血流感染是威脅人類健康的最嚴重的感染性疾病，攜帶莢膜結構的細菌是造成血流感染的最主要的病原體。莢膜對細菌致病性的貢獻早已為人熟知，上世紀二十年代，英國微生物學家弗雷德里克·格里菲斯（FrederickGriffith）建立的經典的肺炎鏈球菌轉化實驗，發現莢膜與毒力的直接關聯，為1942年美國科學家奧斯瓦爾德·艾弗里（OswaldAvery）及其同事證明DNA是遺傳基礎的偉大發現奠定了基礎。人們普遍認為莢膜的主要功能是保護細菌不被血液中的免疫細胞（例如中性粒細胞）吞噬，然而莢膜在體內真實的致病機制仍然缺乏清晰的認知。

針對這個科學問題，清華大學醫學院張敬仁課題組利用豐富的臨床菌株資源和遺傳轉化構建的莢膜置換菌株，在小鼠菌血癥模型中證明了莢膜的類型（血清型）是直接決定其毒力的關鍵因素。莢膜對細菌致病性的貢獻集中體現在血流感染早期階段。超過95%的莢膜敲除菌株在感染5分鐘內即從血液中清除，而野生型菌株即使在30分鐘內仍然有一半以上細菌在血液中存活。系統比較表明，莢膜血清型決定了肺炎鏈球菌在菌血癥早期的清除速度，由快到慢依次為14、18C、23F、19F、19A、9V、7F、6B、5、1、2、8、6A、4和3型，其清除速率與菌株的毒力強弱具有強相關性（圖1），可以對菌株的致病性水平進行客觀的評價。

3月8日，清華大學醫學院傳染病研究中心張敬仁課題組在《實驗醫學期刊》（JournalofExperimentalMedicine）在線發表了題為“莢膜通過干擾肝臟巨噬細胞促進血流病原細菌的致病性”（Functionalvulnerabilityoflivermacrophagestocapsulesdefinesvirulenceofblood-bornebacteria）的研究論文，揭示了莢膜這一關鍵的致病因子如何影響病原細菌和宿主天然免疫系統的相互作用，進而決定血流感染疾病中病原體和宿主的最終命運。

圖1 肺炎鏈球菌莢膜血清型決定菌株的毒力水平和菌血癥早期清除速率

宿主的免疫系統如何區分不同毒力的肺炎鏈球菌呢？進一步研究發現，早期血液中快速清除的莢膜敲除菌株和低毒力菌株并非被血液中的免疫細胞殺死，而是被肝臟截留，特別是低毒力14型菌株，在感染5分鐘后98.7%的細菌富集在肝臟。與之形成鮮明的對比，代表性高毒力8型菌株僅有11.6%被肝臟捕獲。肝臟包含多種天然免疫細胞，包括駐留巨噬細胞——枯否細胞（Kupffercell,KC）、中性粒細胞和單核細胞等吞噬細胞。利用特異性消耗策略，該課題組證實肝臟KC是早期清除無莢膜和低毒力莢膜型菌株的關鍵免疫細胞。借助先進的活體免疫熒光成像（IVM）技術，課題組實時觀測到了肝臟微環境中KC對不同莢膜型肺炎鏈球菌的捕捉（圖2），為研究宿主天然免疫和病原體的互作提供了嶄新的視角。

圖2 不同莢膜型肺炎鏈球菌與肝臟KC的相互作用

細菌的莢膜是如何影響肝臟KC的免疫功能呢？由于莢膜置換菌株僅僅存在莢膜的差異，因此莢膜多糖（capsularpolysaccharide,CPS）是介導肝臟KC和細菌相互作用的關鍵，課題組推測莢膜多糖是KC上天然免疫受體識別的配體，實驗結果證實了這一猜想。在提前注射純化的CPS條件下，小鼠對低毒力莢膜型菌株的清除速率急劇降低，并且呈現劑量和類型的依賴性，IVM顯示CPS確實阻礙了肝臟KC對細菌的結合；反之，高毒力菌株的CPS不會影響早期免疫清除。以上結果表明低毒力莢膜型CPS能夠被KC上的特異性受體識別，從而介導了這些菌株的快速清除，而高毒力莢膜型CPS能逃逸KC的免疫監視。在此基礎上，課題組成功鑒定到了去唾液酸糖蛋白受體（ASGR）是14型肺炎鏈球菌CPS的受體，并且在體外和體內驗證了ASGR對肝臟KC清除14型肺炎鏈球菌的免疫功能。此外，ASGR還能夠結合7F型莢膜多糖。更重要的是，課題組利用細胞系和人原代KC模型證實了人源ASGR同樣是人KC上重要的天然免疫受體。

圖3 血流感染中細菌莢膜促進病原體逃逸肝臟天然免疫的新機制

上述研究工作開創性地提出了細菌莢膜與肝臟KC免疫受體的特異性相互作用，作為宿主和病原菌博弈的關鍵階段，最終決定了菌血癥感染疾病的兩種截然相反的發展趨勢——免疫清除或免疫逃逸。

清華大學醫學院張敬仁教授是論文的通訊作者，張敬仁課題組已出站博士后安浩然、2016級博士生錢晨韻、2017級博士生黃益嘉、已畢業博士生李靖和2018級博士生田獻彬為論文的共同第一作者。清華大學實驗動物中心、細胞生物學平臺、共享儀器平臺以及蛋白質化學與組學平臺為本研究工作提供了重要幫助。該研究工作獲得了國家自然科學基金、清華-北大生命科學聯合中心、清華大學春風基金和中國博士后科學基金的共同資助。