淋病奈瑟氏菌是一种定植于人类泌尿生殖道、咽部和直肠粘膜部位的特异性细菌病原体，可导致性传播疾病——淋病的发生。淋病奈瑟氏菌不仅能够诱导上皮脱落，还可以侵入上皮细胞并迁移至上皮下层，从而导致弥散性的淋病奈瑟氏菌感染。课题组前期研究已经发现淋病奈瑟氏菌进入上皮细胞后可以通过NOD1激活上皮细胞自噬流（https://doi.org/10.1093/infdis/jiad478），但是完全抑制NOD1活性后依然可以检测到自噬的激活，这说明淋病奈瑟氏菌进入细胞后可能存在另一种激活自噬系统的机制。外膜囊泡（OMV）的释放是革兰氏阴性菌保守的生理过程，其可以对感染环境进行调节。研究团队通过电子显微镜观察到淋病奈瑟氏菌无论是正常生理状态还是感染细胞过程中均可以分泌OMVs，但是其在感染过程中的生物学功能仍然未被鉴定。

2024年2月23日，浙江大学基础医学院Stijn van der Veen 课题组，在Nature Communications杂志上发表了题为“Gonococcal OMV-delivered PorB induces epithelial cell mitophagy”的研究论文，从探究OMVs对淋病奈瑟氏菌在上皮细胞内胞内存活的影响角度出发，全面系统地揭示了淋病奈瑟氏菌通过OMVs递送外膜孔蛋白PorB至线粒体，以双重机制诱导线粒体自噬的发生。

研究团队发现淋病奈瑟氏菌OMVs可以诱导上皮细胞自噬流的增强，但是这并不是一种广泛的细胞内自噬过程，而主要诱导了针对线粒体的线粒体自噬的发生（mitophagy）。研究者通过对淋病奈瑟氏菌菌株进行改造和后续自噬活性分析发现PorB是OMVs导致线粒体自噬的关键蛋白，PorB会插入线粒体膜，进而引起线粒体膜电位（MMP）的丧失，随后通过传统的线粒体自噬蛋白PINK1和自噬受体OPTN或NDP52激活线粒体自噬。然而，该研究团队进一步研究发现PorB的第171位赖氨酸可以直接被K63连接的多聚泛素链所修饰，被修饰的PorB可以直接募集自噬受体p62（SQSTM1），用于线粒体自噬的激活。PorB的第171位赖氨酸的K63多聚泛素化需要E3泛素连接酶的参与，研究者对经免疫沉淀的PorB进行AP-MS（Affinity Purification coupled MS）分析，发现了唯一一个与PorB互作的E3泛素连接酶RNF213。后续实验证明RNF213在转染PorB的上皮细胞中可以聚集在线粒体周围，并在泛素化介导的线粒体自噬过程中发挥重要作用，而对线粒体膜电位依赖的线粒体自噬无影响。最后，研究者们通过活细胞成像与庆大霉素保护实验分析了OMVs诱导的线粒体自噬在淋病奈瑟氏菌感染过程中发挥的作用，发现该自噬反应会导致胞内重要杀菌物质线粒体活性氧(mtROS)水平的下降，从而减轻宿主对胞内淋病奈瑟氏菌的杀菌作用，帮助淋病奈瑟氏菌穿过上皮细胞层到达上皮下层（机制图）。

机制图：淋病奈瑟氏菌OMVs递送的PorB诱导线粒体自噬的双重机制

总之，该研究首次报道了细菌分泌的外膜囊泡可以诱导线粒体自噬的发生，并丰富了RNF213的生物学功能，首次发现其可以参与线粒体自噬过程。该研究对淋病奈瑟氏菌的致病机制作出了进一步的阐述，为淋病的治疗与预防提供了理论基础。

浙江大学基础医学院微生物系Stijn van der Veen教授为唯一通讯作者。浙江大学基础医学院博士生高帅与高凌玉为共同第一作者。基础医学院林旭瑷副教授和浙江大学爱丁堡联合学院博士研究生袁代琳也参与了本项工作。该项目得到了国家自然科学基金资助。感谢孙启明教授和夏宏光教授对该工作帮助和建议。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45961-1

课题组简介

Stijn van der Veen, 浙江大学长聘教授，博士生导师，荣获浙江省特聘专家称号，西湖友谊奖获得者，国际英语期刊《Infectious Microbes & Diseases》创始执行主编，爱丁堡大学名誉讲师，浙江大学附属邵逸夫医院和浙江大学附属第一医院传染病诊治国家重点实验室双聘教授。实验室长期专注于多重耐药细菌病原体淋病奈瑟菌的研究，包括宿主-微生物相互作用、疫苗开发以及新型或替代抗菌剂的发现。他的多项研究成果发表在《Nature Communications》、《Emerging Microbes and Infections》、《Journal of Infection》、《Journal of Infectious Diseases》、《Journal of Antimicrobial Chemotherapy》和《ACS Central Science》等权威学术期刊上。如果您有兴趣以博士后或博士生的身份加入实验室，请联系[email protected]。