细菌膜囊泡的组成与功能

细胞外囊泡是由所有生命领域的物种产生的，这表明囊泡是生物物质的基本过程，直径40-400nm，起泡和裂解。

细菌膜囊泡的组成与功能

• 简介
  • 细胞外囊泡是由所有生命领域的物种产生的，这表明囊泡是生物物质的基本过程，直径40-400nm，起泡和裂解
• 膜囊泡的生物发生和类型
  • 革兰氏阴性细菌
    • OM的起泡(b型mv)
    • 爆炸性细胞裂解和伴随的卷曲和破碎膜碎片的自退（e型mv)
      • 基因毒性，激活了原噬菌体来源的内溶素的表达，其降解细菌肽聚糖层
  • 革兰氏阳性菌
    • “冒泡细胞死亡”，它也被证明可以刺激其他革兰氏阳性细菌中巨细胞病毒的形成。类似于革兰氏阴性细菌感染中的爆炸性细胞裂解，冒泡细胞死亡可以通过暴露于破坏dna的抗生素(如环丙沙星)来诱导
      • 铜绿假单胞菌，枯草芽孢杆菌
    • 子细胞分离通常需要的自溶素也可以在各种应激条件下诱导冒泡细胞死亡。ecmv中发现了内溶素和自溶素
      • 枯草芽孢杆菌
    • 肽聚糖水解酶、β-内酰胺类抗生素削弱细胞包膜的处理刺激CMV的形成。
    • 起泡机制发生的，其中涉及到两亲性、α-螺旋型、酚溶性调素对CM的破坏。随后，削弱肽聚糖交联的自溶素通过细胞壁调节CMV的释放。
      • 金黄色葡萄球菌
    • 表面活性剂样酚溶性调节素可以通过细胞裂解诱导膜脂蛋白和细胞质蛋白的释放
  • 具有罕见细胞壁的古细菌和细菌
    • 细菌缺乏肽聚糖，通常被结晶蛋白s层包围
      • 分枝杆菌属的革兰氏中性细菌中，在没有细胞壁的细菌中，包括曲原体和支原体属的成员，在具有非常厚和紧密的革兰氏阴性细胞壁的细菌中，如一些蓝藻细菌和古细菌。
• 膜囊泡组成和货物包装机制
  • 革兰氏阴性细菌中，MV生物发生的机制似乎是最大的货物选择性决定因素
    • 所有MV类型都富含整体膜蛋白、脂蛋白，以及在较小程度上外周附着的可溶性蛋白
    • 增大的表面积体积比限制了膜囊的载货能力
    • 这种货物选择性的机制基础被认为是由于包膜捆绑的差异，即锚定在肽-狗聚糖层或形成更大的细胞包膜相关复合物的蛋白质优先保留在细胞中，因此这些蛋白质不会成为MV货物的一部分
    • 巨细胞病毒被证明含有胞质蛋白、核酸(RNA和DNA)以及分泌蛋白
      • 巨细胞病毒富含带正电的蛋白质，基于细胞质膜表面带负电的微域与细胞外囊泡形成部位带电蛋白的静电相互作用的被动分选机制
        • 金黄色葡萄球菌
  • 影响MV组成的一个重要因素是MV形成时细胞的生理状态
    • 生物膜
      • 铜绿假单胞菌
    • 浮游生物和生物膜衍生的mv的蛋白质含量十分不同，这反映了浮游细胞和无根细胞的不同生理状态，而不是MV包装的差异
    • mv明显的货物选择性是其生物发生机制的一个指标，而不是特定的货物包装
  • 细胞包膜相关内容物
    • 来自细菌病原体的mv携带毒素或毒力因子来操纵宿主细胞的生理
      • 应力诱导
        • 允许将大量效应器输送到宿主组织中，而宿主组织没有被母体定植
        • 毒力因子与mv的关联不仅可以保护它们免受降解，还可以增加它们的稳定性并延长它们的活性
          • 肠出血性大肠杆菌溶血素
        • 革兰氏阴性病原体中，毒力因子通常与细菌表面成分有
        • mv中毒力因子的富集可能并不反映一种积极的输出机制，而是表明细胞包膜相关毒力因子的产生与MV释放有关。（许多mv相关的毒力因子是由前噬菌体编码）
    • mv富含细胞包膜成分，包括肽聚糖、膜蛋白、脂蛋白、脂多糖(LPS)、低脂糖(LOS)和(脂)-磷壁酸
      • 膜的脂质组成决定了膜的曲率和流动性，从而影响MV的生物发生，特别是b型mv的形成
      • 带负电荷的o -抗原链之间的排斥相互作用破坏了OM的稳定性，从而促进了OMV的形成
      • 通过mv释放不利的LPS类型被认为是一种根据细胞外或细胞内生活方式或环境转变有效重塑细菌细胞表面的新策略
    • 革兰氏阴性菌中，将OM固定在肽聚糖层上的蛋白，如高度保守的脂蛋白Lpp68或脑膜炎奈瑟菌中肽聚糖固定的蛋白RmpM、MtrE和PilQ，在mv中未被检测到。相反，OM孔蛋白富含MV蛋白质组，并参与多种功能。
      • OprF通过蛋白-胞外多糖相互作用促进与宿主粘膜、细菌细胞表面和生物膜基质的粘附
      • 效应物的构象状态影响其包装功效
      • 携带β-内酰胺酶的mv不仅能促进供体物种的存活，还能促进残留细菌群落的存活
  • 细胞质物质
    • DNA
      • 起源于噬菌体裂解的巨细胞病毒的DNA含量普遍高于通过起泡机制
      • 一些特定染色体区域的富集。某些DNA区域的过度表达是否会影响mv的DNA转移或免疫原性
    • RNA
      • 存在于革兰氏阴性菌的cmv和e型mv中，但预计在omv中不存在
      • mRNA只是MV腔内RNA货物的一个非常小的组成部分，其主要由核糖体RNA，转移RNA (tRNA)和小RNA (sRNA)组成。当与细菌细胞的RNA组成比较时，发现mv特异性富集trna。有趣的是，铜绿假单胞菌PA14 mv含有trna衍生片段，可以减弱宿主的免疫反应。虽然已经确定sRNAs在细菌多种功能的转录后调控中具有重要作用，但它们是否在mv介导的菌间或界间相互作用中发挥作用仍有待阐明。
• 货物运输和递送
  • 货物运输
    • mv似乎对疏水分子的分泌特别重要，包括膜相关蛋白、毒素和毒力因子，这些分子在水中的溶解度很差。
    • 当这些分子通过经典分泌系统输出时，可能导致分子无法与细胞包膜分离并分散到周围环境中，它们被包装到mv中将允许它们分泌并分散到水环境中
    • 除了增加增溶作用外，mv的管腔内容物和膜嵌入分子也被保护免受降解
    • 所传递的成分集中在mv中，因此单个MV与其靶细胞的融合通常会传递足够高的分子量，以确保其生物活性
    • 单个MV的货物足以在另一个细胞中诱导反应，这可能导致双稳态基因表达，即诱导或未诱导的两个细菌群体。
    • 封装到mv中，确保了高浓度的信号被传递。量子分泌，并提出它不仅限于信号分子，还适用于任何生物活性货物分子。
  • 货物递送的特异性
    • mv与细菌细胞的融合显示出一定程度的特异性
    • MV与特定细菌结合的倾向可能受到其特定的细胞包膜结构的影响
      • 表面电荷(zeta电位)和表面疏水性可以影响MV对特定细胞类型的亲和力。mv和靶细胞之间的特异性配体-受体相互作用也会影响MV传递的特异性
    • 脂多糖介导的机制使细菌能够招募来自不同物种的mv，不仅用于铁获取，还为细菌间竞争、抗逆性和水平基因转移提供了适应性优势
• 膜囊泡的功能
  • 废弃物的处理和表面重塑
    • OMV的产生可以缓解由错误折叠蛋白、肽聚糖片段或脂多糖在质周空间积累引起的膜应激
  • 营养物质获取
    • mv可以携带结合营养物质并将其传递给细菌靶细胞的受体
      • 铁，水解酶，支持细菌生长的胞质代谢物，如维生素、氨基酸和碳代谢成分
  • 噬菌体和抗生素的中和作用
    • 与细菌膜结合的药物也会吸附在mv上
  • DNA转移
  • 细菌杀灭
  • 生物活性化合物的递送
    • 小的疏水分子可以整合到革兰氏阴性细菌的OM中，在那里它们可以诱导膜弯曲进入细胞包膜，从而通过起泡形成omv。
  • 宿主细胞进入
    • MV进入免疫细胞可以通过内吞和吞噬机制
    • mv直接进入宿主上皮细胞可能涉及脂筏和富含胆固醇的膜微结构域，或涉及微胞吞、网格蛋白介导或小窝蛋白介导的内吞作用
  • 免疫刺激和免疫调节
    • mv的货物可以直接激活广泛的宿主先天免疫模式识别受体(PRRs)，以促进细胞因子的产生。
    • 细胞内mv可以激活宿主细胞质PRRs
    • 胞质炎性小体的功能是通过诱导细胞死亡和启动免疫来保护宿主免受病原体侵害。各种病原体产生的mv可以诱导炎症小体的激活，炎症小体是在宿主细胞质中聚集的多蛋白复合物，涉及半胱天冬酶
• 未来展望
  • 革兰氏阴性菌中基于mv的分子释放被认为代表了0型分泌系统(T0SS)
    • 它允许将混合分子输出和特定递送到目标细胞，这可能协同增强其活性
    • mv似乎对脂质、疏水分子、不溶性物质和毒力因子的输出特别有价值，因为它们经常被富集
  • T0SS可以确保递送生物学上相关的剂量，我们将这种现象称为定量分泌
  • 流式细胞术可以作为一种有价值的工具，用于分离相对较大的mv (bbb100 nm