Cell子刊：植物外泌体抑制牙龈卟啉单胞菌的致病性

近日，来自美国肯塔基州路易斯维尔大学肿瘤预防中心主任张皇阁教授团队在Cell子刊iScience杂志发表文章，报道了可食用的植物外泌体样纳米颗粒作为潜在的治疗剂，抑制牙龈卟啉单胞菌的致病性。

慢性传染病通常涉及大量毒力因子，这些毒力因子以多种途径靶向几种宿主因子。研发能够抑制多种毒力因子而不引起副作用的有效治疗策略，需要从当前递送单个治疗剂的重点转变为递送可以同时靶向多种毒力因子的治疗剂包装。目前没有可以选择性地靶向致病生物并携带多种治疗剂而不引起毒性的理想递送载体。最近已有研究鉴定出可食用的植物来源的外泌体样纳米颗粒（exosome-like nanoparticles, ELN），这些纳米颗粒由大量脂质、包括microRNA（miRNA）的RNA和蛋白质组成。众所周知，食用植物有益于人体健康，可以预防/治疗慢性传染病。但是，尚不知道植物对传染病具有治疗作用的细胞和分子机制。由于ELNs自然携带大量各种各样的分子，因此该研究假设，在ELN被传染病原体吸收后，ELN分子可以同时靶向多种毒力因子，从而预防疾病的发展。

牙龈卟啉单胞菌是革兰氏阴性厌氧菌，是慢性牙周炎的主要病原体，慢性牙周炎是与营养不良宿主反应相关的炎性疾病。牙周炎和牙周病原体也与严重的全身疾病相关，包括心血管疾病、2型糖尿病和不良妊娠反应。牙龈卟啉单胞菌产生许多毒力因子，这些因子使细胞在口腔表面定植、牙周组织降解、诱导破坏性免疫反应、促进细胞在富含肽和血红素的炎性微环境中生长。这些包括FimA和Mfa1成分的纤维粘附素、精氨酸（Rgp）和赖氨酸（Kgp）特异性的姜黄素蛋白酶、脂多糖和血红素转运系统。

在小鼠中口服生姜类外泌体样纳米颗粒（GELN）可以防止酒精引起的肝损伤。此外，GELN会改变肠道微生物组的组成和宿主生理，研究人员因此提出科学问题，GELN是否可用于治疗/预防口腔传染病。这项研究测试了姜来源的ELN（GELN）对牙龈卟啉单胞菌毒力因子的拮抗作用以及在慢性牙周炎小鼠模型中的致病性抑制作用。数据表明，牙龈卟啉单胞菌选择性地吸收了GELN，从而降低了生物的致病性。受GELN影响的致病过程包括细菌在宿主的生长、附着、进入和增殖，因此在牙周疾病的小鼠模型中毒力降低。

具体来说，该研究表明生姜外泌体样纳米颗粒（GELNs）通过牙周病原体牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）以GELN磷脂酸（PA）依赖性的方式与血红素结合蛋白35（HBP35）相互作用而选择性地被牙龈卟啉单胞菌吸收。与PA（34：2）相比，PA（34：1）不与HBP35相互作用，这表明PA的不饱和度在GELN介导的与HBP35的相互作用中起关键作用。与HBP35结合后，与GELN货物分子（包括PA和miRs）相互作用后，牙龈卟啉单胞菌的致病机制显著降低。这些货物分子同时与受体细菌中的多种致病因子相互作用。在小鼠模型中进一步证明了使用可食用的植物外泌体样纳米颗粒作为预防/治疗慢性牙周炎的潜在治疗剂。

模式图

要点：

• 植物外泌体样纳米颗粒（ELNs）被牙龈卟啉单胞菌选择性吸收。
• ELN磷脂酸的不饱和度决定摄取特异性。
• ELN PA和miRs靶向牙龈卟啉单胞菌的多种致病因子。
• 口服生姜ELN改善牙龈卟啉单胞菌引起的骨质流失。

参考文献：

Sundaram K, Miller DP, Kumar A, Teng Y,Sayed M, Mu J, Lei C, Sriwastva MK, Zhang L, Jun Y, Merchant ML, He L, Fang Y, Zhang S, Zhang X, Park JW, Lamont RJ, Zhang HG. (2019) Plant-Derived Exosomal Nanoparticles Inhibit Pathogenicity of Porphyromonas gingivalis. iScience21:308-327.

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