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研究揭示人类病原真菌感染孢子形成的细胞命运决定机制

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-15
核心提示:真菌感染(fungal infection):对人类有致病性的真菌约有300多个种类。除新型隐球菌和蕈外,医学上有意义的致病性真菌几乎都是霉菌。根据侵犯人体部位的不同,临床上将致病真菌分为浅部真菌和深部真菌。
   真菌感染(fungal infection):对人类有致病性的真菌约有300多个种类。除新型隐球菌和蕈外,医学上有意义的致病性真菌几乎都是霉菌。根据侵犯人体部位的不同,临床上将致病真菌分为浅部真菌和深部真菌。真菌性肠炎即属于深部真菌病。浅部真菌(癣菌)仅侵犯皮肤、毛发和指(趾)甲,而深部真菌能侵犯人体皮肤、黏膜、深部组织和内脏,甚至引起全身播散性感染。深部真菌感染肠道即表现为真菌性肠炎,可独立存在如婴儿念珠菌肠炎,或为全身性真菌感染的表现之一,如艾滋病并发播散性组织胞浆菌病。
 
  临床表现
 
  1.浅表真菌病
 
  感染仅仅局限于皮肤角质层的最外层,极少甚至完全没有组织反应,感染毛发时也只累及毛发表面,很少损伤毛发。主要包括:花斑癣、掌黑癣和毛结节菌病。
 
  2.皮肤真菌病
 
  感染累及皮肤角质层和皮肤附属器,如毛发、甲板等,能广泛破坏这些组织的结构并伴有不同程度的宿主免疫反应;这类真菌感染中最常见的是皮肤癣菌病,其他真菌引起的感染还包括皮肤念珠菌病等。
 
  皮肤癣菌病根据不同的发病部位可以分为足癣(俗称"脚气")、手癣、体癣、股癣、甲癣以及头癣等各类癣病;在世界范围内广泛发生,是最常见的真菌性疾病,发病率高。
 
  3.皮下真菌病
 
  感染皮肤、皮下组织,包括肌肉和结缔组织,一般不会经血液流向重要脏器播散;但有些感染可以由病灶向周围组织缓慢扩散蔓延,如足菌肿等;也有些则沿淋巴管扩散,如孢子丝菌病、着色芽生菌病。免疫受损患者的皮下真菌具有潜在的播散全身的危险。
 
  4.系统性真菌病
 
  除侵犯皮肤和皮下组织外,还累及组织和器官,甚至引起播散性感染,又称为侵袭性真菌感染。近年来,随着高效广谱抗生素、免疫抑制剂、抗恶性肿瘤药物的广泛应用,器官移植、导管技术以及外科其他介入性治疗的深入开展,特别是AIDS的出现,条件致病性真菌引起的系统性真菌病日益增多,新的致病菌不断出现,病情也日趋严重。主要包括念珠菌病、曲霉病、隐球菌病、接合菌病和马内菲青霉病等。
 
  中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室王琳淇课题组在国际期刊eLife上发表了题为Genetic basis for coordination of meiosis and sexual structure maturation in Cryptococcus neoformans 的研究成果。研究报道了新生隐球菌(年死亡人数超过20万,致死率20%-70%)性结构发育与减数分裂过程在时空上高度偶联,而该偶联作为一个核心命运决定机制激发了感染孢子的产生。这是该课题组继在Nature Microbiology(2018年6月期Nature Microbiology 标题文章)发表后再次揭示隐球菌有性生殖的细胞调控机制。
 
  孢子作为一个抗性结构广泛地参与病原微生物的感染。对于病原细菌来说,感染孢子的形成来自于无性繁殖周期。由于无性繁殖并不能有效地产生遗传重组,因而导致感染孢子之间遗传多样性较小。与细菌不同,真核病原菌(如真菌)能够利用有性生殖产生孢子(性孢子)。在有性生殖过程中,减数分裂重组能够极大促进性孢子基因组的多样性,从而导致高致病力和药物抗性孢子的产生,提供种系优势(lineage benefit)。因此性孢子能够通过物理抗性优势以及种系优势这两个层面贡献真核病原菌的感染。新生隐球菌是研究真核病原菌有性生殖的良好材料,其有性生殖的产物有性孢子可作为关键的感染繁殖体参与早期宿主肺脏定植。鉴于它的重要性,大量的研究旨在揭示性孢子形成的新基因。然而,该过程的细胞命运决定机制未见报道。
 
  在隐球菌性孢子形成前存在两个平行的事件:性结构(又称为担子(basidium):担子菌门真菌的标志细胞结构)成熟和减数分裂过程。王琳淇课题组发展了一个新颖的定量表型评估策略(担子成熟指数分析)并鉴定了一个性结构特异性的指示分子Fad1去精确评估隐球菌性结构成熟的不同发育阶段。利用该策略可实现对性结构成熟和减数分裂过程偶联的可视化,从而直接证实了这两个事件的时空偶联关系。随后,通过检测隐球菌有性生殖过程中多个时间点的全基因组基因诱导特征,鉴定了决定性结构成熟和减数分裂偶联的关键调控环路。该环路关键基因的缺失能够解除偶联,重要的是,偶联的解除最终完全阻断了感染孢子的产生。
 
  在真菌有性生殖过程中,性结构分化需要与减数分裂过程精密协调,从而保证子裔的形成。尽管该假说提出已久,然而其中的分子和细胞机制并不清楚。该研究从多个角度证实性结构分化和减数分裂过程的时空偶联可作为一个关键细胞命运决定机制参与性孢子的形成。此外,负责偶联的调控环路在真菌中十分保守,暗示该环路控制的偶联可能广泛负责真菌性孢子的产生。
 
 
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