ACS Chem. Biol. | 工程化改造分枝杆菌表面聚糖实现免疫靶向

英文原题：Immune Targeting of Mycobacteria through Cell Surface Glycan Engineering

供稿人：方昊明 北京大学

本期的推送将和大家分享一篇发表于ACS Chemical Biology上的文章。文章的英文标题是“ Immune Targeting of Mycobacteria through Cell Surface Glycan Engineering”。这篇文献的通讯作者是来自于中央密西根大学大学的Mallary C. Greenlee-Wacker教授和Benjamin M. Swarts。

分枝杆菌病原体的特点是具有独特的双膜细胞包膜，可提供特殊的抗生素保护，是获得性耐药性的主要驱动因素。由于分枝杆菌细胞包膜提供的内在药物耐受性，结核分枝杆菌感染的常规治疗需要在 6 个月的过程中施用多种药物。鉴于现有抗生素治疗分枝杆菌感染的固有困难、累积抗生素耐药性突变的菌株的增加和传播以及药物管线中新型抗分枝杆菌化合物的缺乏，目前需要新的治疗方法来补充传统抗生素。同时，宿主定向免疫疗法代表了新型抗分枝杆菌治疗的一个有吸引力的目标。这一疗法需要强大的细胞介导免疫反应来从巨噬细胞内的细胞内生态位中消除结核分枝杆菌。因此，作者希望开发一个具有抗体募集小分子 (ARM) 以及分枝杆菌聚糖靶向结构的双功能小分子实现增强巨噬细胞对分支杆菌的抗体依赖性吞噬作用（图1）。

具体来讲，由于在人类中大约 1% 的抗体与 DNP 等硝基芳烃表位结合，而普通人群中有 72% 具有内源性抗 DNP 抗体，而招募内源性抗体可以通过Fc介导的吞噬作用增强对其他细胞内病原体的吞噬和杀伤作用。同时，在糖或脂质部分上含有各种官能团的海藻糖可以通过分枝酰基转移酶活性有效地代谢并入外膜聚糖，作者首先构建了由不同linker长度构建的海藻糖-DNP 偶联物（Tre-DNP），其海藻糖和 DNP 分别用作分枝杆菌靶向元件和抗体募集元件（图2）。

为了确定哪个linker长度促进了 DNP 最有效地定位于细胞表面，作者通过野生型分枝杆菌 mc2 155 在不同浓度的化合物 1-3 中孵育，使用抗 DNP的荧光抗体并通过流式细胞术对不同linker长度的Tre-DNP进行DNP蛋白结合的测定。作者发现Tre-DNP-C8有最好的结合力。同时， Tre-DNP-C8 标记细胞的成像显示荧光信号定位于细菌表面和两极，这与分枝杆菌的极性生长模式和已发表的使用基于海藻糖的探针的成像实验一致。这两个结果都表明（图3），Tre-DNP-C8对于分支杆菌有很好的DNP蛋白招募能力。

其次，为了确定 Tre-DNP-C8 的结合是否由代谢驱动并依赖于海藻糖代谢。作者发现，尽管活的分枝杆菌细胞有效地将 Tre-DNP-C8 结合到它们的细胞表面，但被热或多聚甲醛杀死的细菌不会结合该化合物。同时，通过使用分枝酰转移酶抑制剂Ebselen的处理，Tre-DNP-C8对于分枝杆菌中的结合区别也表明了这一过程需要代谢活动（图4）。同时，作者也发现Tre-DNP-C8 有效地掺入了含菌膜的分枝杆菌和谷氨酸棒杆菌中，但没有明显掺入革兰氏阴性大肠杆菌或革兰氏阳性枯草杆菌中，这一结果表明，Tre-DNP-C8 可有效且特异性地将 DNP 基团结合到分枝杆菌和其他含菌膜细菌的细胞表面糖脂中（图5）。

作者接下来研究了Tre-DNP-C8对于DNP 抗体的招募作用是否增强了表达 GFP 的分枝杆菌的吞噬作用。作者使用抗 DNP IgG 作为抗体的来源并测试了吞噬 Tre-DNP-C8 修饰的分枝杆菌的 THP-1 细胞的百分比是否相对于未修饰的分枝杆菌有所增加。根据已有的文献报道，作者使用THP-1 细胞，Tre-DNP-C8，以及抗 DNP IgG与分枝杆菌共培养。通过对细胞进行流式细胞术鉴定，作者发现，在没有使用Tre-DNP-C8时，在加入与不加入抗 DNP IgG的细胞吞噬效果区别并不明显。与这一结果产生明显对比的是，在使用了Tre-DNP-C8后，在加入与不加入抗 DNP IgG的细胞吞噬效果区别显著（图6），因此说明了，这一分子确实对于实现增强巨噬细胞对分支杆菌的抗体依赖性吞噬作用有所帮助。

总而言之，这篇文章利用招募内源性抗体并通过Fc介导的吞噬作用增强对其他细胞内病原体的吞噬和杀伤作用，开发了一系列具有抗体募集小分子以及分枝杆菌聚糖靶向结构的双功能小分子，通过对于其结构的筛选，挑选出了Tre-DNP-C8这一小分子，并在细胞实验层面，证明了Tre-DNP-C8可以增强巨噬细胞对分支杆菌的抗体依赖性吞噬作用。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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