白細胞毒素ED透過趨化因子受體-CXCR1及CXCR2的結合而造成白血球的死亡且促進金黃色葡萄球菌對宿主的感染

論文: Tamara Reyes-Robles, Francis Alonzo III, Lina Kozhaya, D. Borden Lacy, Derya Unutmaz, and Victor J. Torres. Cell Host Microbe (2013) 14: 453-459

報告者: 李瑋庭                           時間: 13:10~14:00, Oct. 22, 2014

講評老師: 王淑鶯 老師                    地點: Room 601

中文摘要:

    金黃色葡萄球菌為革蘭氏陰性球菌，其造成的疾病相當廣泛，可從輕微的皮膚及軟組織的感染到較嚴重的症狀包括肺炎及敗血症¹。根據先前的研究，金黃色葡萄球菌並不是每一株都具有致病性，但與疾病相關的菌株通常會分泌一些可形成穿膜結構的白細胞毒素，顧名思義可針對特定的白血球進行裂解而使菌體能躲避宿主免疫系統的攻擊(圖一)，但有關白細胞毒素的作用機制還不是很清楚。但在去年作者發現了其中一種白細胞毒素-LukED能夠結合T細胞、巨噬細胞以及樹突細胞膜上的趨化分子受體CCR5並造成這些細胞的死亡²。然而作者卻發現此毒素也能對缺乏CCR5的嗜中性白血球(PMNs)以及來自CCR5缺陷之病患身上所分離出來的單核球進行破壞，因此推論在這些細胞上應該存在另外的受體能夠被LukED辨識。一開始，作者利用轉染技術發現人類胚胎腎臟細胞若表現CXCR1或CXCR2則會受到LukED毒素的破壞。此外，作者也發現人類PMN細胞和單核球細胞的確也會表現CXCR1及CXCR2在其細胞膜上，這說明LukED可透過結合上CXCR1及CXCR2來破壞這些細胞。而蛋白結合實驗證實毒素中的次單元分子-LukE可結合上PMN細胞的CXCR1及CXCR2，且此交互作用可被CXCR1及CXCR2高親和力的配體-CXCL8所抑制。金黃色葡萄球菌也會分泌另一白細胞次單位毒素LukS-PV，與LukE互為高相似度的蛋白分子，但LukS-PV辨認細胞上的分子為C5a受體而非CXCR1或CXCR2。比較這兩毒素的氨基酸序列，作者找到了五個有著明顯差異的序列區域DR1~DR5(圖二)，這些區域被認定可能參與了毒素專一性辨認分子的能力³。因此透過基因工程技術，作者分別將LukE上的DR1到DR5區域置換成LukS-PV相對胺基酸序列，而得到了五個新的雜交毒素LukE^DR1~LukE^DR5。在細胞毒性測試實驗中發現，LukE DR4區域的改變(LukE^DR4)的確會使LukED對PMN細胞的毒性下降許多，且造成此現象的原因也證實為LukE^DR4失去了與CXCR1及CXCR2結合的能力。最後，作者也利用老鼠進行體內實驗，結果顯示LukED能破壞體內表現CXCR1及CXCR2的細胞，因而促進金黃色葡萄球菌對老鼠的致病力且使宿主存活率大幅降低。因此，LukED是一個具有多功能的毒素能破壞許多白血球，包含參與先天及後天免疫反應的細胞，進而抑制宿主對金黃色葡萄球菌產生的免疫反應，達到入侵宿主體內的能力。

參考文獻:

1.     DeLeo, F.R., and Chambers, H.F. (2009). Reemergence of antibiotic-resistant Staphylococcus aureus in the genomics era. J. Clin. Invest. 119, 2464–2474.

2.     Alonzo, F., 3rd, Kozhaya, L., Rawlings, S.A., Reyes-Robles, T., DuMont, A.L., Myszka, D.G., Landau, N.R., Unutmaz, D., and Torres, V.J. (2013). CCR5 is a receptor for Staphylococcus aureus leukotoxin ED. Nature 493, 51–55.

3.     Guillet, V., Roblin, P., Werner, S., Coraiola, M., Menestrina, G., Monteil, H.,Pre´ vost, G., and Mourey, L. (2004). Crystal structure of leucotoxin S component: new insight into the staphylococcal beta-barrel pore-forming toxins. J. Biol. Chem. 279, 41028–41037.

(圖一)金黃色葡萄球菌分泌的白細胞毒素之穿膜機制

(圖二)LukS-PV及LukE胺基酸序列比對