【LorMe周刊】宿主免疫系统和噬菌体的协同作用是噬菌体疗法的关键

作者：李婷婷，南京农业大学硕士在读，主要研究根际噬菌体疗法。

周刊主要展示LorMe团队成员优秀周报，每周定期为您奉上学术盛宴！本期周刊为您介绍噬菌体疗法与中性粒细胞与噬菌体在对抗急性呼吸道感染时的协同作用。原文于2017年发表于Cell Host & Microbe。

摘要

噬菌体和宿主免疫系统可用于防治病原细菌，噬菌体是能够感染细菌和古菌的一类病毒，免疫系统则是防卫病原体入侵有效的武器。免疫系统可以识别并清除外来入侵的抗原，其中也包括病毒；而噬菌体具有很强的免疫原性，所以在传统研究中认为噬菌体疗法局限性之一是是会激发宿主的免疫应答，在现实施用中会被宿主的免疫系统清除，达不到预期的疗效。但尚不清楚动物宿主中噬菌体介导的细菌清除机制。而这篇关于利用噬菌体疗法治疗急性呼吸道感染的文献中却向我们呈现了动物宿主免疫系统和噬菌体疗法之间的另一种关系——中性粒细胞-噬菌体的协同作用。

 噬菌体疗法对免疫正常宿主的治疗效果 

研究以小鼠为试验材料，以呼吸道感染的致病菌—铜绿假单胞菌为病理模型，首先检测了噬菌体疗法对免疫正常小鼠（野生型）呼吸道感染的治疗效果，向野生型小鼠体内注入病原菌（荧光蛋白标记）之后再接种噬菌体。结果发现病原铜绿假单胞菌逐渐减少（图1A），小鼠全部存活（图1B），说明在免疫正常的小鼠中噬菌体治疗有效果。进一步分析发现噬菌体处理中病原菌侵染两个小时后其数量开始显著减少(图1C），说明噬菌体杀死了病原菌。

图1  噬菌体疗法对具有免疫活性小鼠的铜绿假单胞菌感染的疗效

 噬菌体疗法对免疫缺陷宿主的治疗效果 为了探究宿主免疫与噬菌体的相互作用，研究者对三种免疫缺陷（MyD88-/-基因缺失引起的免疫激活抑制；淋巴细胞缺失；中性粒细胞缺失）型的小鼠，接种噬菌体，比较不同免疫缺陷型小鼠对噬菌体的响应来推断宿主免疫和噬菌体疗法的关系。1.免疫信号缺失

MyD88是大多数配体激活的TLR的中央信号转导蛋白，可引起先天和适应性免疫应答。MyD88-/-已被证明会导致针对铜绿假单胞菌的先天免疫反应受损。比较接种噬菌体对MyD88-/-小鼠致死率的影响和体内病原菌的清除效果。结果发现噬菌体疗法的效果降低，但仍具有一定作用（图2A）。病原菌侵染8小时后数量有所下降（图2B），表明噬菌体依然起到了杀死病原菌的作用。这种情况下宿主的免疫能力始终保持稳定（图2CD），但是发现耐噬菌体细菌的数量逐渐上升。这个结果表明宿主免疫对于噬菌体疗法有着重要的作用，接下来将探究具体是什么细胞起作用。

图2  (MyD88-/-)缺陷小鼠使用噬菌体疗法的效果

2. 淋巴细胞缺失

通过对淋巴细胞缺失的小鼠施用噬菌体，发现小鼠的存活率没有显著降低（图3 A），且病原菌的数量也迅速地下降（图3 B），这和之前我们抑制免疫之后噬菌体疗法效果降低的结果不相符，这表明淋巴细胞并不参与噬菌体疗法。

图3  淋巴细胞缺失小鼠使用噬菌体疗法的效果

3. 中性粒细胞缺失

再进一步的实验中，仅去除小鼠体内中性粒细胞之后再施用噬菌体，噬菌体疗法完全失效，小鼠全部死亡（图4A），病原菌数量仍旧不断增加（图4B）。进一步研究发现尽管敏感性细菌数量下降，但是抗噬菌体细菌快速地增殖（图4CD）。这个结果与免疫激活受到抑制时的结果一致，因此得出结论中性粒细胞参与了噬菌体疗法，与噬菌体具有协同作用。

图4  中性粒细胞缺失小鼠使用噬菌体疗法的效果

 免疫-噬菌体协同作用(immunophage synergy) 

最后基于呼吸道感染噬菌体治疗取决于噬菌体裂解与宿主自身免疫防御之间的基本协同作用，该研究提出了“免疫-噬菌体协同作用”的概念：

病原菌不断增殖并进化为耐噬菌体细菌，他们会激活并对抗宿主免疫系统，免疫细胞会杀死细菌，但其作用会达到饱和，细菌同时也激活了噬菌体，噬菌体会裂解敏感细菌，但是如果没有敏感细菌的话噬菌体就会自然衰减。因此，病原细菌群体的抑制需要免疫细胞和噬菌体的相互合作。

图5  噬菌体-敏感细菌-抗性细菌-免疫细胞组成的“免疫-噬菌体协同作用”模型

 思考 

植物在面临病原菌感染时植物体内的ETI/PTI免疫系统会做出相应的免疫应答，那么在使用噬菌体疗法的时候是否会存在类似动物体内的协同作用？在根际微生态中同样存在一个由土壤环境、微生物群落和植物根系构成的“土壤免疫系统”，我们使用噬菌体疗法的时候是否也会存在类似的免疫协同关系？或者不是协同而是拮抗竞争或没有关系？这些问题都值得我们做进一步的研究。

论文ID 

原名：Synergy between the Host Immune System and Bacteriophage Is Essential for Successful Phage Therapy against an Acute Respiratory Pathogen

译名：宿主免疫系统和噬菌体协同作用对于成功治疗急性呼吸道病菌感染至关重要

期刊：Cell Host & Microbe 

IF：15.753

发表时间：2017.06

作者：Dwayne R. Roach 等

作者单位：Department of Microbiology, Institut Pasteur, Paris 75015, France 等

DOI：10.1016/j.chom.2017.06.018

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