入侵性真菌病原体每年导致大约 150 万人死亡，而白念珠菌（Candida albicans）是侵袭性感染的主要原因，并且始终是真菌血症的头号原因，尽管接受了治疗，其死亡率仍然异常高。据报道，I 型干扰素（IFN-I）对于宿主防御白色念珠菌至关重要，I 型干扰素基因的多态性与系统性念珠菌病的易感性相关。目前已知病毒和细菌都进化出了针对 IFN 信号级联成分的机制，以促进其增殖和感染，然而，真菌病原体是否会逃避 IFN-I 反应仍有待确定。
2024 年 7 月 30 日，武汉大学生命科学学院/泰康生命医学中心逯杨教授课题组在 Cell Host & Microbe 发表研究。团队利用双 RNA 测序技术（dual RNA-seq）揭示了白色念珠菌在系统性感染过程中阻断 IFN-I 信号通路的机制，并发现 Cmi1 能够进入宿主细胞的细胞质，特异性地结合并抑制 TBK1 激酶，阻断了 IRF3 的磷酸化，从而抑制了 IFN-I 信号的激活。此外，研究团队还发现 Cmi1 通过抑制 IFN-I 信号通路来促进其在肠道的共生适应性。这为理解白色念珠菌与宿主免疫系统的相互作用提供了新的分子层面的见解。
图 1：相关研究（图源：Cell Host & Microbe）
1. Cmi1 对白色念珠菌的致病性至关重要
研究者首先使用 dual RNA-seq 发现在系统性念珠菌感染过程中，白色念珠菌能够抑制宿主的 IFN-I 信号通路，并且白色念珠菌的基因集与宿主的炎症基因表达呈现负相关，而与宿主的 IFN-I 基因表达呈现正相关。进一步的研究发现，小分泌蛋白 Cmi1 与宿主的 TBK1 特异性结合并抑制其活性，阻断了 IRF3 的磷酸化和 IFN-I 信号通路的激活，从而抑制了宿主的抗病毒反应。cmi1 基因敲除的突变体在小鼠感染模型中也显示出致死性减弱，说明 Cmi1 对白色念珠菌的毒力至关重要。
图 2：Cmi1 是致病性的必要条件（图源：Cell Host & Microbe）
2. Cmi1 抑制 IFN-I 信号的级联反应
为了进一步了解 Cmi1 如何抵御宿主清除，研究者试图探索感染肾脏中宿主对 cmi1 和野生菌株的免疫反应差异。cmi1 突变株感染的肾脏在 12 小时后显示出 IFNβ 和 IFNα 反应途径基因集的富集，且 cmi1 突变株在 48 小时感染时在小鼠肾脏中引起的促炎反应和 NF-kB 途径的基因表达降低。cmi1 突变株在 Ifnar1 基因敲除的小鼠中显示出与野生型相似的致病性，而在具有完整 IFN-I 信号通路的小鼠中则表现出显著降低的致病性。而在 cmi1 突变株感染的 Ifnar1 基因敲除小鼠的骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）中，IFN-I 信号相关基因的表达没有显著变化，这与野生型感染的 BMDMs 形成对比。
图 3：cmi1 突变引发过度的 IFN-I 反应（图源：Cell Host & Microbe）
3. 通过 Cmi1 靶向 TBK1 可消除 IRF3 磷酸化
为了深入 Cmi1 调节宿主免疫的机制，研究者首先探索了 Cmi1 是否直接作用于巨噬细胞。通过使用 CRISPR-Cas9 技术构建的 cmi1 突变株在感染的巨噬细胞中显示出 IRF3 的磷酸化增加，而 Cmi1 的表达则能够抑制这种磷酸化。此外，使用 TBK1 的选择性抑制剂 GSK8612 处理小鼠可以恢复 cmi1 突变株的致病性缺陷，并且几乎完全消除了 cmi1 突变株诱导的 Ifnb 表达。通过 AlphaFold2 结构预测和随后的分子动力学模拟，研究者确定了 Cmi1 与 TBK1 结合的关键氨基酸残基，并发现 Cmi1 中的某些残基（如 Y137 和 D134）能够模拟 TBK1 激酶结构域中的 DFG 模体，这可能阻止了 ATP 的结合和激酶的激活。通过突变分析，证实了这些残基对于 Cmi1 与 TBK1 的结合以及 Cmi1 抑制 IRF3 磷酸化和 IFN-I 信号通路的活性至关重要。
图 4：Cmi1 靶向 TBK1 以防止 IRF3 被磷酸化（图源：Cell Host & Microbe）
4. Cmi1 阻断 IFN-I 信号传导以促进小鼠肠道定植
与野生型菌株相比，cmi1 突变株在小鼠肠道共生竞争实验中显示出降低的共生适应性，而这种定植缺陷在 IFN-I 受体敲除（Ifnar1-/-）的小鼠中得到了恢复。此外，cmi1 突变株感染的小鼠结肠细胞中 IFN-I 相关基因的表达水平显著增加，包括 Ifnb、Isg15、Oasl2 以及 Cxcl1 和 Cxcl10 等，这表明 Cmi1 通过抑制宿主的 IFN-I 反应来促进 Candida albicans 在肠道的定植和生长，从而揭示了 Cmi1 在调节宿主免疫反应和促进真菌共生中的重要作用。
图 5：Cmi1 促进小鼠肠道的定植（图源：Cell Host & Microbe）
综上，本文揭示了人类共生致病菌白色念珠菌中的一个效应蛋白 Cmi1，该蛋白通过靶向宿主细胞内的 TBK1，抑制 IRF3 的磷酸化，从而阻断 IFN-I 信号通路的激活。这种机制使得白色念珠菌能够在宿主肠道中定植，并且逃避宿主的免疫反应，促进了其致病性。此外，研究还发现，Cmi1 对于白色念珠菌在小鼠肠道中的共生适应性和系统性感染的毒力至关重要，这些发现为开发新的抗真菌治疗策略提供了潜在的靶点。
据悉，武汉大学生命科学学院博士研究生罗罡、张敬凯、王天旭为本论文的共同第一作者，武汉大学逯杨教授为通讯作者。浙江大学王勇教授、天津大学祝诚副教授、武汉大学沈超副教授等为该研究提供了重要支持。
