迟缓爱德华氏菌易感细胞模型的建立及病原菌-宿主细胞互作研究
迟缓爱德华氏菌是一种革兰氏阴性肠杆菌科细菌，对多种海水和淡水鱼类均有致病作用，造成了巨大的经济损失；而且该病原菌能感染人类，是一种重要的人畜共患菌。由于迟缓爱德华氏菌的细胞内寄生特性，传统的抗生素治疗遇到障碍，因此迫切需要对其致病机制及其与宿主细胞互作展开研究，从而为病害防治提供理论基础。然而，由于缺乏合适的鱼类细胞模型，相关研究发展较慢，而且无法反映鱼类宿主感染的真实状况。本研究在三种鱼类细胞中建立了迟缓爱德华氏菌的易感细胞模型，对迟缓爱德华氏菌与鱼类宿主细胞的互作机制和侵染与细胞凋亡的关系进行了深入研究，并对迟缓爱德华氏菌ABC系统两个潜在毒力基因的功能进行了研究，对阐明迟缓爱德华氏菌的致病机制具有重要理论意义。 本研究利用牙鲆鳃上皮细胞系FG-9307、鲤鱼上皮瘤细胞系EPC（Epithelioma papulosum cyprini）和斑马鱼胚胎成纤维细胞系ZF4，分别建立了迟缓爱德华氏菌的易感细胞模型。Giemsa染色结果表明，迟缓爱德华氏菌可以侵染三种鱼类细胞并在其中增殖，说明细胞模型构建成功。三种细胞中，EPC细胞对迟缓爱德华氏菌感染的敏感性高于另外两种细胞，而且胞内细菌数量较多。不同来源的迟缓爱德华氏菌对牙鲆鳃上皮细胞的吸附率和细胞毒性明显不同。通过透射电镜观察，发现在牙鲆鳃上皮细胞中，细菌侵入点附近细胞突起增多，而且在细菌与细胞接触点出现细胞膜缺失，提示细菌是通过“触发机制”（Trigger Mechanism）侵入宿主细胞的。细菌内化后，首先出现在有膜包被的小泡中；庆大霉素处理并延长培养后，胞质中出现大量自由增殖的细菌，说明内化的细菌可以逃离膜包小泡并在胞质中繁殖。侵染后期宿主细胞内出现大片低电子密度区域，同时细胞器损坏严重，并可见细胞膜外凸，在外凸处细菌开始释放。随着培养时间的延长，细胞感染率上升，表明延长培养后部分感染细胞中的细菌是由从宿主细胞释放的细菌二次感染造成的。 另一方面，本研究比较了迟缓爱德华氏菌诱导三种鱼类细胞死亡方式的差异。通过Hoechst33342/PI双染、DNA Ladder抽提、Annexin V-FITC/PI双染与流式细胞术分析以及caspases活性检测，发现迟缓爱德华氏菌感染牙鲆鳃上皮细胞、EPC细胞和斑马鱼ZF4细胞后均能引起细胞死亡，但其作用方式不同。在EPC细胞中，迟缓爱德华氏菌感染导致典型凋亡小体和DNA Ladder出现、Annexin V深染细胞增多，以及caspases活性增加，表明发生了细胞核片段化、磷脂酰丝氨酸外翻和caspases激活，证实感染的EPC细胞发生了典型的细胞凋亡；在牙鲆鳃上皮细胞和斑马鱼ZF4细胞中，并没有检测到DNA片段化、磷脂酰丝氨酸外翻和caspases激活等细胞凋亡典型特征，说明迟缓爱德华氏菌感染诱导了其他细胞死亡通路。通过对迟缓爱德华氏菌感染的EPC细胞caspase-3,-8,-9活性进行同时检测，发现EPC细胞中发生了上述caspases的激活，说明迟缓爱德华氏菌在诱导细胞凋亡时，同时激活了凋亡外在途径和内在途径；外在途径被激活说明凋亡可能由胞外细菌的凋亡诱导因子引起。通过Hoechst33342/PI双染和显微镜检计数，发现在牙鲆鳃上皮细胞中，迟缓爱德华氏菌感染组与不感染组经STS诱导后均出现典型凋亡小体，且二者凋亡比例没有显著性差异，说明迟缓爱德华氏菌在牙鲆鳃上皮细胞中不能保护STS诱导的凋亡。 最后，本论文研究了迟缓爱德华氏菌ABC系统中两个分别与细菌毒力因子分泌/抗药性和磷酸甘油转运相关的潜在毒力基因在致病中的作用。利用同源重组方法，分别构建了两个基因的框内缺失突变株Δ0613和Δ0907；并利用原位互补的方法分别构建了包含全长基因的互补株0613+和0907+，经荧光定量PCR验证，互补基因均为过量表达，因此0613+和0907+分别也是原基因的过量表达株。通过对野生株、突变株与互补株的抗药性、细胞侵染能力和对实验动物的致病力进行检测，发现Δ0613对几种氨基糖苷类和四环素类抗生素的抗性明显减弱，而互补株（过量表达株）0613+可以使细菌对氨基糖苷类抗生素的抗性得到部分恢复，并使细菌对几种原来敏感的抗生素抗性增强；同时，Δ0613中基因缺失并不影响细菌的细胞侵染能力和致病性，说明0613可能主要作为一种新型多药物外排泵发挥作用。另一方面，互补株0613+和0907+中基因的过量表达均能降低细菌的致病性。 本研究深入研究了迟缓爱德华氏菌与不同宿主细胞的互作方式和诱导宿主细胞死亡的机制，以及激活的具体通路，为理解迟缓爱德华氏菌的致病机制和宿主特异性，并发展有针对性的病害防治手段具有重要的指导意义。
迟缓爱德华氏菌;易感细胞模型;病原菌-宿主细胞;致病机制;鱼类细胞
中国海洋大学
博士
海洋生物学
张晓华
2013
中文
S941.42
144
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）