2024年12月，奥地利因斯布鲁克医学大学Günter Weiss教授团队在期刊《Frontiers in Immunology》（IF：5.7）在线发表题为：Human airway epithelium controls Pseudomonas aeruginosa infection via inducible nitric oxide synthase的高水平研究论文。
论文摘要
引言：气道上皮细胞在对入侵细菌的先天免疫反应中起着核心作用，但缺乏足够的人类感染模型。
方法：我们利用直接进入上皮细胞顶端的粘液纤毛分化的人气道类器官来模拟铜绿假单胞菌呼吸道感染的初始阶段。
结果：感染类器官的免疫荧光显示，铜绿假单胞菌侵入上皮屏障，随后在上皮空间内增殖。RNA测序分析表明，假单胞菌感染刺激了先天性抗菌免疫反应，但特异性增强了一氧化氮代谢途径基因的表达。我们证明，气道类器官中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的激活使细菌暴露于亚硝化应激，有效抑制了上皮内病原体的增殖。iNOS的药理学抑制导致细菌增殖的扩大，而产生NO的药物减少了细菌数量。iNOS表达主要定位于感染气道类器官的纤毛上皮细胞，这在假单胞菌肺炎期间在原发性人肺组织中得到证实。
讨论：我们的研究结果强调了上皮源性iNOS在宿主防御铜绿假单胞菌感染中的关键作用。此外，我们描述了一种精确模拟气道上皮的人体组织模型，为系统研究呼吸道感染中宿主-病原体相互作用提供了有价值的框架。
创新点
1. 利用分化的人类气道类器官（AO）模拟了Pseudomonas aeruginosa呼吸道感染的初期阶段，提供了一个更接近生理条件的人类感染模型。
2. 气道上皮细胞在感染Pseudomonas aeruginosa后会激活iNOS，产生一氧化氮（NO），这种活性氮物质能够有效抑制细菌在上皮细胞内的增殖，这是首次在人类气道上皮细胞中证实iNOS的抗菌作用。
3. 研究揭示了气道上皮细胞在检测到病原体后，除了启动炎症反应外，还能直接通过调节营养代谢和产生活性氧/氮物质（ROS/RNS）来响应和抑制病原体的增殖。
4. 研究通过免疫荧光成像发现iNOS主要在感染的气道类器官的纤毛上皮细胞中表达，这与在原发性人类肺组织中观察到的Pseudomonas肺炎期间的iNOS表达模式相一致。
5. 通过使用iNOS抑制剂L-NIL和NO供体NOC-18，研究者展示了iNOS在控制气道上皮细胞内细菌生长中的功能相关性，为未来可能的治疗策略提供了实验依据。
文献精读
Q1：气道上皮细胞如何通过iNOS响应Pseudomonas aeruginosa感染？
A：气道上皮细胞通过激活诱导型一氧化氮合酶（iNOS）来响应Pseudomonas aeruginosa的感染。当气道上皮细胞检测到Pseudomonas aeruginosa时，它们会启动先天免疫反应，其中包括iNOS的表达增加。iNOS产生一氧化氮（NO），这种活性氮物质对细菌具有毒性，能够有效抑制细菌在上皮细胞内的增殖。研究发现，iNOS的激活导致细菌接触到硝基应激，从而激活细菌内部与NO解毒相关的基因表达，如亚硝酸盐还原酶（NirS）、一氧化氮还原酶（NorCB）、笑气还原酶（NosZ）和黄素血红蛋白（fhp）。这表明气道上皮细胞通过iNOS产生的NO对Pseudomonas aeruginosa施加硝基应激，从而发挥抗菌作用。
Q2：人类气道类器官模型在研究Pseudomonas aeruginosa感染中的重要性是什么？
A：类器官模型提供了一个模拟体内感染环境的平台，使得研究者能够在体外条件下研究Pseudomonas aeruginosa与人类气道上皮细胞的相互作用。与动物模型或单一细胞培养相比，人类气道类器官模型更接近人类生理条件，因此能提供更相关的生物学数据。该模型可用于研究Pseudomonas aeruginosa感染的机制，以及评估新药物或治疗策略的效果，特别是在研究抗生素抗性、慢性阻塞性肺病（COPD）和囊性纤维化（CF）等情况下的感染。
Q3：iNOS抑制剂和NO供体对Pseudomonas aeruginosa感染有何影响？
A：当气道类器官感染Pseudomonas aeruginosa并用L-NIL处理时，观察到细菌数量显著增加。这表明抑制iNOS活性会减弱气道上皮细胞对Pseudomonas aeruginosa的抗菌防御能力。相反，使用NO供体NOC-18处理感染的气道类器官时，发现细菌数量显著减少。这说明外源性NO可以增强气道上皮细胞的抗菌能力，抑制Pseudomonas aeruginosa的增殖。
结果图
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