毛旭虎教授团队揭示类鼻疽菌Hcp1劫持宿主精氨酸代谢促进感染进程的分子机制

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Cell子刊：陆军军医大学毛旭虎教授团队揭示类鼻疽菌Hcp1劫持宿主精氨酸代谢促进感染进程的分子机制+ K" A( U' G* F. h. a- O7 t
1.        类鼻疽
5 b0 w9 Q2 e! h2 T2.        多核巨细胞
6 s$ f( z( F3 E, d0 p6 d8 ]3 s3.        B. pseudomallei效应蛋白Hcp1
' S4 j4 ]  D# f2 w8 u+ A! h4 e来源：iNature 2026-09-01 15:11) k. ~  _: n+ V% C; G
本研究揭示了B. pseudomallei效应蛋白Hcp1通过结合宿主ARG1的Glu78和Glu86残基，增强其催化活性并劫持精氨酸代谢，从而促进巨噬细胞MNGC形成和细菌播散。7 H# ^2 C/ @: G; |+ {4 a, e) ~# d0 _- |- i
类鼻疽是由类鼻疽伯克霍尔德菌（Burkholderia pseudomallei）感染引起的一种热带医学疾病，可导致严重肺部感染、菌血症及多器官脓肿等。类鼻疽病程复杂、临床表现多样，且病原菌对多种抗菌药物存在天然耐药或耐药风险，给临床治疗带来挑战。$ F9 U2 O0 |. A8 V! X1 p7 `3 x; o
探明其内在的致病机制，寻找新的临床治疗靶点，对于该病的防治具有重要意义。B. pseudomallei作为一种兼性胞内病原菌，可通过分泌多种效应蛋白调控宿主细胞免疫反应，从而促进其自身胞内存活和细胞间播散。
$ n* w+ ]2 K2 K多核巨细胞（multinucleated giant cell，MNGC）的形成被认为与伯克霍尔德菌属细菌的细胞间传播密切相关，该过程主要受到细菌Ⅵ型分泌系统（Type VI Secretion System，T6SS）多种效应蛋白的调控，但人们对其内在调控机制仍缺乏清晰认识。
: `" S9 X8 U: [' j& k% R* r* x近日，陆军军医大学药学与检验医学系毛旭虎教授团队在Cell Reports上发表了题为Hcp1 mediates multinucleated giant cell formation through redirecting arginine metabolism during Burkholderia pseudomallei infection的研究论文。
# ^$ F2 K2 B2 h4 f9 P课题组吴潘博士、付蓓蓓博士后为共同第一作者。该研究发现，B. pseudomallei通过T6SS分泌效应蛋白Hcp1重塑宿主精氨酸代谢、上调E-selectin表达，进而促进MNGC形成，这有利于细菌在细胞间播散。
8 @+ ]+ {: e6 l; V8 q% I该工作提示ARG1和E-selectin可能成为类鼻疽的潜在治疗靶点，也为理解类鼻疽的致病过程提供了新的研究视角。此外，本研究把“细菌效应蛋白—宿主代谢—细菌播散”三者联系起来，为病原微生物劫持宿主代谢相关的机制研究提供了较好范例。, E1 ]3 ~& X* ^/ u$ D7 K
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该研究的主要发现
, F0 O- _0 n6 n' e# @鉴于T6SS-5在B. pseudomallei胞内生存和细胞间传播中的重要作用，研究团队将目光聚焦于其关键效应蛋白Hcp1。为了探明Hcp1蛋白在感染过程中的作用，作者利用带荧光标记的B. pseudomallei野生株和Hcp1敲除株感染BALB/c小鼠。5 C- `$ I6 O5 _( F
结果显示，野生株感染组小鼠在3周观察期内全部死亡，而Hcp1敲除株感染组仍有约50%的小鼠存活；同时，敲除株感染小鼠肝脏和脾脏中的细菌负荷显著降低，组织病理损伤也明显减轻。进一步的转录组分析发现，在野生株感染的巨噬细胞中，Sele mRNA较未感染组上调超过40倍，而这一变化在Hcp1缺失后显著减弱。( ]3 |8 ~0 Q# ]: D2 l
该现象在小鼠腹腔原代巨噬细胞及人源THP-1细胞中均得到验证；患者血清中抗Hcp1抗体水平与循环E-selectin水平均显著升高（图1）。这些结果表明，Hcp1是上调宿主E-selectin并参与类鼻疽感染进程的重要效应蛋白。
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' O. |+ J+ d  f; V- g, ^图1 Hcp1在B. pseudomallei感染过程中上调宿主E-selectin的表达  W5 K$ a0 u& U
研究团队进一步探究了E-selectin在B. pseudomallei感染过程中的作用。结果显示，E-selectin表达水平在感染后4、8和12小时呈逐渐升高趋势。随后，作者发现利用shRNA敲低Sele，或使用E-selectin竞争性结合抑制剂GMI-1070，均可抑制MNGC形成。
# w8 ]2 y$ }; J, w, y) O免疫荧光结果进一步显示，野生株感染后E-selectin表达显著升高，并部分定位于宿主细胞膜（图2），提示E-selectin是Hcp1介导MNGC形成过程中的重要效应蛋白。
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# I# h" R' T/ e/ y# t图2 B. pseudomallei诱导的MNGC形成过程需要宿主E-selectin的参与# y3 @: |: r7 x
进一步，GSH诱导实验显示，Hcp1可在体外培养条件下被诱导表达并分泌至培养上清；Cya分泌实验进一步证实，感染过程中Hcp1可被转运至宿主细胞内。为了确认E-selectin上调是否直接依赖于分泌蛋白Hcp1，研究者利用抗Hcp1抗体中和细菌培养上清中的Hcp1。
4 g  ^0 f% v( D, c1 q结果显示，与IgG对照相比，被中和后的上清刺激RAW264.7细胞E-selectin表达的作用显著减弱。随后，作者发现细胞过表达Hcp1后可显著上调E-selectin的表达；在另一种小鼠巨噬细胞模型iBMDMs中，重组Hcp1蛋白处理后同样能够上调E-selectin的mRNA及蛋白水平（图3）。上述结果从多角度证明，Hcp1是诱导宿主E-selectin表达的关键效应蛋白。
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图3 Hcp1作为效应蛋白被B. pseudomallei分泌到胞外并上调巨噬细胞E-selectin的表达
( m& g6 U) c  k3 p* ^, F5 a2 e3 b为进一步解析Hcp1诱导E-selectin表达的分子机制，研究团队通过质谱筛选Hcp1的宿主互作蛋白，发现精氨酸酶1（arginase-1，ARG1）是其中的关键候选分子。进一步的Co-IP和免疫荧光实验验证了Hcp1与ARG1之间的结合及共定位；敲低ARG1或者抑制其酶活性均可显著削弱野生株上调E-selectin表达的作用。. x8 |5 G8 d: c8 X- n  _0 H
分子对接及点突变实验进一步表明，ARG1的Glu78和Glu86残基参与Hcp1结合（图4）。上述结果说明，Hcp1通过结合宿主ARG1来上调E-selectin表达。
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6 ~, m8 D/ Z! z! z- y( G图4 Hcp1通过与ARG1相互作用上调E-selectin的表达
4 J6 O) M9 }. K3 f$ v% N5 M有趣的是，作者发现Hcp1并不显著改变ARG1的mRNA或蛋白水平，而是增强其酶活性，促使精氨酸代谢生成尿素和L-鸟氨酸，并进一步生成多胺，同时伴随NO水平下降。双荧光素酶报告实验显示，多胺能够增强Sele启动子活性；外源补充多胺后，Hcp1缺失、ARG1敲低或其催化活性受抑制所导致的E-selectin表达下调均得到恢复。
8 U% T) {$ A5 s0 p% N与此同时，补充多胺可促进MNGC形成，并部分抵消ARG1抑制剂对MNGC形成的抑制作用（图5）。上述结果表明，Hcp1通过增强ARG1活性、促进多胺生物合成，进一步激活Sele转录，最终促进MNGC形成。
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图5 Hcp1可增强ARG1催化活性及促进多胺合成，进而促进Sele的转录和MNGC形成) v. b; y" G3 M7 h2 @
研究意义与展望5 ]! l* S( @4 F/ k0 N9 o2 P
综上所述，本研究揭示了B. pseudomallei效应蛋白Hcp1通过结合宿主ARG1的Glu78和Glu86残基，增强其催化活性并劫持精氨酸代谢，促进多胺合成及Sele转录，从而促进巨噬细胞MNGC形成和细菌播散。# u# ]) B! z) X7 U) z8 i
动物实验进一步表明，抑制ARG1酶活性或敲低E-selectin均可提高野生株感染小鼠的生存率，降低肝脾细菌负荷及组织病理损伤，提示ARG1和E-selectin是B. pseudomallei感染过程中的重要宿主因子和类鼻疽的潜在的治疗靶点。
$ D- U' R- {( H+ z3 J$ }此外，血清抗Hcp1抗体与E-selectin联合检测还展现出潜在的诊断价值。该研究拓展了对T6SS效应蛋白促进MNGC形成及细菌播散机制的认识，并为类鼻疽的靶向治疗提供了新的参考方向。
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" d& m8 U' L/ K: X  r+ A* |图6 工作总结图：B. pseudomallei 感染宿主细胞时分泌效应蛋白Hcp1与ARG1互作后促进多胺生成并上调Sele转录进而促进MNGC形成
* B7 m# ?+ |7 u原文链接：DOI: 10.1016/j.celrep.2026.117868
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