志贺氏菌上皮细胞感染分析

由肠道细菌病原体引起的腹泻病是全球卫生的重大负担。2016 年，腹泻病导致全球 130 万人死亡，是 5 岁以下儿童的第四大死因 ^1,2。革兰氏阴性肠道细菌病原体志贺氏菌是志贺氏菌病的病原体，志贺氏菌病是全球腹泻死亡的主要原因³。志贺菌病每年在低收入和中等收入国家的儿童中造成严重的发病率和死亡率^4,5，而高收入国家的感染与日托中心、食源性和水源性疫情有关^6,7,8,9。无效的疫苗开发¹⁰和抗微生物药物耐药性（AMR）^11,12的上升使大规模志贺氏菌疫情的管理变得复杂。美国疾病控制与预防中心最近的数据显示，2020 年美国近 46% 的志贺氏菌感染表现出耐药性^13,14，而世界卫生组织已宣布志贺氏菌为 AMR 优先病原体，迫切需要新疗法¹⁵。

志贺氏菌感染在摄入受污染的食物或水后，或通过直接与人接触，很容易通过粪口途径传播。志贺氏菌已进化为一种有效的、适应人类的病原体，其感染剂量为 10-100 种细菌，足以引起疾病¹⁶。在小肠转运过程中，志贺氏菌暴露于环境信号，例如高温和胆汁¹⁷。检测这些信号可诱导转录变化以表达毒力因子，从而增强细菌感染人结肠的能力 17,18,19。志贺氏菌不会从顶端表面侵入结肠上皮，而是在被滤泡相关上皮细胞内特化的抗原呈递微折叠细胞（M 细胞）摄取后穿过上皮层^20、21、22。转胞吞作用后，志贺氏菌细胞被驻留巨噬细胞吞噬。志贺氏菌迅速逃离吞噬体并触发巨噬细胞死亡，导致促炎细胞因子^{的释放 5,23,24}。然后志贺氏菌从基底外侧侵入结肠上皮细胞，裂解巨细胞液泡，并在细胞质中建立复制生态位 ^5,25。促炎细胞因子，特别是白细胞介素-8 （IL-8），将多形核中性粒细胞白细胞 （PMN） 募集到感染部位，从而削弱上皮紧密连接，并使细菌浸润上皮内膜以加剧基底外侧感染⁵。PMN 破坏受感染的上皮内膜以控制感染，从而导致细菌性（血性）痢疾的特征性症状⁵。尽管侵袭和细胞内复制机制已被彻底表征，但新的研究正在证明志贺氏菌感染的重要新概念，包括胃肠道 （GI） 转运期间的毒力调节¹⁷、依从性¹⁹、通过屏障通透性改善基底外侧通路²⁶ 和营养不良儿童的无症状携带²⁷。

志贺氏菌属引起腹泻病的能力仅限于人类和非人灵长类动物 （NHP）²⁸。已经为斑马鱼²⁹、小鼠³⁰、豚鼠³¹、兔子^21、32、33 和猪^34、35 开发了志贺氏菌肠道感染模型。然而，这些模型系统都不能准确复制人类感染期间观察到的疾病特征³⁶。尽管已经建立了志贺氏菌病的非人灵长类模型来研究志贺氏菌的发病机制，但这些模型系统的实施成本高昂，并且需要人为的高感染剂量，比人类的感染剂量高出9个数量级37,38,39,40,41,42。因此，志贺氏菌对人类宿主感染的显着适应需要使用人源性细胞培养物来重建生理相关模型，以准确询问志贺氏菌的发病机制。

在这里，描述了详细的程序，以测量 志贺氏菌 对 HT-29 结肠上皮细胞的粘附、侵袭和复制率。使用这些标准化方案，可以研究细菌毒力基因和环境信号影响 志贺氏菌 感染每一步的分子机制，以更好地了解动态宿主-病原体相互作用关系。