IbeA受体波形蛋白(VIM)介导的新生儿细菌性脑膜炎三联特征的分子机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81370740
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0421.新生儿相关疾病
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Despite the availability of bactericidal antibiotics over the last sixty years, bacterial meningitis has remained one of the top ten causes of infection-related death worldwide (mortality rates: 25-35%), and about 40% of the survivors sustain neurological sequelae. This high morbidity and mortality is due to the lack of integrated studies on the three interrelated hallmark features of bacterial meningitis: (a) NFkB activation in CNS, (b) pathogen invasion and (c) neutrophil transmigration (PMNT) across the blood-brain barrier (BBB), which consists mainly of brain microvascular endothelial cells (BMEC). Our previous studies showed that the E. coli IbeA receptor vimentin (Vim) plays an important role in the pathogenesis of neonatal sepsis and meningitis (NSM), which remains a major cause of death in newborns, especially in low-birth weight infants. The ibeA locus is able to modulate expression of several virulence factors (e.g., fim, ibeB, ompA) and predominantly contribute to E. coli K1-caused early-onset human NSM by modulating the three interrelated hallmark features of this disease. Vim has emerged as an organizer of a number of critical proteins involved in cell adhesion/migration and cell signaling. Vim-mediated signaling is required for IbeA-induced pathogenicities. Lipid rafts (LRs) serve as a signaling platform for Vim, PSF (IbeA co-receptor), α7 nAChR (regulator of inflammation), and other signaling molecules. Our recent studies have shown that Vim could regulate IbeA-induced NFkB signaling. Vim forms a complex with IkB, NFkB and tubulins in the resting cells through its head domain. Vim-mediated modulation of the ubiquitin proteasome system (UPS) is essential for NFkB activation. IbeA is able to induce the IkB kinase activation, dissociation of the Vim/IkB-NFkB complex, and expression of Vim, α7 nAChR and proinflammatory factors (PIFs). Nuclear translocation of NFkB is correlated with increased PSF in the nucleus. Circulating BMECs (cBMEC) in the blood could be used as cell-based biomarkers for single cell profiling of the BBB injury using infectomic approaches. Most importantly, we have shown that IbeA-induced NFkB activation, bacterial invasion, and PMNT are significantly reduced in Vim KO (-/-) mice, which are consistent with the in vitro findings. Based on these results, we hypothesize that Vim contributes to IbeA-induced cytoplasmic activation and nuclear translocation of NFkB. Subsequent upregulation of Vim, α7 nAChR and PIFs leads to CNS inflammation/injury, which can be detected by cBMEC, and blocked by Vim inhibitors. Our hypothesis will be examined with the following specific aims: 1). Examine how Vim modulates the three interrelated hallmark features of bacterial meningitis using the cell culture systems, animal models (Vim +/+ vs Vim -/-), and genetic approaches. 2). Investigate effects of Vim-targeted inhibitors on E. coli K1 infection in vitro (BMEC), ex vivo (organotypic hippocampal culture), and in vivo (mouse model).
抗生素用于临床虽已60年之久, 细菌性脑膜炎仍然是致死性的中枢神经系统(CNS)感染性疾病。其病死率仍高达25~35%,而幸存者中神经、精神后遗症高达40%。该病难治的重要原因是对细菌性脑膜炎三联炎症特征[即NF-κB激活, 细菌入侵血脑屏障(BBB)与白细胞进入CNS]的病理机制尚无统一认识。我们的前期研究证明新生儿E. coli脑膜炎三联炎症特性是由IbeA受体波形蛋白(VIM)所介导的。IbeA是引起新生儿早期E. coli感染的重要毒力因子,并参与多个毒力因子的调控。IbeA如何通过VIM调控细菌性脑膜炎三联炎症特性有待进一步探讨。因此,本项目将从细胞(体外BBB模型),组织器官(海马回切片)及整体水平(VIM基因敲除小鼠动物实验)等不同层面,采用最新单细胞感染组学技术监测BBB功能,揭示E. coli脑膜炎时VIM是如何介导及调节细菌性脑膜炎三联炎症特征,为其防治提供重要依据。

结项摘要

项目背景: 细菌性脑膜炎(BM)仍然是严重的危及生命的中枢神经系统(CNS)感染性疾病。其死亡率仍然可高达25~35%,而幸存者高达40%留有CNS后遗症。该病难治的重要原因是对BM三联炎症特征[即NF-κB激活, 细菌入侵血脑屏障(BBB)与白细胞(PMN)进入CNS)]的病理机制尚无统一认识。我们的前期研究证明新生儿E. coli BM三联炎症特性是由IbeA受体波形蛋白(VIM)所介导的。IbeA是引起新生儿早期E. coli感染并参与多个毒力基因调控的重要毒力因子。本项目进一步探讨了IbeA如何通过VIM调控BM三联炎症特性。主要研究内容:本项目从细胞、组织器官及整体水平(体内BBB模型、VIM基因敲除小鼠)等不同层面,探讨并揭示E. coli脑膜炎时VIM是如何介导及调节NF-κB通路, 细菌入侵BBB与白细胞进入CNS等三个相互关联的BM特征,并为其防治提供重要理论依据。重要结果: 1、VIM抑制剂(WFA)能有效抑制三联炎症特征,这一过程呈量效关系。2、无论是环境因素,如尼古丁(NT),还是E. coli或毒力因子,引起的BBB的破坏及功能异常,都会导致血中细胞水平的生物标志物cBMEC显著升高,提示cBMEC可作为潜在的BBB损伤的诊断指标。3、实验证明无论敲除小鼠VIM基因或致病菌毒力因子IbeA均会导致三联炎症特征显著降低。4、NF-κB抑制剂CAPE的阻断作用与VIM的存在显著相关。5.α7nAChR抑制剂(MEM)能有效抑制三联炎症特征,这一过程呈量效关系。6.无论是药物敏感菌株,如E44,还是多重耐药菌株(如IHE2015) 所引发的菌血症与脑膜炎均可被MEM治愈。MEM能明显保护病原菌引起的BBB损伤。7. 我们首次证明MEM能显著升高PMN的胞外杀菌网络(NET)活性。关键数据及其科学意义: 通过VIM基因敲除小鼠E. coli BM三联炎症特征的影响的研究验证了VIM如何在致病过程中发挥作用。同时,模拟了E. coli BM自然感染全过程,其在体内通过肠道-血循环-脑的致病过程,从整体进一步明了病原体-宿主之间如何协同作用而致病的。我们系统阐述了BM早期CNS炎症和BBB损伤之间的内在致病机理。进一步完善了病原菌入侵,炎症信号途径的活化与反馈,以及白细胞经穿BBB迁徙的BM三联症致病机制的理论模型。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Elevated Expression of Brain Indoleamine 2,3-Dioxygenase is Associated with Early Mouse Development
脑吲哚胺 2,3-双加氧酶表达升高与小鼠早期发育相关
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Pediatrics and Congenital Disorders
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Marvin L Shu;Feng Chi;Sheng-He Huang
  • 通讯作者:
    Sheng-He Huang
Probiotic Mixture Golden Bifido Prevents Neonatal Escherichia coli K1 Translocation via Enhancing Intestinal Defense.
益生菌混合物 Golden Bifido 通过增强肠道防御来防止新生儿大肠杆菌 K1 易位
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2017.01798
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Frontiers in microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zeng Q;He X;Puthiyakunnon S;Xiao H;Gong Z;Boddu S;Chen L;Tian H;Huang SH;Cao H
  • 通讯作者:
    Cao H
Vimentin, a Novel NF-κB Regulator, Is Required for Meningitic Escherichia coli K1-Induced Pathogen Invasion and PMN Transmigration across the Blood-Brain Barrier
Vimentin 是一种新型 NF-κB 调节剂,是脑膜炎大肠杆菌 K1 诱导的病原体入侵和 PMN 跨血脑屏障迁移所必需的
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0162641
  • 发表时间:
    2016-09-22
  • 期刊:
    PLOS ONE
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Huang, Sheng-He;Chi, Feng;Zhou, Yan-Hong
  • 通讯作者:
    Zhou, Yan-Hong
Mucin2 is Required for Probiotic Agents-Mediated Blocking Effects on Meningitic E. coli-Induced Pathogenicities.
Mucin2 是益生菌介导的对脑膜炎大肠杆菌诱导的致病性的阻断作用所必需的。
  • DOI:
    10.4014/jmb.1502.02010
  • 发表时间:
    2015-10
  • 期刊:
    J Microbiol Biotechnol.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jingyi Yu;Xiaolong He;Puthiyakunnon S;Liang Peng;Yan Li;Li-Sha Wu;Wen Ling Peng;Ya Zhang;Jie Gao;Yao-Yuan Zhang;Swapna Boddu;Ming Long;Hong Cao;Sheng-He Huang
  • 通讯作者:
    Sheng-He Huang
宿主抑菌剂美金刚抑制多重耐药菌肠外致病性大肠埃希氏菌(O75:K1:H5)的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    第七届中国临床微生物学大会暨微生物学与免疫学论坛论文汇编
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王世富;何肖龙;余晶仪;张乐海;彭亮;盖中涛;黄胜和
  • 通讯作者:
    黄胜和

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其他文献

脑膜炎大肠杆菌K1株ppk1基因致病机制初探
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭亮;赵铁;罗文英;付美芹;曹虹;黄胜和
  • 通讯作者:
    黄胜和
江西省抚州市人群蛔虫和猪蛔虫感染调查
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国兽医杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓仕标;王敏;何云岩;黄胜和;董则亚;周春花
  • 通讯作者:
    周春花
大肠杆菌K1致病株外膜蛋白T体外功能
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    惠长野;郭妍;吴书驰;彭亮;曹虹;黄胜和
  • 通讯作者:
    黄胜和
α7nAChR基因敲除HIV-1gp120转基因小鼠模型的构建
  • DOI:
    10.12122/j.issn.1673-4254.2020.08.17
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    南方医科大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡彤彤;龚泽龙;万宇;李煜彬;高雪锋;伦静娴;黄胜和;曹虹
  • 通讯作者:
    曹虹
大肠杆菌外膜蛋白酶T及其突变体的表达、复性及生物活性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘晓露;惠长野;赵铁;彭亮;张文炳;黄胜和;曹虹
  • 通讯作者:
    曹虹

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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