宿主与病原细菌之间的相互作用已持续数百万年。病原细菌除了通过大量增殖外，还可以通过分泌毒力因子等物质攻击宿主，而宿主则相应地进化出防御机制以应对这些攻击。以果蝇为模式生物进行研究，极大地增进了对宿主-病原体相互作用机制的理解。

近日，广州医科大学广州霍夫曼免疫研究所Dominique Ferrandon-李孜教授团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题为“α2-macroglobulin function of thioester-containing proteins guards Drosophila from a bacterial protease via two immune-induced peptides” 的研究。论文揭示，果蝇中两个原本被注释为非编码基因的序列（CG44404和CG45045），实际上编码出两个功能相似的免疫效应短肽。这两种短肽并不直接杀伤病原体，而是通过协助含硫酯键蛋白质发挥类似于α2-巨球蛋白（α2-macroglobulin）的蛋白酶抑制功能，来捕获并抑制由粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）分泌的金属蛋白酶PrtA，从而为宿主提供关键保护。研究者根据这两种蛋白的保护功能特性，借用中国神话中一对古老门神的名字为其命名：CG44404编码的肽命名为郁垒（yulü），CG45045编码的肽命名为神荼（shenshu）。

图为yulü和shenshu分子保护果蝇宿主免受病原菌Serratia marcescens OMVs携带金属蛋白酶PrtA毒力的作用机制模型

该团队通过生物信息学分析发现，这两个在果蝇中高度保守、原本被定义为长链非编码RNA的序列可编码相似的分泌短肽，并随后通过实验进行了验证。这两种短肽的表达主要受两条经典免疫信号通路的调控，并由果蝇脂肪体细胞分泌。利用CRISPR-Cas9技术构建的双基因敲除突变体果蝇显示，突变体对临床重要病原菌铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的易感性显著增加。进一步的菌载量实验表明，这两种肽并不参与直接清除病原体的过程。通过对细菌培养上清的分析发现，突变体主要对其中含有的外膜囊泡（OMVs）易感。该团队此前在《eLife》上发表的预印研究论文《Serratia marcescens Outer Membrane Vesicles rapidly paralyze Drosophila melanogaster through triggering apoptosis in the nervous system》已表明，Serratia marcescens OMVs中的关键毒力因子是金属蛋白酶PrtA。由此进一步发现，yulü和shenshu主要参与宿主抵抗病原体分泌的PrtA蛋白酶，但其具体作用机制尚未明确。

随后的免疫共沉淀实验表明，这两种肽能够与由血细胞分泌的含硫酯键蛋白质（Tep）结合。Tep蛋白中含有可捕获蛋白酶的α2-macroglobulin功能结构域。生化实验证实，Tep2和Tep4能有效捕获并抑制PrtA的蛋白酶活性，且这一功能受到yulü和shenshu的调控。

综上所述，该研究重新定义了昆虫含硫酯键蛋白质的功能。此前普遍认为昆虫Teps主要作为调理素促进吞噬作用，而本研究首次在实验上证明它们能够像哺乳动物的α2-macroglobulin一样，发挥直接的蛋白酶捕获与抑制功能。该研究揭示了一种由体液免疫分泌的小肽（yulü和shenshu）与细胞免疫分泌的大蛋白（Tep蛋白）协同作用的免疫防御模式，凸显了不同免疫分支之间交互联系的重要性。这一机制可能代表了缺乏适应性免疫的无脊椎动物针对特定毒力因子的一种进化适应，为理解先天免疫系统的复杂性与进化提供了新的视角。

蔡楚苹博士为论文第一作者，Dominique Ferrandon教授为通讯作者。该研究得到了法国未来投资计划、国家自然科学基金、中国国家留学基金委等项目资助。