Nod1 responds to peptidoglycan delivered by the Helicobacter pylori cag pathogenicity island

Nat. Immunol. 5:1166-1174 ,2004

Speaker: 翁子玉                               

Commentator: 許博翔 醫師                      

Helicobacter pylori (H. pylori) 在胃部造成許多疾病，然而，使宿主細胞產生proinflammatory response的機制尚未闡明。Cag pathogenicity island (cagPAI),約40kb，其包含能將細菌分子送進上皮細胞的type IV secretion的基因並引起NF-κB 的活化和較嚴重的發炎疾病。在此作者假設，宿主細胞內的接受器(如Nod1)會辨識到經由type IV secretion apparatus所傳送過來的分子，並引起NF-κB 的活化。

作者首先證實， H. pylori中的 cagPAI在有功能的狀況下，才能引起NF-κB 在293 cells的活化。接著又利用siRNA 和dominant negative的Nod1來證明Nod1是牽涉於這個反應中。這一連串的反應也和peptidoglycan 的GM-tripeptide (Nod1 的ligand)有關。作者也利用了peptidoglycan translocation studies，來闡明H. pylori感染細胞後 peptidoglycan 的位置。在下圖左中，箭頭所指處為H. pylori的免疫染色，黑色部位是加入感光劑後所形成的銀沉澱，即peptidoglycan的位置。以cagPAI⁺ 的H. pylori來說，可以看到peptidoglycan是存在於細胞內外，細菌是只有在細胞表面，cagPAI^- 的H. pylori只能看到細胞外的細菌。 這也證實了peptidoglycan是經由cagPAI 的type IV secretion apparatus所送進細胞內的。

cagPAI⁺             cagPAI^-

為了進一步看Nod1對宿主抵抗 cagPAI⁺ 或cagPAI^-  H. pylori的能力 因此，作者使用Nod1(Card4) knock out (KO) mice 來做後續的實驗。注射臨床分離的H. pylori，在30天之後wild type(wt) mice身上的菌量有下降的情形，而KO mice則沒有差異，另外一株 mouse-adapted B128 也是有相同的現象在。可是，cagPAI 突變的B128在wt和KO mice 身上會隨著時間增長，細菌數逐漸下降。這衍生出了一個更重要的意義，cagPAI 的存在是有利於細菌增生的。

          7                 30       (day)

cagPAI對細菌來說，是一把雙面刃，它能幫助細菌將effector molecule 送進細胞，同時也使得Nod1辨識到peptidoglycan，引起免疫反應。作者在此證實了胞外細菌能夠用type IV secretion apparatus傳送peptidoglycan進入細胞內並被Nod1分子辨識，引起NF-κB 的活化。這個機制或許也可以應用到其他具有type IV secretion apparatus的細菌上。體內的正常菌叢並沒有type III或是type secretion IV apparatus存在，或許這是人體可以分辨共生菌和致病菌其中的一個機制，也是這個研究的價值所在。