《细胞》重磅：围猎免疫细胞！科学家首次发现，免疫细胞与细菌之间的经典捕食关系，竟被霍乱弧菌颠覆了

近日，瑞士巴塞尔大学Knut Drescher博士领衔的研究的团队，在顶级期刊《细胞》上发表了一项颠覆认知的重大研究成果[1]。

他们首次发现，霍乱弧菌会贴着免疫细胞表面大量增殖，包围免疫细胞，然后在免疫细胞四周形成一层生物膜，并往里面分泌细胞毒素——溶血素，杀死免疫细胞，随后散开。最让人震惊的是，免疫细胞破裂之后释放的细胞液，会促进霍乱弧菌的增殖！

简单来说，霍乱弧菌不仅杀了免疫细胞，还把它“吃了”！

或者，霍乱弧菌从被捕食者，摇身一变，成了捕食者！

用Drescher团队的话说，霍乱弧菌颠覆了人类免疫细胞作为猎食者和细菌作为猎物的典型关系。

论文首页截图

Drescher博士是一名微生物学家，研究方向聚焦在细菌生物膜。

细菌生物膜并不是指覆盖在细菌表面的一层膜，而是单一或多种细菌为适应自然环境，在多糖蛋白等细胞外基质的帮助下形成的微菌落聚集物。简单来说，生物膜是细菌抱团形成的一种防御体系。

科学家已经发现，细菌生物膜可以保护细菌免遭噬菌体的攻击，还可以阻止免疫细胞对细菌的识别，甚至可以保护细菌免遭抗生素的杀害。不过目前科学家对细菌生物膜与免疫系统之间的相互作用仍知之甚少。

霍乱弧菌是研究生物膜的模式生物，因此也成为了Drescher团队的研究对象。在感染人类期间，霍乱弧菌定植于小肠，破坏肠上皮细胞和诱发炎症反应。霍乱弧菌也会分泌几种毒素，逃避中性粒细胞等免疫细胞的追杀。

然而，霍乱弧菌如何在细胞水平上与免疫细胞相互作用，以及生物膜在这种相互作用中是否有作用，目前尚不清楚。

Drescher团队先从人的血液中分离出中性粒细胞、CD4阳性T细胞、自然杀伤（NK）细胞、B细胞和CD14阳性单核细胞，并诱导CD14阳性单核细胞分化为巨噬细胞。

在把这些人类免疫细胞和野生型（WT）霍乱弧菌混合培养时，他们发现霍乱弧菌会迅速附着在免疫细胞表面。免疫细胞表面的细菌随着时间的推移不断积累，并形成一个厚厚的多细胞层包被整个免疫细胞表面。在被霍乱弧菌合围几个小时后，免疫细胞死亡，随后细菌散去。

霍乱弧菌能包围一些类型的免疫细胞，黄色代表免疫细胞死亡

由于霍乱弧菌对巨噬细胞的亲和力更强，Drescher团队把研究重点放在了巨噬细胞上。并用巨噬细胞和霍乱弧菌再现了附着→包围→杀死免疫细胞并散开的全过程（如下图所示）。

曲终菌散

霍乱弧菌究竟对免疫细胞做了什么？竟然导致了免疫细胞的死亡！

虽然看上去很像是“围殴”，但是Drescher团队想到了生物膜。

霍乱弧菌在非生物表面形成生物膜需要的4种细胞外基质目前已经比较清楚了，然而，Drescher团队发现，这4种细胞外基质在巨噬细胞表面的生物膜种虽然也能检测到，但是含量非常低。而且即使是不能产生那4种细胞外基质的霍乱弧菌也能在巨噬细胞表面形成生物膜，但是不可以在非生物表面形成生物膜。

如此看来，霍乱弧菌在巨噬细胞表面形成的生物膜需要的基质，与之前的认知有所不同。

出人意料的是，霍乱弧菌在巨噬细胞表明形成生物膜，需要甘露糖敏感血凝素（MSHA）纤毛和毒素共调（TC）纤毛这两种IV型纤毛。而且这两种纤毛也是霍乱弧菌附着在巨噬细胞上所必需的。

借助于荧光成像技术，Drescher团队证实，MSHA纤毛和TC纤毛确实是巨噬细胞生物膜细胞外基质的一部分。

MSHA纤毛和TC纤毛是基质的一部分

此外，Drescher团队还发现，在霍乱弧菌包围并杀死免疫细胞之后的分散阶段，编码TC纤毛的基因表达下调，生物膜从紧密状态切换到松散状态，便于霍乱弧菌的四散。

接下来的问题是，霍乱弧菌究竟是如何杀死了免疫细胞。

他们发现，生物膜的厚度与巨噬细胞的死亡率有关，而且有几种细胞毒素的表达水平在霍乱弧菌与巨噬细胞共培养之后变化明显，尤其是膜成孔毒素溶血素HlyA。一旦敲除HlyA的编码基因，巨噬细胞的死亡水平大幅下降。

在确定HlyA是霍乱弧菌杀死巨噬细胞的主要毒素之后，Drescher团队发现HlyA与生物膜的配合是霍乱弧菌的杀手锏。生物膜越厚，HlyA就越难穿越生物膜，这就造成了一个局部HlyA浓度超高的环境，最终毒死了被生物膜包围的巨噬细胞。

机制示意图

研究做到这里，按说已经结束了。不过，Drescher团队提出了一个新问题：既然巨噬细胞是破裂而死，那巨噬细胞释放出来的细胞液能不能滋养霍乱弧菌？

答案竟然是肯定的！

Drescher和他的同事监测了霍乱弧菌在巨噬细胞裂解液存在下的生长情况，发现霍乱弧菌竟以裂解液浓度依赖的方式生长。因此，他们认为杀死巨噬细胞是霍乱弧菌的一种掠夺性特征。

这个发现真是让人毛骨悚然。

结合上面的机制图，我们可以想到：霍乱弧菌以生物膜包围免疫细胞之后，再用细胞毒素杀死免疫细胞，在“吸干”免疫细胞释放的汁液之后，“抹抹嘴”一哄而散，寻找下一个目标。

难怪霍乱被列为甲类传染病。

基于以上研究结果，Drescher认为：霍乱弧菌已经发展出一种新机制，它们可以集体行动，杀死感染部位的免疫细胞，从而减少周围的吞噬免疫细胞数量；也就是说所，霍乱弧菌不会像其他细菌那样把生物膜当作避难所，而是将生物膜作为一种积极策略主动攻击并掠夺免疫细胞。

“人为刀俎，我为鱼肉”的形式，变了！

参考文献：

[1].Lucia Vidakovic, Sofya Mikhaleva, et al. Biofilm formation on human immune cells is a multicellular predation strategy of Vibrio cholerae. Cell. 2023. doi:10.1016/j.cell.2023.05.008