细菌耐药性对全球人类和动物健康构成了日益严重的威胁。噬菌体疗法利用靶向细菌的专一性病毒来治疗细菌感染，是精准医疗时代极具前景的治疗策略。噬菌体通常具有衣壳和尾丝等复杂的结构，它们会被人体免疫系统识别为外来抗原，诱导特异性抗体的产生，尤其在噬菌体重复或长期给药时。随着噬菌体疗法在国内外临床实践的逐步深入，越来越多的证据表明噬菌体治疗过程中产生的抗体会影响噬菌体治疗的效果，有些甚至导致噬菌体治疗的失败。目前关于噬菌体特异性抗体导致噬菌体治疗失败的分子机制仍不清楚。
近日，中国科学院武汉病毒研究所杨航研究员团队发表了题为“Antibodies targeting phage fiber and nozzle proteins impairAcinetobacter baumanniiphage therapy by blocking infection and promoting immune clearance”的研究论文，揭示了噬菌体结构蛋白诱导的特异性抗体导致噬菌体治疗失败的机制。
该研究以鲍曼不动杆菌及其短尾噬菌体AbP20为研究模型，首先评估了噬菌体多次暴露对噬菌体治疗效果的影响。结果表明，在细菌感染前连续7天通过腹腔给予噬菌体能够在小鼠体内诱导高滴度的噬菌体特异性抗体，该抗体的存在会导致后续噬菌体治疗的失败。
随后研究团队对AbP20的结构蛋白进行了分析，并定位到导致噬菌体治疗失败的主效抗体的来源。噬菌体AbP20诱导小鼠产生靶向其尾丝蛋白gp44和喷嘴蛋白gp40的高水平中和抗体，且任一靶向均足以导致噬菌体治疗失败。令人意外的是，噬菌体AbP20也诱导小鼠产生了高滴度的靶向其衣壳蛋白gp37的抗体，但体内外测试均表明抗gp37的抗体对噬菌体的增殖以及治疗效果影响较小。
噬菌体进入哺乳动物宿主后，其清除过程主要受天然免疫系统调控。专职吞噬细胞（包括巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞）可迅速内化噬菌体。此外，抗体的存在还可通过Fc受体触发吞噬细胞对噬菌体的高效吞噬，也即抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）。因此，即便是噬菌体特异性的非中和抗体，也可通过调理作用促进巨噬细胞介导的吞噬，造成噬菌体快速降解。为明确ADCP对噬菌体治疗失败的影响，研究团队利用巨噬细胞吞噬模型比较了噬菌体不同结构蛋白的抗体对噬菌体吞噬效率的影响。结果表明，抗gp44、gp40的抗体能显著促进巨噬细胞对AbP20的吞噬作用，且该促进作用不依赖于Fc受体；而抗gp37的抗体不能有效促进该吞噬作用。
为弄清楚抗gp44、gp40的抗体促进噬菌体免疫清除的分子机制，研究团队利用TEM、动态光散射、抗体分离以及抗体水解等多种策略进行了研究，发现抗gp44、gp40的抗体能够诱导噬菌体形成大颗粒聚集体，该聚集体不仅具有更大的尺寸，且具有噬菌体“头朝外尾朝内”的特征。正是这些特征使得巨噬细胞（吞噬细胞）能够更好的吞噬AbP20。与之不同的是，抗gp37的抗体只能诱导AbP20形成了较小体积的噬菌体聚集体，且具有噬菌体“头朝内尾朝外”的特征。而这些特征不是巨噬细胞（吞噬细胞）偏好的吞噬货物的形状。
该研究首次解析了针对噬菌体结构蛋白的抗体导致噬菌体治疗失败的机制，为理解噬菌体治疗效果尤其是噬菌体多次和重复给药过程中产生的特异性抗体的作用方式提供了科学依据，也为治疗用噬菌体的选择与配伍、以及噬菌体给药策略的制定提供了理论依据。
武汉病毒所博士研究生薛恒为论文的第一作者，杨航研究员为论文通讯作者。研究过程中得到了武汉病毒所曹晟研究员团队、福建医科大学胡芬副教授团队、波兰科学院免疫与实验治疗研究所Krystyna Dąbrowska教授团队的大力支持。该研究得到了国家自然科学基金、湖北江夏实验室等项目资助。
文章链接：https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3004009
图1. 抗体介导噬菌体聚集
图2.噬菌体特异性抗体调节噬菌体治疗效果的机制
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科学研究