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Front Immunol | 南京大学医学院附属口腔医院王文梅、王翔团队: 人口腔粘膜上皮细胞胞外囊泡对白色念珠菌的抗菌作用

真菌感染对人类健康构成严重威胁,尤其是免疫受损人群。念珠菌是全球第二大真菌感染病原体,而白色念珠菌是最常见的条件致病性真菌之一。每年白色念珠菌导致40多万例侵袭性念珠菌病,死亡率高达75%。而且,白色念珠菌感染已被证明是口腔鳞状细胞癌和口腔白斑发生发展的危险因素。
口腔黏膜上皮细胞是抵抗微生物入侵的重要免疫屏障和第一道“防线”。已有研究表明,口腔上皮细胞可释放抗菌肽和其他效应蛋白分子杀伤白色念珠菌。细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是细胞衍生的脂质双层封闭的亚微米大小的小泡,包裹特定的生物分子。外泌体是粒径较小的EVs,通常仅有30至150纳米。近来研究表明,EVs在对抗微生物感染方面发挥着独特而重要的作用。迄今为止,尚未有研究报道口腔上皮细胞来源的EVs对白色念珠菌的防御反应和抗菌性能。
近日,南京大学医学院附属口腔医院(南京市口腔医院)王文梅、王翔教授研究团队以“Antimicrobial effect of extracellular vesicles derived fromhuman oral mucosal epithelial cells on Candida albicans为题在国际知名杂志、国际免疫联合会官方会刊Frontiers in Immunology发表研究论文(DOI: 10.3389/fimmu.2022.777613),报道了人口腔黏膜上皮细胞来源EVs对白色念珠菌的体外和体内抗菌作用。王文梅和王翔教授为论文的共同通讯作者,硕士赵毛毛、张苗苗、许开源为论文共同第一作者。

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该团队通过光学显微镜、共聚焦显微镜、扫描电镜和透射电镜观察评估永生化人口腔黏膜上皮细胞(Leuk-1)来源EVs对白色念珠菌的体外抗菌作用。根据芽管、菌丝和微菌落的形成评价分析白色念珠菌的生长和增殖情况(图1),体外研究结果表明,Leuk-1-EVs抑制了白色念珠菌的生长,改变了其形态和超微结构,导致其损伤。研究团队进一步建立Leuk-1细胞-白色念珠菌共培养模型,通过加入Leuk-1-EVs或GW4869(抑制EVs释放)深入探究,证实了Leuk-1细胞和EVs抗白色念珠菌的协同作用。
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图1. 体外和体内实验研究流程图
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图2. EVs处理对白色念珠菌超微结构的影响
透射电镜结果显示,未经Leuk-1-EVs处理的白色念珠菌细胞(图2A)表现为光滑完整的细胞壁,且细胞质均匀。而经Leuk-1-EVs处理的白色念珠菌细胞(图2B)可出现不均匀的细胞质(绿色箭头),细胞壁表面黏液蛋白增加(黑色箭头),细胞壁表面产生小突起(棕色箭头),细胞壁完整性破坏(红色箭头),细胞膜内卷(黄色箭头)和明显的线粒体肿胀(紫色箭头)。数据分析结果表明,EVs处理组白色念珠菌细胞壁明显疏松,密度降低。
另外,研究团队成功建立小鼠口腔念珠菌感染模型(C. albicans组),并用Leuk-1-EVs进行治疗干预(C. albicans+EVs组),最后采用大体观察、HE染色、PAS染色和扫描电镜等方法从大体、微观和超微形态三个层次进行比较分析(图1)。结果表明,与对照组相比,Leuk-1-EVs处理组小鼠的舌背黏膜白色病损和黏膜炎症明显减轻,白色念珠菌侵袭程度明显降低,黏膜表面超微结构更加完整,微生物膜结构更少。体内实验结果表明,Leuk-1-EVs处理可使小鼠舌背黏膜白色念珠菌的侵袭受到抑制,白色念珠菌感染得以减轻。
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图3. 小鼠舌背黏膜的扫描电镜图
扫描电镜可观察到C. albicans组白色念珠菌菌丝(黑色箭头)垂直侵入黏膜,以及孢子(白色箭头)和成片的细菌生物膜(△), 还可见大量角蛋白脱屑(*)(图3A)。而C. albicans+EVs组观察到较少的菌丝(黑色箭头)和孢子(白色箭头),并可见完整的舌背丝状乳头结构(◆)(图3B)。数据分析表明,C. albicans+EVs组的菌丝和孢子均明显少于C. albicans组。
通过体外和体内实验,该团队揭示了人口腔上皮细胞来源EVs对白色念珠菌的抗真菌作用,该作用通过对白色念珠菌的直接损伤效应和口腔黏膜上皮细胞-EVs间的协同作用得以实现。该研究结果提示,EVs不仅作为物质信息传递的“信使”,还充当了防御微生物效应的“信使”。这一发现提供了一条有趣的、以前被忽视的抗白色念珠菌方法路径。
该研究得到了国家自然科学基金(81870767和81570978)、江苏省“科教强卫工程”青年医学重点人才项目(QNRC2016118)、江苏省临床医学科技专项(BL2014018)、南京市医学科技发展重点项目(ZKX17033)、南京临床研究中心项目(2019060009)的资助。
参考文献:
Antimicrobial effect of extracellular vesicles derived from human oral mucosal epithelial cells on Candida albicans. Front Immunol. 2022 Jul 1:777613. doi: 10.3389/fimmu.2022.777613. eCollection 2022.
通讯作者简介
王文梅,南京大学医学院附属口腔医院教授、主任医师、硕士研究生导师。历任中华口腔医学会理事,中华口腔医学会中西医结合专委会主任委员、副主任委员,江苏省口腔医学会副会长兼秘书长,江苏省中西医结合学会口腔疾病专业委员会名誉主任委员,国际牙医师学院院士。先后主持完成国家自然科学基金等多项重点科研课题,在国内外学术刊物发表论文100余篇,主编、参编专著、教材8部。参与了《口腔黏膜病学》(全国高等学校研究生教材)的编写工作。曾获江苏省科技进步二等奖、南京市科技进步二等奖以及江苏医学科技三等奖等十余项奖项。为享受国务院特殊津贴专家、江苏省“333高层次人才培养工程”首批中青年科学技术带头人,江苏省有突出贡献中青年专家。
通讯作者简介
王翔,医学博士,南京大学医学院附属口腔医院副教授、副主任医师、博士研究生导师。现任口腔黏膜病学教研室副主任。兼任中华口腔医学会口腔黏膜病学专业委员会委员,江苏省口腔医学会口腔材料专委会副主任委员,南京中西医结合学会理事,Exploratory Research and Hypothesis in Medicine等数家中英文专业刊物编委。授权国家发明专利2项(已成果转化),实用新型专利8项,申请发明专利6项。获江苏省科学技术奖二等奖1项,江苏省医学新技术引进二等奖2项,南京市科技进步二等奖1项。入选江苏省青年医学重点人才。主持国家自然科学基金等各级科研课题3项。以第一或通讯作者在Clinical Infectious Diseases,Frontiers in Immunology等SCI杂志上发表论文20篇,主编/参编临床专著各1本。

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