耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）又稱“超級細(xì)菌”，是1961年首先在英國發(fā)現(xiàn)的一類感染性革蘭氏陽性致病菌。最開始MRSA的傳播僅限于醫(yī)院內(nèi)感染免疫缺陷患者等易感人群，目前MRSA已發(fā)展出社區(qū)傳播趨勢，導(dǎo)致健康非易感人群個體的感染甚至死亡。MRSA的危害性主要源于其能夠分泌成孔毒素破壞宿主的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞膨脹和溶解，最終導(dǎo)致細(xì)胞功能喪失甚至壞死，給宿主帶來致命傷害。MRSA導(dǎo)致的嚴(yán)重感染是全球公共健康的巨大威脅，因此開發(fā)針對MRSA等嚴(yán)重病原菌的治療策略是目前亟待解決的科學(xué)問題。

近日，來自紐約大學(xué)朗格尼健康中心的Victor J. Torres和Ken Cadwell教授合作在Nature發(fā)表了題為“Decoy exosomes provide protection against bacterial toxins”的研究論文，該研究揭示了ATG蛋白能夠促進(jìn)外泌體的釋放，進(jìn)而在體外結(jié)合多種病原毒素，協(xié)助宿主抵御病原菌的感染。

先前有研究表明從小鼠中獲得的表達(dá)自噬蛋白Atg16l1的原代細(xì)胞，在α-毒素存在的情況下，金屬蛋白酶ADAM10總體表達(dá)水平增加且細(xì)胞更容易發(fā)生裂解。與之一致的是，作者發(fā)現(xiàn)，ATG16L1敲除后，人肺泡上皮細(xì)胞系A(chǔ)549的細(xì)胞表面以及總體ADAM10的表達(dá)水平均上升。用α-毒素處理ATG16L1敲除型細(xì)胞后，細(xì)胞死亡率上升，而ADAM10敲除型細(xì)胞則具有抵抗性。ATG16L1介導(dǎo)的磷脂酰乙醇胺與泛素樣分子LC3的結(jié)合對自噬體生物發(fā)生以及隨后的溶酶體降解底物必不可少。抑制ATG16L1的結(jié)合因子ULK1（ATG16L1或ATG5上游激酶），細(xì)胞表面的ADAM10水平與ATG16L1敲除型細(xì)胞的表達(dá)水平一致，均有增加。

用溶酶體酸化抑制劑處理A549細(xì)胞，改變內(nèi)吞體至細(xì)胞膜的運輸循環(huán)后，總ADAM10以及自噬底物SQSTM1的表達(dá)水平增加，細(xì)胞表面的ADAM10表達(dá)水平則降低，而上皮細(xì)胞黏附分子（EpCAM）的膜表面ADAM10表達(dá)水平?jīng)]有改變，表明溶酶體抑制劑不能影響所有的細(xì)胞膜表面分子的表達(dá)，ADAM10表達(dá)水平改變與溶酶體途徑無關(guān)。同時，蛋白酶體抑制劑處理也不能影響ADAM10的表達(dá)水平。以上結(jié)果表明，ATG蛋白降低細(xì)胞表面ADAM10的表達(dá)水平是通過獨立于溶酶體以及蛋白酶體途徑進(jìn)行的。

ATG蛋白可以通過分泌性自噬的方式介導(dǎo)可溶性以及囊泡結(jié)合底物的胞外釋放，ADAM10則通常能夠整合到外泌體——直徑為40 - 120nm的細(xì)胞外囊泡中。因此作者推測，ATG蛋白可以通過自噬途徑促進(jìn)外泌體的釋放從而抑制ADAM10的積累。通過分離ATG16L1敲除型細(xì)胞培養(yǎng)上清中的外泌體，作者發(fā)現(xiàn)低分子量的ADAM10水平減少。通過免疫印跡、透射電鏡以及流式細(xì)胞分析表明ATG16L1敲除型細(xì)胞培養(yǎng)上清中，外泌體標(biāo)志物CD9水平降低，外泌體中囊泡數(shù)量下降。

敲除自噬蛋白能顯著降低培養(yǎng)上清中外泌體的總數(shù)，而敲除ATG16L1則能夠降低ADAM10陽性的外泌體總數(shù)而非單個外泌體中ADAM10的含量。這些結(jié)果表明ATG蛋白能夠調(diào)控外泌體的生物發(fā)生，而非與底物的結(jié)合。隨后，作者敲除分泌性自噬途徑中介導(dǎo)自噬體-溶酶體融合的關(guān)鍵蛋白STX17，發(fā)現(xiàn)ADAM10的表面表達(dá)水平并沒有升高，而外泌體含量增加，表明ATG蛋白介導(dǎo)的外泌體釋放是通過一種不同于傳統(tǒng)自噬降解的方式進(jìn)行。

為進(jìn)一步探究病原與ATG依賴性外泌體產(chǎn)生之間的關(guān)系，作者以Heat-killed S. aureus(HKSA)、肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）、鼠檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium）和鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella enterica Typhimurium）為研究對象，發(fā)現(xiàn)這些病原菌可以促進(jìn)人和小鼠細(xì)胞中外泌體的產(chǎn)生，細(xì)菌的DNA和CpG DNA能夠作為外泌體的誘導(dǎo)物，且這一過程依賴于內(nèi)吞DNA感應(yīng)器——Toll樣受體9（TLR9）。通過抑制多泡體（MVB）的出芽來阻止囊泡與外泌體的轉(zhuǎn)換后，CpG DNA介導(dǎo)的外泌體產(chǎn)生過程受到了抑制。以上結(jié)果表明，TLR9下游的膜運輸可能是通過調(diào)控內(nèi)吞體運輸和包括MVB在內(nèi)的囊泡生物發(fā)生的方式，促進(jìn)了外泌體的產(chǎn)生。

隨后，作者探究了釋放的囊泡是否能夠結(jié)合毒素并抑制毒性，發(fā)現(xiàn)外泌體、HKSA或CpG DNA均能夠保護(hù)宿主并抵抗α-毒素，且外泌體是通過在外泌體膜上誘導(dǎo)毒素的寡聚化從而保護(hù)細(xì)胞的。此外，作者還發(fā)現(xiàn)外泌體還能保護(hù)細(xì)胞并抵御白喉毒素，表明外泌體能夠中和多種類型的毒素。為探究外泌體在體內(nèi)的保護(hù)作用，作者將HKSA注射小鼠以誘導(dǎo)外泌體在血液中產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)與Atg16l1敲除型小鼠來源的外泌體相比，野生型小鼠來源的外泌體顯著增加了感染S. aureus野生型小鼠的生存率，表明外泌體同樣能夠在體內(nèi)條件下中和細(xì)菌毒素并抵御病原感染。

綜上所述，該研究為深入理解外泌體的功能提供了全新視角，揭示了外泌體在先天免疫反應(yīng)中的新功能，即抵御病原菌感染，中和膜表面的成孔毒素等毒力因子，且ATG蛋白能夠在宿主防御病原感染時，促進(jìn)外泌體的產(chǎn)生。鑒于胞外囊泡的起源和調(diào)控機制并未完全清楚，該研究對理解細(xì)胞響應(yīng)感染并激發(fā)防御體產(chǎn)生的過程提供了更為詳盡的認(rèn)知，并為開發(fā)新的針對病原菌感染的治療策略提供了潛在方案。