文摘
机载机会性真菌,包括曲霉属真菌和其它不太常见的腐生的模具,最近成为重要的死亡原因在免疫力低下的个人。理解host-fungal相互作用的分子机制在健壮的实验pathosystems成为开发新疗法的研究重点打击这些毁灭性的感染。在过去的十年中,无脊椎动物宿主与守恒的先天免疫信号通路和强大的遗传学、进化等黑腹果蝇,曾作为一种手段来克服物流限制与使用相关真菌感染的哺乳动物模型。最近的研究在果蝇丝状真菌的模型表明,多个基因参与真菌毒力在哺乳动物中也发挥了同样重要的致病作用在果蝇,在真菌的发病机理和重要host-related方面进化守恒的。鉴于最近的进展果蝇遗传学,果蝇将成为宝贵的代理模型来研究真菌疾病的免疫发病机理。
1。介绍
近年来,机会性真菌已成为发病率和死亡率的主要原因免疫力低下的个人(1- - - - - -3]。曲霉属真菌是迄今为止最常见的这些模具,侵袭性曲霉菌感染和死亡率超过90%在造血干细胞移植受者4,5]。更多有关,然而,是感染引起的其他难治性投机取巧的模具,如毛霉菌目物种,也越来越多的被观察到在一些癌症中心(6- - - - - -8]。增加的频率和频谱侵入性真菌感染在免疫功能低下的患者强调了需要扩大我们的知识机会性真菌感染的发病机理和开发新的治疗方法。
的多样性和复杂性毒性机制和诱发宿主侵袭性霉菌感染的条件,导致开发(9,10]需要理解的本质host-fungal相互作用在细胞和分子水平以识别宿主免疫途径和病原因素参与疾病进展(11,12]。开创性的研究在过去的十年中表明,多种机会性真菌入侵并可能导致致命的感染各种简单的无脊椎动物宿主,比如果蝇黑腹果蝇,蛔虫秀丽隐杆线虫(13- - - - - -20.]。同时,它已成为明显的从这些研究先天免疫的重要方面一直在种系发生的进化。因此,由于它的简单性,以及先天免疫信号通路,因为宿主和病原体都适合遗传分析和大规模筛选这些pathosystems,无脊椎动物模型的使用加速了微生物和宿主免疫毒性的研究(21- - - - - -24]。此外,由于其低成本,体积小,和一代时间短,无脊椎动物宿主被用于大规模筛选化验的抗菌化合物的选择小说的作用机制。在本文中,我们概述最新进展在医学上重要的丝状真菌的研究果蝇模型和讨论未来的影响和挑战的使用这个优雅的pathosystem。
2。抗真菌先天免疫途径黑腹果蝇
2.1。体液抗真菌免疫反应
虽然缺乏适应性免疫,无脊椎动物能够有效的对数组的先天免疫反应的病原体在自然环境中。两个主要途径安排先天免疫反应d .腹免疫缺陷(洛桑国际管理发展学院)途径,赋予抵抗革兰氏阴性细菌,和人数途径,对革兰氏阳性细菌和真菌免疫力[至关重要25]。检测入侵微生物的宿主受体肽聚糖识别蛋白(PGRP)或革兰氏阴性结合蛋白(GNBP)家庭触发信号转导通路的激活脂肪体内(肝脏模拟)通过人数受体导致系统性体液反应特征主要是由大量合成和释放强大的抗菌肽。尽管广谱的抗菌肽,一些特异性存在在他们感应感染后通过各种微生物病原体。例如,在d .腹、真菌和革兰氏阳性细菌主要引起的生产和发布drosomycin metchnikowin通过人数通路,而革兰氏阴性细菌引起生产和释放diptericin attacin, cecropin通过洛桑国际管理发展学院通路(25]。的主要作用人数通路在果蝇免疫力曲霉属真菌在具有里程碑意义的研究首次证明Lemaitre et al。17),他发现人数与野生型果蝇,变异果蝇是非常容易曲霉属真菌感染。
在昆虫和哺乳动物,免疫刺激性入侵真菌细胞壁分子之间的相互作用人数受体(s)导致激活细胞内磷酸化途径,与随后的核转位因子κb核转录因子,诱导抗菌peptide-encoding基因(10,25]。然而,与哺乳动物人数受体,微生物和配体之间没有直接的互动果蝇人数受体。相反,激活的人数信号级联是由GNBP-3,可溶性模式识别受体,感觉长链霉菌b -(1 - 3)葡聚糖和触发器丝氨酸蛋白酶级联导致小cytokine-like分子的处理,Spatzle包括的功能配体人数受体(25]。重要的是,GNBP3变异果蝇极易受机会性真菌,包括假丝酵母和曲霉属真菌而保留功能人数途径活性,这意味着人数独立的几种功能的受体。事实上,GNBP3一直扮演一个角色卷入病原体凝集,和激活黑化作用反应的真菌入侵的早期阶段(26]。重要的是,平行于GNBP3,第二个检测系统的感官的活动在飞血淋巴蛋白水解释放毒力因子,在侵入性真菌生长和多余地激活人数通过蛋白酶通路珀尔塞福涅(27]。
2.2。细胞抗真菌免疫反应
体液免疫反应相比,d .腹细胞免疫应答特征较差。值得注意的是,最近的研究在昆虫挑战体液免疫在病原体间隙的重要性,说明绝大多数的细菌(99.5%)从血淋巴迅速消除之前的感应抗菌肽(28]。因此,细胞免疫反应似乎发挥工具性作用在早期识别和消除微生物病原体。下游的关键转录因子人数通路,核因子-κB同系物Dif,需要调节体液免疫和细胞免疫在飞25]。吞噬作用是细胞免疫反应的特点和跨系统表现出非常大的相似性。因此,调理素作用和识别特定受体调节的初始阶段吞噬在无脊椎动物和哺乳动物。例如,在果蝇肽聚糖识别蛋白(PGRPs)如PGRP-LC和Croquemort(人类CD36同系物)参与革兰氏阴性细菌的识别和吞噬作用[29日,30.),而跨膜清道夫受体吃被证明能识别细菌和真菌(假丝酵母silvata)和发挥人数在抗真菌免疫(独立的作用23,31日]。感兴趣的,thioester-containing蛋白质complement-like活动对入侵病原体已确定在许多昆虫,包括果蝇(25,32]。一个筛选黑腹果蝇S2 RNAi图书馆发现了一个异常的蛋白质、巨球蛋白补充相关(Mcr针对),对调理的活动白色念珠菌(33]。此外,S2果蝇细胞有效消除白念珠菌酵母细胞和诱导严重破坏丝状真菌的菌丝,包括曲霉属真菌和毛霉菌目在某种程度上就像人类吞噬细胞的抗真菌效应函数(23,34]。
细胞内的分子机制消除病原体果蝇吞噬细胞特征较差。因此,昆虫吞噬细胞也能产生氧化的氧自由基中间体,而诱导一氧化氮合酶已被证明能够防止细菌感染果蝇幼虫(35]。此外,许多抗菌肽包含在人类中性粒细胞颗粒,如溶菌酶、脂酶、metalloproteases(如哺乳动物明胶酶和胶原酶),产生的核酸酶,也同样吞噬通过姬氏大多数昆虫感染时,(11,25]。虽然对细胞内的分子机制消除病原体在果蝇中,最近的研究表明,自噬的进化途径是重要的免疫监测和清除细胞内病原体逃到细胞质中,包括隐球菌(36]。另一方面,独特的细胞反应对大入侵病原体(如寄生虫),如封装和黑化作用由专门的免疫效应细胞,是见过的果蝇和其他昆虫11,25]。
2.3。上皮细胞免疫反应
在d .腹,抗菌peptide-encoding基因持续表达在上皮细胞与外部环境直接接触。然而,在与系统性免疫反应介导的脂肪体,在那里人数通路调节免疫反应对革兰氏阳性细菌和真菌,上皮细胞免疫反应d .腹似乎部分控制的洛桑国际管理发展学院通路(25]。此外,最近的证据表明,基因参与氧化应激和/或活性氧的解毒上皮防御的关键(37]。此外,最近的研究证明了一个重要角色Janus激酶-(木菠萝)信号传感器和激活的转录(STAT)信号通路在上皮细胞通过调节宿主防御干细胞增殖和上皮细胞内稳态38]。
最近的一项研究念珠菌病的感染胃肠道(GI)模型果蝇正常肠道菌群幼虫表现出一个重要的角色在上皮细胞免疫预防殖民和侵入性感染念珠菌属,类似于人类上皮微生物群的越来越欣赏监管的作用在塑造上皮细胞免疫反应(39]。的兴趣,激活物信号期间假丝酵母肠道感染占大量上皮细胞死亡和死亡果蝇幼虫。与此同时,假丝酵母感染引发系统性的保护性免疫反应是由没有释放从幼虫通过姬氏和并行的激活人数途径pathogen-secreted天门冬氨酰蛋白酶。
2.4。Toll-Independent先天免疫途径果蝇
昆虫的免疫防御的复杂性远远高于最初认为,和之间的串音洛桑国际管理发展学院和人数通路发生针对革兰氏阴性和革兰氏阳性微生物(25]。此外,除了人数和洛桑国际管理发展学院信号级联,其他与发育有关的通路或压力阻力过程是诱发感染无脊椎动物和哺乳动物的反应。例如,研究先驱果蝇表明抗菌肽可以实现独立于经典的免疫调节通路的激活转录因子FOXO,耐压力的关键调节器,新陈代谢,和老化40]。在未受感染的动物抗菌肽基因被激活以应对核FOXO活动引起饥饿或利用胰岛素信号突变体时,显示一个新的cross-regulation的新陈代谢和先天免疫机制在人类也已被证明是功能(40]。此外,调查表明,进化保存p38 MAPK通路的激活是重要的抗感染的细菌和真菌;的兴趣,与哺乳动物的同系物,激活p38 MAPK发生独立的人数信号(41]。
3所示。建模微生物感染黑腹果蝇
在D。腹,感兴趣的病原体通常是胸腔注入到背通过针戳破或显微镜下注射11]。关于真菌病原体,注射试验在技术上更加标准化和可复制的方法感染和真菌培养液的允许更精确的估计。尽管如此,肠外通过条目的生理途径接种的病原体的利益和结果在一个更压倒性的感染,可能不适合发病机理的研究。因此,其他生理感染也使用的方法。例如,alb1来自烟曲霉属真菌突变,hypovirulent在老鼠中,表现出毒性减毒活疫苗人数缺乏苍蝇只有当引入喂养或滚动20.]。这些感染的方法通常是通过喂食昆虫酵母或模具或滚动的草坪昆虫真菌孢子的新地毯。然而,标准化的感染接种物摄入等与自然感染方法是困难的。此外,感染以外的模具曲霉属真菌,喂养和滚动很难执行,因为不同的增长模式真菌菌落。
母苍蝇通常在感染实验中使用,因为他们的更大的规模和相对电阻注入损伤与男性相比苍蝇。因为野生型果蝇大多数病原真菌和细菌,突变体缺乏各种组件的吗人数级联经常用来感染模型。在大多数情况下,需要跨越不同功能丧失等位基因纯合子人数突变体果蝇(11]。尽管如此,需要穿越飞菌株是限制高通量筛选化验。值得注意的是,显微镜下注射介绍明显高于接种体果蝇血淋巴比针戳破,允许建立入侵假丝酵母野生型感染黑腹果蝇苍蝇(42]。
的主要优势果蝇相比其他模式宿主生物体遗传驯良,良好的免疫系统,保护程度显著的生化途径控制基本生理过程,如细胞增殖、分化和组织内稳态。此外,天生的敏感性果蝇人数突变株真菌感染可以不再需要使用免疫抑制药物,从而消除固有的主机可变性免疫抑制疗法的使用。特别是,果蝇菌株都服从正向和反向遗传学,和大的集合果蝇突变体和转基因细胞系是商用(http://flybase.net/)。此外,果蝇基因组序列是第一个完成,可能是最完全的带注释的真核基因组中发现一个数据库(http://flybase.net/annot/)。因此,双链RNA合成的果蝇基因(http://www.flyrnai.org/),最近行表达RNAi可用时,允许有条件的每一个基因的失活在整个动物或组织级别(http://www.vdrc.at/)。
4所示。毒性的研究丝状真菌在黑腹果蝇
4.1。曲霉属真菌
由于丝状真菌已经存在了大约10亿年,飞免疫系统进化的继续暴露在空气中的分生孢子。因此,果蝇免疫系统已经开发了高度复杂的和高效的策略对抗感染所致曲霉属真菌和其他丝状真菌。事实上,只有少数昆虫病原真菌能够感染果蝇在自然界中,通过渗透飞外骨骼。即使真菌病原体实验直接引入到飞血淋巴,野生型果蝇仍然能够有效地消除感染。拉马特和他的同事们第一个证明来自烟曲霉属真菌能够感染并杀死苍蝇携带突变的各个方面人数通路(17]。人数缺乏苍蝇以来实现为一个模型来研究引起的感染的免疫发病机理曲霉属真菌和其他医学上重要的丝状真菌。一些毒性的属性曲霉属真菌哺乳动物的致病性进行飞行模式20.,43]。除了致命的因素,在哺乳动物的温度对微生物的生存很重要(44),其他大多数毒性对哺乳动物致病性的属性很重要曲霉属真菌同样重要的是成功的感染吗人数缺乏果蝇。特别是,曲霉属真菌中有缺陷的突变体含铁细胞生物合成(DeltasidA DeltasidD) PABA新陈代谢(H515),饥饿应激反应,次生代谢物生产(DgliP),或黑色素生物合成是减毒的果蝇和老鼠侵袭性曲霉菌感染的模型(20.,43]。值得注意的是,真菌细胞壁黑色素是可有可无的曲霉属真菌毒性真菌孢子注入时飞血淋巴但建立侵入性感染很重要果蝇上皮细胞(20.]。因此,感染的节奏和网站以及本地主机防御机制的差异可能会影响表达真菌毒力因素的动态模型。今后,类似与Δ最新发现CgrA突变体(44),假定的致命因素答:来自烟与一个角色在耐热性可能不会遇到的果蝇或其他无脊椎动物模型,因为在这些minihosts感染发生在温度低得多(25°C)比哺乳动物生理温度(37°C)。尽管有这些限制,积累实验证据表明果蝇是一个相关性模型来研究曲霉属真菌毒性。
不同品系间的和种间变异毒力的集合来自烟曲霉属真菌和曲霉属真菌terreus最近研究临床分离株人数缺乏果蝇(45]。虽然没有显著差异在苍蝇感染的生存答:来自烟与答:terreus或苍蝇的殖民与侵入性感染隔离物种,两个主要来自烟a演化支被rep-PCR与不同存活率显著相关人数有缺陷的苍蝇。因此,动态模型的曲霉病可以检测毒性和揭示不同的细微变化答:来自烟演化支不同的致病性。感兴趣的,类似的致病性的研究白色念珠菌临床分离株以前排名在野生型小鼠毒性最近执行果蝇苍蝇被显微镜下注射感染(42]。感兴趣的,有一个显著相关的毒性白念珠菌菌株之间的飞行和播散性念珠菌病的小鼠模型。尽管如此,使用拥有spatzle毒性的差异并不明显- / -苍蝇,这表明人数信号可能会被要求预测区分毒性。
最近完成的测序答:来自烟基因组和分子工具集研究生物学的发展答:来自烟预计将导致生成多个吗曲霉属真菌突变体并创建一个需要高通量策略评估单个基因的贡献的能力曲霉属真菌毒性(46]。的验证果蝇作为一个合适的模型对大规模毒性研究提供了34的最近的一个屏幕白色念珠菌突变体在假定的转录因子基因缺陷。本研究还发现了一个新转录监管机构细胞壁的完整性,CAS5,这被证明是重要的毒性果蝇侵袭性念珠菌病的小鼠模型;一个平行的屏幕秀丽隐杆线虫随后证实CAS5所扮演的角色假丝酵母毒性(47]。
4.2。毛霉菌目(原名接合菌)
毛霉菌目物种最近出现了严重的angioinvasive感染的一个重要原因在免疫力低下的个人6- - - - - -8]。根霉在人类物种占毛霉菌病的大多数情况下(7]。毛霉菌病的一些动物模型存在,这种感染的免疫发病机理主要是未知的。然而,测序根霉oryzae已完成基因组和遗传工具是可用的(http://www.broad.mit.edu/annotation/fungi/rhizopus_oryzae/)。在免疫活性的个人、血液和组织吞噬细胞有效地消除毛霉菌目孢子和菌丝通过氧化和nonoxidative死亡机制。定量(即。,neutropenia) or qualitative (i.e., associated with glucocorticoids, hyperglycemia, and/or acidosis) defects in phagocytic cell activity permit unrestricted growth of the hyphal form and invasive infection. Iron metabolism has a central role in pathogenesis of mucormycosis [6- - - - - -8]。因此,患者铁过载状态,包括个人经历与去铁胺螯合疗法,是独特倾向于毛霉菌病。的兴趣,去铁胺作为含铁细胞毛霉菌目物种和促进在体外真菌的生长。同样,增加可用性糖尿病酸中毒患者的血清铁的部分占了他们独特的对毛霉菌病的易感性。相反去铁胺,等铁螯合剂deferasirox缺乏xenosiderophore活动根霉诱导iron-starvation影响真菌和显示毛霉菌病的保护在动物模型(6- - - - - -8]。
尽管毛霉菌目不报告了昆虫病原,我们最近发现,与其他医学上重要的丝状真菌,注入不同毛霉菌目物种的野生型d .腹导致hyperacute感染,传播真菌增殖和高死亡率23]。毛霉菌病的免疫发病机理几个方面人类建模果蝇,包括增加主机敏感性管理糖皮质激素后,和铁螯合剂去铁胺。感兴趣的,使用另一个铁螯合剂,deferasirox,导致铁饥饿毛霉菌目spp和保护老鼠和可能感染人类,也显著保护果蝇从毛霉菌病。此外,Cunninghamella berthollethiae,这似乎是最剧烈的毛霉菌目物种在人类中,表现出增加毒性相比其他毛霉菌目物种在飞模型(23]。
毛霉菌病的飞行模型建立了野生型果蝇不再需要口岸,允许简单和快速评估的研究问题毛霉菌目致病性。因此,苍蝇最近实施评估的作用产生毒素内共生细菌的毒性根霉物种。尽管大量的临床根霉隔离被发现港口rhizoxin-producing细菌,抗生素后真菌毒力没有区别介导的endosimbionts根除果蝇和老鼠48]。此外,协会增加伏立康唑使用毛霉菌目感染的出现在免疫功能低下的患者最近在动态测试模型。令人惊讶的是,预曝光的毛霉菌目新三唑的敏感性显著增加果蝇毛霉菌病人数独立的时尚,也观察到小鼠模型(49]。总的来说,这些研究表明,毛霉菌目物种已经开发出常见毒性入侵等不同的生物体进化策略果蝇和人类。
感兴趣的,毒性的Cunninghamella在飞模型显著受到真菌培养基的成分,可能反映收购铁或其他营养因素的差异50]。此外,由于先天免疫果蝇是根据昼夜的规定,感染的时机在宿主防御各种病原体产生重大影响,包括丝状真菌。事实上,基因昼夜节律调节明显诱导后感染毛霉菌目物种果蝇(23]。此外,饥饿的果蝇之前感染通过释放没有授予对细菌感染的保护(51),并可能通过调节其他的几种途径,如FOXO信号(40)和自噬的反应。因此,所有这些参数需要考虑的毒性测试毛霉菌目和其他丝状真菌果蝇。
基因表达分析在人类单核细胞和免疫力低下小鼠感染根霉与曲霉属真菌演示了一个微分诱导免疫相关基因在毛霉菌病[52),这可能反映了独特的毛霉菌目物种毒性特征。同样,转录分析在早期感染的时间点在野生型果蝇感染根霉(致病性)与曲霉属真菌(非)表示截然不同的基因选择性地调节响应毛霉菌病[23]。这些基因可以代表分子药物开发针对目标调制在感染宿主的免疫反应。感兴趣的,一个类似的转录组分析果蝇两个菌株的感染假单胞菌与不同的致病特性显示共同组织的基因与确认中根霉感染的苍蝇53]。值得注意的是,一群基因调节后感染致病菌株在这两项研究包括骨骼肌基因调控网络的控制下cJun-N-terminal激酶(物)的途径。值得注意的是,激活这个途径提升当地的阻力铜绿假单胞菌在苍蝇和老鼠54]。
4.3。其他新兴丝状真菌
镰刀菌素和Scedosporium物种是无处不在的,腐生的模具,是出了名的抵抗常规抗真菌制剂(2]。这些真菌日益侵入性的原因,经常致命的感染在免疫抑制宿主。偶尔这些机会致病菌,可引起的难治性感染局部免疫活性的个人与某些诱因,包括甲真菌病、真菌性角膜炎、皮肤和软组织感染,很少脑脓肿(2]。此外,相对其他丝状真菌,镰刀菌素物种有一个独特的倾向发展fungemia和传播坏死皮肤损伤免疫系统严重受损患者(2]。这些特征表明无特征的存在,独特的这些生物毒性的因素。黑腹果蝇野生型果蝇最近被发现是由不同的临床分离株的抗感染Scedosporium,而人数缺乏苍蝇非常容易受到这些真菌24]。感兴趣的,镰刀菌素物种造成致命的感染在野生型果蝇虽然不如在急性感染方式人数苍蝇,不足一个观测符合这些真菌感染的能力范围广泛的系统不同的主机,从植物到哺乳动物。虽然目前缺乏遗传工具排除了在这些真菌毒力因素的综合分析,比较分析宿主防御机制在这些和其他的丝状真菌感染果蝇模型可以提供有价值的信息在这些新兴感染的发病机理。
5。抗真菌药物疗效研究果蝇丝状真菌的模型
果蝇已经被证明是一个可靠的模型测试口服吸收化合物的抗真菌活性。特别是,伏立康唑赋予重要的保护人数突变体果蝇感染答:来自烟(20.]。此外,伏立康唑和terbinafine的结合,两种药物阻止顺序步骤麦角固醇的途径和表现出协同作用在体外对曲霉属真菌协同的果蝇曲霉病模型(20.]。同样,伏立康唑预曝光在苍蝇感染防护镰刀菌素moniliforme和s . apiospermum但不是在飞感染美国prolificans,这一发现是一致的在体外这些物种和脆弱的感情在活的有机体内对小鼠的研究(24]。除了传统的抗真菌剂,deferasirox管理局,一个铁螯合剂诱发铁饥饿和对毛霉菌目产生选择性的抗真菌活性,显著提高果蝇的生存果蝇毛霉菌病的模型(23]。
尽管如此,有限制的使用很重要果蝇和其他无脊椎动物模型在药物疗效研究。因此,精确估算剂量的药物化合物的口头管理在苍蝇是具有挑战性的。更准确的药物输送方式可以通过显微镜下注射;然而,这种方法是费时,需要技术培训和专业设备在果蝇。此外,测定药物的药代动力学分析水平果蝇需要高效液相色谱法或生物测定方法,更麻烦,这个模型的不精确,和技术要求比哺乳动物(11]。所有这些原因,药效学研究,通常需要多个抗真菌药物剂量长时间,不可行果蝇。最后,药物的代谢和消除途径和潜在的药物之间的相互作用在很大程度上是未知的果蝇对于大多数现有的化合物。
尽管有其局限性,果蝇和其他无脊椎动物迷人的模特普查候选人抗真菌化合物需要后续验证在哺乳动物系统(55]。这种方法已经被成功运用果蝇选择延长寿命的化合物(56),最近在秀丽隐杆线虫确定化合物的新抗真菌活性的机制假丝酵母(57]。在秀丽隐杆线虫研究中,成千上万的合成和天然分子在96孔板筛选液体培养系统和一些化合物表现出在活的有机体内活动没有显著在体外选择效果,证明这种策略的好处。值得注意的是,两个确定的15所选化合物的筛选小鼠模型中表现出强大的抗真菌活性的侵袭性念珠菌病57]。总的来说,简单,成本低,体积小,短的无脊椎动物宿主世代时间使他们适合大规模筛选。原理的证明,许多制药和生物技术公司越来越多地使用minihost模型药物发现。例如,Exelixis)有限公司(南旧金山,CA)创造了一个广泛的集合果蝇基因中断菌株用于药物识别。同样,大制药公司诺华(瑞士巴塞尔)等果蝇功能基因组学部门致力于疾病相关通路的研究和发现新的药物靶点。尽管如此,d .腹传染病模型更适合自动化的质量比是抗菌药物筛查秀丽隐杆线虫模型由于技术的限制与动物的大小有关,感染的方法,经常需要飞穿过来生成所需的突变体,和成年苍蝇无法在液体培养系统中传播。
6。实现RNAi屏幕识别宿主和病原体的决定因素的真菌疾病的免疫发病机理
在过去的几年里,黑腹果蝇S2细胞和RNAi技术已经成功地实现识别宿主因素与发病机理引起的感染细胞内病原体(29日,30.,58]。有许多的特点果蝇细胞系统,这些研究的一个有吸引力的工具。因此,苍蝇基因组高度注释和基本先天免疫途径的进化果蝇S2 macrophage-like细胞。此外,在高通量基因沉默更容易执行的基础果蝇哺乳动物细胞系相比,巨噬细胞细胞系。最后,果蝇S2细胞有一个成功的记录在小说识别宿主因素参与吞噬作用和杀害许多胞内微生物病原体,随后已被验证在哺乳动物细胞同行29日,30.,58]。关于真菌病原体,调查人员最近使用的RNAi图书馆S2细胞吞噬作用的研究基因白念珠菌和鉴定新基因编码的蛋白质识别和促进吞噬作用假丝酵母酵母细胞(33]。另一个RNAi屏幕在S2细胞旨在选择宿主因素限制细胞内生存和增殖的病原真菌新型隐球菌,(36]。本研究确定了新的宿主基因参与隐球菌发病机理和显示,蛋白质对细胞内自噬途径的重要真菌在消除果蝇S2哺乳动物细胞和巨噬细胞。
在体外,大规模筛选策略使用吞噬d .腹细胞系有一定的局限性。首先,只有宿主因素重要的病原体的细胞内的生命周期可以进行测试。这种方法非常适合细胞内病原体但不是丝状真菌等细胞外的生物。因此,在与细菌、真菌有明显的复制阶段(例如,孢子菌丝的过渡)和相对缓慢的增长,这使得很难建立可靠的高通量吞噬作用和/或死亡在体外化验。此外,沉默重要的先天免疫细胞通路可能会错过的在体外屏幕上,因为它可能会导致不能存活的表型,这只能评估使用组织沉默在活的有机体内。最后,的复杂性和动态在活的有机体内host-pathogen相互作用,包括组织宿主免疫反应,不能可靠地评估使用在体外文化系统。
研究中使用条件RNAid .腹实时分析基因功能和组织方式可以克服的局限性在体外大规模的筛查。事实上,在活的有机体内RNAi库果蝇苍蝇已成为商用(59),和一个飞行员全基因组在活的有机体内屏幕上d .腹用来识别基因参与上皮宿主防御的肠道细菌病原体是最近完成了38]。本研究第一次表明,JAK-STAT信号通路有重要作用的肠道细菌病原体的宿主防御感染通过调节上皮细胞内稳态。
7所示。的局限性果蝇真菌感染模型
果蝇在解剖真菌疾病的免疫发病机理提供了独特的优势,因为其强大的遗传学和高度保守的免疫途径。尽管如此,飞行模式也有一些明显的局限性。例如,实现人数缺乏果蝇作为模式在真菌学实验室毒性测试需要某种程度的正确维护和交叉培训果蝇为操纵股票,和基本设备,麻醉的,感染的动物。另外,使用规模更大的无脊椎动物,如广场mellonella更容易感染和允许感染哺乳动物的温度,可以克服一些技术困难果蝇模型(60]。然而,因为在广场mellonella遗传工具不可用和先天免疫途径的特点,该模型不适合深入分析host-related调解真菌致病因素。
相比传统的动物模型,大量的无脊椎动物和哺乳动物的解剖结构的差异提出了一些病理生理的相关性的问题d .腹感染模型。这可能是特别适用于与生命周期适应哺乳动物宿主病原体,或那些在组织环境中表达他们的毒性机制。例如,建立一个模型卡式肺在无脊椎动物宿主61年)是不可行的。尽管如此,即使在哺乳动物宿主,一些毒性致病性的属性可能是可有可无的某些病理生理的设置或感染的网站。例如,研究人员最近表明,胶霉毒素生产所需答:来自烟致病性corticosteroid-immunosuppressed老鼠而不是粒细胞减少性老鼠(62年]。此外,d .腹缺乏人体免疫力的重要成分,包括功能适应性免疫反应,高度专业化的先天免疫细胞子集(例如,树突细胞、自然杀伤细胞),和一个复杂的网络细胞因子,趋化因子,和其他关键作用的效应分子策划在感染细胞通讯和调节炎症和宽容。总的来说,尽管相当多的相似之处先天免疫机制,无脊椎动物与哺乳动物模型模型不具有直接可比性。因此,它是合理的推测,一些毒性的属性曲霉属真菌和其他影响哺乳动物的丝状真菌在无脊椎动物minihost模型可能不是重要的。因此,果蝇必须被视为一个互补的,高通量的基因模型,它可以加速新型宿主和病原体的识别与相关因素在发展中的作用的真菌疾病在人类(图1)。
8。在真菌免疫学研究未来的发展方向果蝇
的识别黑腹果蝇人数信号级联以及随后哺乳动物的特征人数——受体(通常)从根本上改变了我们对先天免疫的理解。然而,仍有待学习进化保存抗真菌免疫防御机制果蝇(表1)。例如,是否免疫刺激性真菌分子除了b-glucans触发免疫识别果蝇尚未阐明。此外,它是未知是否以及如何果蝇致病性和机会性真菌之间的歧视。同样,细胞免疫的贡献,人数独立的抗真菌在果蝇宿主防御机制还有待探索。因为哺乳动物通常的识别,很明显,核酸传感识别病原体的一个重要方面。因此,专用endosomal通常和细胞质模式识别受体是专业从事感应细菌和病毒核酸和健壮的触发炎症反应。最近的研究也表明一个重要的角色进行DNA中性粒细胞胞外陷阱(净)形成在细菌和真菌感染(63年]。在果蝇核酸在免疫传感的作用在很大程度上是未知的。尽管如此,在其他昆虫最近的研究表明,DNA先天抗菌免疫(净的形成是很重要的64年]。最后,在人类进化保守抗菌肽发挥重要的免疫调节特性除了直接效应函数,通过作用于各种趋化因子和信号受体(65年,66年]。因此,是否果蝇抗菌肽保留一个类似的角色是一个重要的研究方向在理解哺乳动物免疫系统的进化。
的利益冲突
d . p . Kontoyiannis已经收到了研究支持和先灵葆雅的谢礼,辉瑞公司Astella制药,Inc . Enzon制药、和默克公司,Inc . g . Samonis收到先灵葆雅的谢礼,Astella制药,Inc . Enzon制药、和默克和有限公司公司。g . Hamilos和g . Samonis没有利益冲突。
确认
作者感谢g·哈尔德在建立有价值的贡献果蝇真菌感染模型,纳撒尼尔·阿尔伯特·优秀的技术援助,所有当前和过去的成员Kontoyiannis实验室有用的讨论和贡献。这项工作的部分支持由德克萨斯大学MD安德森癌症中心e·n·科布教授学者基金会和美国国立卫生研究院的MD安德森癌症中心的支持格兰特CA016672 (d . p . Kontoyiannis)和玛丽·居里国际融合格兰特尾声- 260210 (g . Chamilos)。