中国农业大学院士团队发表《Cell》

4月21日，中国农业大学动物医学院兽医公共卫生安全全国重点实验室沈建忠院士团队在《细胞》（Cell）杂志上在线发表了研究论文《组织几何结构驱动细菌感染的时空动态规律》（Tissue geometry spatiotemporally drives bacterial infections），发现了多细胞结构或组织固有结构特性调控细菌感染的“边际效应”，揭示了细菌感染与生物力学信号转导的内在机制，研发了靶向细菌定殖的精准药物递送系统，丰富了合理用药策略，为细菌感染治疗提供理论基础和技术支撑。

抗菌药物研发速度严重滞后与细菌耐药性快速演化的矛盾日益突出，导致细菌感染不仅制约养殖业健康发展，更威胁公共卫生安全。现有药物对体外游离细菌的拮抗效果与体内感染微环境中的实际药效存在明显差异。课题组前期研究已初步揭示致病菌在单细胞水平劫持宿主细胞作为屏障逃避药物杀伤，但感染部位固有的组织结构特性如何调控病原菌感染仍不清楚，揭示宿主识别病原感染机制是研发新型抗菌策略的重要突破口。

阐明宿主如何识别病原感染是研发高效防控策略的首要问题。本研究融合了生物工程与定量生物学等研究手段，构建了二维多细胞单层和三维肠道芯片模型，发现了细菌在感染过程中呈现"边际效应"，即在二维模型中优先定殖于细胞牵引力较高的外周区域，而在三维肠道芯片中则相应地富集于隐窝样结构。机制研究表明，机械敏感通道蛋白Piezo1通过感知组织力学微环境，与Toll样受体形成功能复合物，触发钙离子信号转导级联反应，诱导细胞骨架重排，促进细菌内化。基于这一重要发现，研究团队构建了"核-壳"结构的靶向药物递送系统，实现抗菌药物在隐窝区域的特异性富集，显著提高对肠道病原菌（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐万古霉素肠球菌）的清除效率，减少用药量和药物对肠道正常菌群的破坏，实现了从临床现象-基础理论-疾病防控的闭环。研究成果不仅为理解细菌-宿主相互作用的生物学机制提供了新的理论框架，而且拓展了精准治疗耐药菌感染研究方向和技术路径。

宿主多细胞结构识别细菌感染的示意图

上述研究结果拓展了经典感染生物学的化学-分子研究范式，揭示了“组织器官-生物力信号-感染识别”的调控机制，拓展了基于宿主导向的抗菌治疗策略，对指导合理用药、提高药物疗效、破解细菌耐药性困局具有重要意义，将为细菌病防控，保障人类健康提供新思路。

北京大学博士韩益明（现为北京大学博士后），中国农业大学博士、北京大学博士后刘晓晔（现为北京农学院副教授），中国农业大学博士曲少奇（现为安徽农业大学教授）为论文的共同第一作者。中国农业大学朱奎教授、北京大学黄建永研究员、中国科学院深圳先进技术研究院黄术强研究员为该论文通讯作者。本研究获国家自然科学基金重点项目（32230106）等资助。

来源： 中国农大新闻网