为什么感冒的时候，吃了很多药病情却不见好转？最主要原因之一，是人们长期食用抗生素类型的感冒药，使人体中许多病原体产生抗药性。在免疫学中，如何高效的杀死革兰氏阴性菌、如沙门氏杆菌（Typhimurium）等具有很强抗药性的细菌，是一件令人头痛的问题。

近日，耶鲁大学医学院研究团队发现了一种名为“APOL3（ApolipoproteinL3）”的介导蛋白，该蛋白可以像商场中售卖的“洗手液”去污一样，简单粗暴地将入侵人体内的病原微生物杀死，还不会对人体自身造成伤害。

（来源：Pixabay）该团队将研究目光聚焦在人体内自身的自主免疫系统，研究发现该系统中“干扰素刺激蛋白”能够以简单高效的方式，将病原微生物清除。

7月16日，相关论文以题为《具有类似洗涤剂的活性人体介导蛋白L可杀死细胞内病原体》（AhumanapolipoproteinLwithdetergent-likeactivitykillsintracellularpathogens），发表在国际期刊Science上。

图｜相关论文（来源：Science）该研究由耶鲁大学医学院霍华德休斯医学院博士后瑞安高德（RyanGaudet）、耶鲁大学系统生物学研究所博士后朱世伟，耶鲁大学医学院微生物发病机理学和免疫生物学副教授约翰麦克米金（JohnD.MacMicking）主导。

图｜朱世伟（来源：受访者）

该研究成果揭示了APOL3可以通过其两亲螺旋以及跨膜结构域直接和细菌内膜中的磷脂成分结合，并形成具有动态属性的纳米磷脂环，就像“洗手液”去污一样将细菌内膜磷脂溶解，破坏细菌内膜的完整性，导致细菌的死亡。

所以，只要APOL3蛋白有机会接触到病原细菌的内膜，就可以用简单粗暴的方式将侵入人体的细菌杀死。

病原细菌的抗药性是难以解决的科学问题之一。该研究一针见血地强调，人类自身可以进化出简单高效的自我防卫策略APOL3天然“去污剂”。体内增强APOL3的表达水平与体外抗生素结合使用，对于治疗具有耐药性病原菌感染具有潜在应用价值。

对个人类基因进行筛选，进一步阐明APOL3的抗菌机制

人体细胞内储存了丰富的营养物质，因此自然界中许多病原微生物、细菌、寄生虫选择在细胞内增殖。

过去人们普遍认为机体主要靠免疫细胞来清除细菌感染。然而，近年来发现表明，占机体绝大多数的非免疫细胞也可以通过细胞自主免疫（CellAutonomousImmunity）来迟滞和清除侵入细胞内的病原体。

II型干扰素（IFN-γ）通过上调大量干扰素刺激基因(ISGs，InterferonStimulatedGenes)的表达，在调控细胞自主免疫中扮演了重要角色，但里面有很多基因功能及其抗菌机制并没有被揭示。为了找到非免疫细胞中抵御细胞内细菌感染的关键基因，该团队采用CRISPR/Cas9系统对个人类基因进行了筛选。

图｜CRISPR-Cas9技术对APOL3的筛选示意图（来源：受访者）

首先，用慢病毒搭载Cas9以及全基因组sgRNA（singleguideRNAs）文库对HeLa细胞进行转导；

其次，使用干扰素激活这些细胞中ISGs的表达，并进一步用荧光标记过的沙门氏菌去感染这些HeLa细胞；

最后，通过流式细胞术（FACS，Fluorescence-ActivatedCellSorting）分选出沙门氏菌高度增殖的HeLa细胞群体，并通过高通量测序鉴别出特异富集在这一细胞类群中的sgRNA。

该团队运用了全基因组CRISPR/Cas9筛选体外脂质体实验，揭示了非免疫细胞的全新自我防御机制。

朱世伟向DeepTech表示，“首先，我们发现APOL3能够显著抑制诸如沙门氏菌在内的胞内病原菌增殖。其次，我们采用高分辨荧光显微镜、负染电子显微镜、冷冻电子显微镜以及质谱等多种手段进一步阐明了APOL3的抗菌机制。”

该团队之所以选择“沙门氏杆菌”作为研究载体，是因为它对于此项研究工作的推动有实质性帮助。

第一，沙门氏菌是一种常见的食源性病原微生物，能够引起食物中毒。中毒情况严重时，可导致误食者死亡。阐明沙门氏菌与宿主细胞的相互作用，有助于我们预防以及治疗其引起的疾病。

第二，沙门氏菌是研究细胞内感染机制的重要模式生物，科学界对沙门氏菌本身的生理特性有着相对完善的认知，也开发了研究诸如突变菌株、基因表达菌株等细菌的多种工具。

结果显示：针对APOL3基因的数个sgRNA在其中高度富集，提示敲除APOL3会引起沙门氏菌在HeLaCCL2细胞内过度增殖。

体内“洗手液”APOL3，可以简单粗暴的方式将侵入性细菌杀死

朱世伟向DeepTech表示，“我们这篇研究的亮点之一，是再次提出人体表皮、上皮各种细胞都具有防疫免疫功能，我们发现如果II型干扰素受到外援细菌入侵，它的表达就会升高，会自动调动人体的一些相关的基因。”

图｜APOL3可以将细胞内的病毒杀死（来源：受访者）

该团队通过活细胞显微成像技术对APOL3进行了跟踪，发现APOL3能够迅速转移至暴露的细菌中，这是APOL其他蛋白所不具备的特征。超分辨荧光成像显示当APOL3靶向IFG-g激活细胞内的病原体时，会对细菌内膜造成致命的伤害。

譬如，在治疗由病原菌感染引起的病患时，由于很多病原菌具有抗生素抗药性，所以抗生素很难将它们彻底杀死。在这种情况下，先对患者的免疫系统进行调控是一种行之有效的办法。当患者的自身免疫能力提高，就能够有效将这些具有抗药性的病原体杀死。

然而，APOL3作为一种强效的杀菌武器是受严格调控的。在静息状态下，APOL3的表达量非常低。当细菌入侵时，人体会分泌出干扰素IFN-γ作为一种警示信号诱导细胞大量表达APOL3以及其他相应蛋白。APOL3需要与鸟苷酸结合蛋白（GBP1，Guanylate-BindingProtein1）蛋白协同作用，以发挥最大功效，从而击穿细菌外膜脂多糖，帮助APOL3接触到细菌内膜直接将侵入人体的细菌杀死。

图｜负染电子显微镜显示APOL3和纳米磷脂环的形成（来源：受访者）

APOL3通过更加高效地结合并溶解细菌内膜的酸性磷脂组分，像“去污剂”一样简单粗暴地将细菌杀死，这一研究结论增强了人们对非经典免疫系统的认知。

但是，IFN-γ在非免疫细胞和组织中所赋予的抵抗力至今仍难以捉摸。

首先，由于非免疫细胞常常被视为与免疫系统无关而得不到重视。其次，在上皮细胞中，IFN-γ信号介导刺激大量相关的基因产物表达，其中很多基因表达产物的功能及其抗菌机制并没有被揭示。因此，IFN-γ在非免疫细胞和组织介导免疫防御机制仍难以捉摸。

进一步探索人免疫系统的奥秘，让患者远离抗生素

朱世伟做了一个形象生动的比喻，“APOL3与病原体有点像中国文化里的‘道和魔’此消彼长，整个免疫系统又像一个宇宙，有许多奥秘需要探索，除了洗手液A，可能还有洗手液B或者C，本次研究仅仅是一个开端，后面还有很多宝藏有待挖掘。”

就人体细胞而言，还有其它的IFN-γ信号介导效应蛋白有必要了解，其它的效应蛋白也有着类似APOL3的抗菌功能。“我需要分别从细胞和分子水平上，解析类似APOL3相关蛋白的结构，进一步揭示抗菌机制。”朱世伟告诉DeepTech。

由于病原菌病原体的进化速度远远快于抗生素的发明和新型类抗生素的寻找，当患者受到抗药性病原菌感染之时，有针对性地增强患者自身干扰素介导的效应蛋白表达，或许是对抗抗药性病原菌感染，挽救患者生命的另一种可行方案。

接下来，该团队将研究还有哪些干扰素刺激基因蛋白真正参与了直接杀菌；比如，该团队目前所