近日，瑞士巴塞爾大學Knut Drescher博士領銜的研究的團隊，在頂級期刊《細胞》上發表了一項顛覆認知的重大研究成果[1]。

他們首次發現，霍亂弧菌會貼著免疫細胞表面大量增殖，包圍免疫細胞，然后在免疫細胞四周形成一層生物膜，并往里面分泌細胞毒素——溶血素，殺死免疫細胞，隨后散開。最讓人震驚的是，免疫細胞破裂之后釋放的細胞液，會促進霍亂弧菌的增殖！

【資料圖】

簡單來說，霍亂弧菌不僅殺了免疫細胞，還把它“吃了”！

或者，霍亂弧菌從被捕食者，搖身一變，成了捕食者！

用Drescher團隊的話說，霍亂弧菌顛覆了人類免疫細胞作為獵食者和細菌作為獵物的典型關系。

論文首頁截圖

Drescher博士是一名微生物學家，研究方向聚焦在細菌生物膜。

細菌生物膜并不是指覆蓋在細菌表面的一層膜，而是單一或多種細菌為適應自然環境，在多糖蛋白等細胞外基質的幫助下形成的微菌落聚集物。簡單來說，生物膜是細菌抱團形成的一種防御體系。

科學家已經發現，細菌生物膜可以保護細菌免遭噬菌體的攻擊，還可以阻止免疫細胞對細菌的識別，甚至可以保護細菌免遭抗生素的殺害。不過目前科學家對細菌生物膜與免疫系統之間的相互作用仍知之甚少。

霍亂弧菌是研究生物膜的模式生物，因此也成為了Drescher團隊的研究對象。在感染人類期間，霍亂弧菌定植于小腸，破壞腸上皮細胞和誘發炎癥反應。霍亂弧菌也會分泌幾種毒素，逃避中性粒細胞等免疫細胞的追殺。

然而，霍亂弧菌如何在細胞水平上與免疫細胞相互作用，以及生物膜在這種相互作用中是否有作用，目前尚不清楚。

Drescher團隊先從人的血液中分離出中性粒細胞、CD4陽性T細胞、自然殺傷（NK）細胞、B細胞和CD14陽性單核細胞，并誘導CD14陽性單核細胞分化為巨噬細胞。

在把這些人類免疫細胞和野生型（WT）霍亂弧菌混合培養時，他們發現霍亂弧菌會迅速附著在免疫細胞表面。免疫細胞表面的細菌隨著時間的推移不斷積累，并形成一個厚厚的多細胞層包被整個免疫細胞表面。在被霍亂弧菌合圍幾個小時后，免疫細胞死亡，隨后細菌散去。

霍亂弧菌能包圍一些類型的免疫細胞，黃色代表免疫細胞死亡

由于霍亂弧菌對巨噬細胞的親和力更強，Drescher團隊把研究重點放在了巨噬細胞上。并用巨噬細胞和霍亂弧菌再現了附著→包圍→殺死免疫細胞并散開的全過程（如下圖所示）。

曲終菌散

霍亂弧菌究竟對免疫細胞做了什么？竟然導致了免疫細胞的死亡！

雖然看上去很像是“圍毆”，但是Drescher團隊想到了生物膜。

霍亂弧菌在非生物表面形成生物膜需要的4種細胞外基質目前已經比較清楚了，然而，Drescher團隊發現，這4種細胞外基質在巨噬細胞表面的生物膜種雖然也能檢測到，但是含量非常低。而且即使是不能產生那4種細胞外基質的霍亂弧菌也能在巨噬細胞表面形成生物膜，但是不可以在非生物表面形成生物膜。

如此看來，霍亂弧菌在巨噬細胞表面形成的生物膜需要的基質，與之前的認知有所不同。

出人意料的是，霍亂弧菌在巨噬細胞表明形成生物膜，需要甘露糖敏感血凝素（MSHA）纖毛和毒素共調（TC）纖毛這兩種IV型纖毛。而且這兩種纖毛也是霍亂弧菌附著在巨噬細胞上所必需的。

借助于熒光成像技術，Drescher團隊證實，MSHA纖毛和TC纖毛確實是巨噬細胞生物膜細胞外基質的一部分。

MSHA纖毛和TC纖毛是基質的一部分

此外，Drescher團隊還發現，在霍亂弧菌包圍并殺死免疫細胞之后的分散階段，編碼TC纖毛的基因表達下調，生物膜從緊密狀態切換到松散狀態，便于霍亂弧菌的四散。

接下來的問題是，霍亂弧菌究竟是如何殺死了免疫細胞。

他們發現，生物膜的厚度與巨噬細胞的死亡率有關，而且有幾種細胞毒素的表達水平在霍亂弧菌與巨噬細胞共培養之后變化明顯，尤其是膜成孔毒素溶血素HlyA。一旦敲除HlyA的編碼基因，巨噬細胞的死亡水平大幅下降。

在確定HlyA是霍亂弧菌殺死巨噬細胞的主要毒素之后，Drescher團隊發現HlyA與生物膜的配合是霍亂弧菌的殺手锏。生物膜越厚，HlyA就越難穿越生物膜，這就造成了一個局部HlyA濃度超高的環境，最終毒死了被生物膜包圍的巨噬細胞。

機制示意圖

研究做到這里，按說已經結束了。不過，Drescher團隊提出了一個新問題：既然巨噬細胞是破裂而死，那巨噬細胞釋放出來的細胞液能不能滋養霍亂弧菌？

答案竟然是肯定的！

Drescher和他的同事監測了霍亂弧菌在巨噬細胞裂解液存在下的生長情況，發現霍亂弧菌竟以裂解液濃度依賴的方式生長。因此，他們認為殺死巨噬細胞是霍亂弧菌的一種掠奪性特征。

這個發現真是讓人毛骨悚然。

結合上面的機制圖，我們可以想到：霍亂弧菌以生物膜包圍免疫細胞之后，再用細胞毒素殺死免疫細胞，在“吸干”免疫細胞釋放的汁液之后，“抹抹嘴”一哄而散，尋找下一個目標。

難怪霍亂被列為甲類傳染病。

基于以上研究結果，Drescher認為：霍亂弧菌已經發展出一種新機制，它們可以集體行動，殺死感染部位的免疫細胞，從而減少周圍的吞噬免疫細胞數量；也就是說所，霍亂弧菌不會像其他細菌那樣把生物膜當作避難所，而是將生物膜作為一種積極策略主動攻擊并掠奪免疫細胞。

“人為刀俎，我為魚肉”的形式，變了！

參考文獻：

[1].Lucia Vidakovic, Sofya Mikhaleva, et al. Biofilm formation on human immune cells is a multicellular predation strategy of Vibrio cholerae. Cell. 2023. doi:10.1016/j.cell.2023.05.008