Cell Host & Microbe | 许悦实验室揭示细菌蛋白以全新肽键重组活性阻断细胞凋亡的机制

引起细菌性痢疾的病原菌福氏志贺菌（ Shigella flexneri ）是一种典型的胞内细菌，可以高效抑制多种宿主细胞死亡途径，以维持其胞内复制环境。已有报道其III型分泌系统效应蛋白OspC3可高效抑制细胞焦亡，OspD3 可 阻断程序性坏死。然而，志贺氏菌如何抑制细胞凋亡的分子机制一直未完全阐明。

2025年10月22日，上海交通大学医学院许悦实验室在Cell Host & Microbe杂志在线发表了题为Bacterial effector OspB hijacks apoptosis through peptide-bond recombination of BH3 domain proteins的研究论文 ，发现志贺氏菌利用多个III型分泌系统效应蛋白（OspB和OspC家族蛋白）协同抑制宿主凋亡的策略，并揭示OspB介导了一种全新的酶学过程，即催化BH3结构域蛋白发生肽键重组，抑制BAX/BAK介导的凋亡。

细胞凋亡是最早发现的细胞程序性死亡类型，不仅在个体发育、组织与细胞稳态维持中不可或缺，在宿主抗菌先天免疫应答中也发挥重要作用。凋亡细胞表面的“eat-me”信号可使其被吞噬细胞识别并清除，同时抗原呈递给适应性免疫系统。早在2007年，有研究发现志贺氏菌可以抑制细胞凋亡过程，并且该过程依赖III型分泌系统，但敲除任一效应蛋白无法解除对凋亡的抑制作用【1,2】。因此，志贺氏菌抑制细胞凋亡的机制一直未能得到解答。

2020年Toshihiko Suzuki实验室发现志贺氏菌效应蛋白OspC1能够抑制caspase-8的活性，但具体作用机制并未阐明【3】。2021年邵峰实验室发现志贺氏菌OspC3 蛋白 通过ADP-riboxanation修饰caspase-4/11抑制细胞焦亡【4】。随后，许悦实验室与李姗实验室也分别报道了紫色色杆菌中同家族成员CopC通过相同的ADP-riboxanation修饰靶向caspase-3/7/8/9而抑制凋亡的机制【5,6】。由于志贺氏菌编码了三个OspC家族成员（OspC1、OspC2和OspC3），因此提示志贺氏菌可能是通过分泌多个OspC蛋白抑制宿主凋亡。然而当敲除全部 ospC 基因后，志贺氏菌依然可以高效抑制宿主细胞凋亡，提示可能还存在其他细菌蛋白参与凋亡抑制过程。

经过筛选与分析，研究发现志贺氏菌的另一个效应蛋白OspB同样具有抑制凋亡的功能。当志贺氏菌同时缺失 ospB 与 ospC1 / 2 后则不再抑制宿主细胞凋亡。OspB能够抑制肿瘤坏死因子TNFα（联合CHX）、DNA损伤药物Etoposide、BCL-2抑制剂诱导的凋亡，以及BH3-only蛋白tBID激活的凋亡，但不能抑制caspase-9自激活引起的凋亡。通过检测BAX/BAK聚合状态、线粒体细胞色素c释放等实验，研究明确了OspB抑制了BAX/BAK的寡聚与线粒体打孔活性。进一步通过蛋白互作组学鉴定发现OspB可与BAX/BAK结合，提示OspB直接作用于BAX/BAK蛋白。

结构预测结果显示，OspB与霍乱弧菌毒素MARTX的半胱氨酸蛋白酶结构域CPD相似，具有保守的催化位点（C184与H144）及IP6结合位点。体内外实验证实，OspB依赖催化位点及IP6发挥凋亡抑制作用。然而体外实验中，研究人员并没有检测到OspB对BAX蛋白的水解作用，利用质谱也未检测到BAX分子量发生改变。这让研究人员重新思考OspB是否是作用于tBID而抑制BAX的激活。免疫印迹结果显示当同时存在tBID与BAX时，OspB介导了tBID抗体识别的条带在电泳中出现明显迁移，提示OspB对tBID蛋白进行了共价修饰。

为了鉴定该修饰，研究人员对tBID蛋白进行截短分析。发现当tBID的N端残基截短后，“修饰”条带随截短程度变小；然而对tBID蛋白C端进行截短时，“修饰”条带依然出现，但在电泳中的迁移位置并不随着蛋白截短而变小。更加意外的是，该tBID抗体识别的“修饰”条带随着BAX蛋白C端截短而减小。因此，研究者提出一个大胆而又合理的推测，这条“修饰”蛋白条带的N端依然是tBID蛋白而C端可能变成了BAX蛋白，即生成了一个嵌合蛋白。

这一推测在质谱实验中得到验证，当表达OspB时，二级质谱可明显检测到一条由tBID序列和BAX序列组成的嵌合肽段。这一过程涉及两个蛋白内部肽键的断裂与重新连接，并且特异发生在共同的BH3结构域中保守的天冬氨酸残基位点。tBID与BAK蛋白也可发生类似的肽键重组。进一步实验表明，除tBID外，同属BAX/BAK直接激活因子的PUMA与BIM也可被OspB催化发生类似的肽键重组，且反应同样发生在BH3结构域的天冬氨酸位点。形成的嵌合蛋白失去了BAX/BAK原本的线粒体膜打孔能力，因此无法介导细胞凋亡。

最后，研究证明效应蛋白OspB可显著促进志贺氏菌在小鼠感染模型中的定植与扩散。同时通过序列比对与活性验证发现，在其他革兰氏阴性菌中也存在与OspB同源且具有相似肽键重组酶活性的蛋白。

总之，这项研究证明细菌效应蛋白OspB通过肽键重组反应对宿主BCL-2家族蛋白进行重塑，进而特异阻断细胞凋亡。这一机制区别于传统的翻译后修饰或转肽过程，是一种全新的细菌效应蛋白催化模式，未来有望通过改造应用于蛋白质编辑。此外，靶向BCL-2家族的药物（如Venetoclax）已在临床应用中取得成功，OspB以其独特的BH3结构域靶向机制，具有开发新型凋亡调控分子的潜力。

上海交通大学医学院博士生邵跃与实验师杨丹丹是本研究的共同第一作者，许悦研究员为通讯作者。北京生命科学研究所邵峰院士和生物物理研究所丁璟珒研究员给本研究提供了宝贵意见。博士生高新光、王明慧、牛田野和医学院质谱平台夏立博士、孟丽媛老师也为研究做出重要贡献。

https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.09.018

制版人： 十一

参考文献

1. Clark, C.S., and Maurelli, A.T. (2007). Shigella flexneri inhibits staurosporine-induced apoptosis in epithelial cells.Infect Immun75, 2531-2539. 10.1128/Iai.01866-06.

2. Faherty, C.S., and Maurelli, A.T. (2009). Spa15 of Shigella flexneri Is Secreted through the Type III Secretion System and Prevents Staurosporine-Induced Apoptosis.Infect Immun77, 5281-5290. 10.1128/Iai.00800-09.

3. Ashida, H., Sasakawa, C., and Suzuki, T. (2020). A unique bacterial tactic to circumvent the cell death crosstalk induced by blockade of caspase-8.Embo J39. ARTN e104469 DOI 10.15252/embj.2020104469.

4. Li, Z.L., Liu, W., Fu, J.Q., Cheng, S., Xu, Y., Wang, Z.Q., Liu, X.F., Shi, X.Y., Liu, Y.X., Qi, X.B., et al. (2021). Shigella evades pyroptosis by arginine ADP-riboxanation of caspase-11.Nature599, 290-295. 10.1038/s41586-021-04020-1.

5. Liu, Y.X., Zeng, H., Hou, Y.J., Li, Z.L., Li, L., Song, X.C., Ding, J.J., Shao, F., and Xu, Y. (2022). Calmodulin Binding Activates Chromobacterium CopC Effector to ADP-Riboxanate Host Apoptotic Caspases.Mbio13. 10.1128/mbio.00690-22.

6. Peng, T., Tao, X.Y., Xia, Z.J., Hu, S.F., Xue, J., Zhu, Q.Y., Pan, X., Zhang, Q., and Li, S. (2022). Pathogen hijacks programmed cell death signaling by arginine ADPR-deacylization of caspases.Mol Cell82, 1806-1820. 10.1016/j.molcel.2022.03.010.

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