Nature Microbiology：王琳淇团队揭示宿主代谢物对真菌性脑膜炎药物耐受的影响及相关机制
2024年1月，中国科学院微生物研究所等单位的相关研究人员在《Nature Microbiology》（IF: 28.3）上发表了题为“Brain glucose induces tolerance of Cryptococcus neoformans to amphotericin B during meningitis”的研究论文，揭示了脑葡萄糖诱导新型隐球菌在脑膜炎期间对两性霉素B（AmB）的耐受，并通过相关机制的解析，找到了新的治疗靶点。
-
脑葡萄糖通过真菌葡萄糖阻遏激活剂Mig1在小鼠脑组织和患者脑脊液中诱导真菌对两性霉素B（AmB）的耐受性。
-
Mig1抑制AmB靶点麦角甾醇的合成，并促进与AmB竞争麦角甾醇的肌醇磷酸神经酰胺的产生。
-
相比临床推荐的治疗方法，AmB与真菌特异性肌醇磷酸神经酰胺合成酶抑制剂联合治疗小鼠隐球菌性脑膜炎显示出更好的疗效。
Cryptococcus neoformans（新型隐球菌）是真菌性脑膜炎的主要病因，每年造成约18万人死亡，唯一可用于治疗的杀真菌药物是两性霉素B（AmB）。AmB的遗传耐药性，指的是最低抑制浓度（MIC）升高，在新型隐球菌和其他引起脑膜炎的真菌中极为罕见，隐球菌性脑膜炎的临床结果被认为在很大程度上与AmB耐药性无关。
抗生素耐受性是指易感人群在高剂量杀菌药物下存活的能力，并已被证明会影响细菌的治疗结果。相比之下，在真菌疾病期间，宿主衍生的因素是否能诱导杀菌剂耐受性在很大程度上仍是未知的。
为了系统地评估宿主代谢物对AmB杀死新型隐球菌疗效的影响，研究人员采用了基于BIOLOGY表型微阵列的代谢物-药物筛选策略。该微阵列包括340种代谢物，这些代谢物被分为参与碳、氮、磷或硫代谢的分子。该方法能够对代谢物-药物-真菌相互作用进行大规模概述。代谢物-药物筛选显示，葡萄糖是刺激隐球菌对AmB耐受的碳族元素中最重要的代谢物之一。葡萄糖诱导的AmB耐受可能发生在人脑中，研究人员进一步收集了人类脑脊液（CSF，脑膜炎期间新型隐球菌感染的主要部位）的独立样本，从隐球菌脑膜炎或其他疾病患者获得的人类CSF样本中培养的新型隐球菌中观察到AmB耐受性，当隐球菌细胞在葡萄糖氧化酶（GOX）处理的CSF样品中孵育时，AmB耐受性几乎完全消失。这些结果表明葡萄糖诱导新型隐球菌对AmB的耐受。
葡萄糖强烈诱导隐球菌对AmB的耐受
在许多真菌中，葡萄糖作为首选碳源会激活葡萄糖阻遏（GR）途径，从而抑制半乳糖等替代碳源的使用。锌指转录因子Mig1的同源物是激活GR过程的核心调节因子。研究人员进一步探究证实，Mig1在CSF中控制葡萄糖诱导的药物耐受，因为它的缺失以葡萄糖依赖的方式大大降低了AmB治疗后CSF中隐球菌的存活率，且Mig1的核定位与AmB耐受性之间有很强的相关性。Mig1介导的AmB耐受会导致隐球菌性脑膜炎小鼠的治疗效果减弱。
葡萄糖诱导Mig1的核定位，实现AmB耐受
随后，研究人员探究了Mig1介导的葡萄糖依赖性AmB耐受的机制。在真菌中，膜脂的组成和稳态对AmB的杀菌作用至关重要。脂质组学分析表明，MIG1的缺失导致多种膜脂质成分水平的显著变化，表明MIG1介导了对葡萄糖反应的膜重塑。值得注意的是，这些调节的脂质包括麦角甾醇（AmB的直接靶点）。进一步研究证实，Mig1介导的对麦角甾醇产生的抑制限制了真菌细胞的AmB靶向，从而促进了葡萄糖诱导的AmB耐受。
Mig1通过抑制麦角甾醇的产生介导AmB耐受
除了麦角甾醇，研究人员还观察到MIG1的缺失导致多种肌醇磷酸神经酰胺（IPC）的显著降低，IPC是真菌质膜的一个重要和保守的成分。考虑到IPC的麦角甾醇结合能力，研究人员假设IPC与AmB竞争麦角甾醇，限制了AmB靶向和杀死新型隐球菌细胞的能力。相互作用分析表明，在IPC存在的情况下，AmB与麦角甾醇结合的亲和力降低了2个数量级，表明IPC与AmB在结合麦角甾醇方面存在强烈竞争。
Mig1缺失后脂质含量的变化
IPC与AmB竞争麦角甾醇，限制了AmB在体外和体内的功效
最后，研究人员使用AmB与真菌特异性IPC合成酶抑制剂aureobasidin A（AbA）联合治疗小鼠隐球菌性脑膜炎，发现与临床推荐的治疗方法相比，显示出更好的疗效。
IPC 合酶抑制剂AbA可增强 AmB 对隐球菌性脑膜炎的疗效
综上所述，该研究结果表明，在危及生命的隐球菌性脑膜炎期间，大脑中丰富的代谢物葡萄糖通过葡萄糖阻遏调节因子MIG1引发真菌AmB耐受。这为宿主衍生的代谢物可以在体内诱导真菌耐受提供了明确证据。
