胞破裂。
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图2  非细胞凋亡途径通路 a 非凋亡细胞死亡途径包括多种形式的坏死;b 自噬始于吞噬细胞的形成

细菌分泌蛋白作用于线粒体,主要会引起细胞死亡或抑制细胞死亡。引起细胞死亡的,主要是通过线粒体定位蛋白(Maps)信号肽定位于线粒体,引起膜电位消失,释放细胞色素C,随后激活caspase蛋白家族,从而引起细胞死亡。而对于抑制细胞凋亡的细菌蛋白,主要定位在线粒体外膜,通过控制BCL-2信号途径,阻止细胞凋亡。
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图3 细菌因子定位于线粒体

  大多数病原菌破坏信号级联来调节宿主细胞的死亡决定。由于线粒体在整合多种细胞死亡信号方面发挥着核心作用,因此在感染过程中常常受到影响。直接针对线粒体的未知细菌因子,可能在这个细胞器中控制细胞死亡信号方面发挥了积极作用。其他细胞死亡信号可能来自细胞表面受体的参与。

  扰乱线粒体功能控制细胞命运的方式,主要有:影响线粒体控制细胞凋亡检查点。这个检查点主要涉及BCL-2蛋白家族,这个家族中一部分成员促进细胞凋亡,一部分成员抑制细胞凋亡。两者的平衡决定这细胞的命运。扰乱线粒体功能还可以作用于非程序性细胞凋亡的方式。
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图4 细胞死亡调节信号通路汇聚在线粒体

通过细菌与宿主细胞线粒体的相互作用,可以从侧面来认识到线粒体在信号传导途径中的关键作用,同时通过细菌作用于线粒体的信号途径,才让人了解到这些途径的重要性。细菌与宿主之间的博弈不仅仅在于几条信号途径,更多的在于生存与死亡的平衡。细菌作用于线粒体,相关的信号途径到底是怎样发生的,至今尚未清楚,仍然存在的关键问题是,在体内对细菌感染诱导或抑制的不同细胞死亡模式的重要性和相关性。因此细菌的致病机理仍有许多值得学习的地方!


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