导语：适者生存不管在自然界还是人类社会都是普遍存在的法则。真菌在感染宿主的过程中，也必须在从生态位转移到的宿主体内的过程中适应发生的急剧环境变化，才能使自己在宿主体内更广泛地传播。研究发现，真菌性脑膜炎元凶之一的新型隐球菌竟然练就了一身“缩骨术”，以便在进入人体后更好地感染大脑。
真菌性脑膜炎通常是因肺部吸入了环境中的真菌孢子而感染上疾病，能否从肺部顺利转移到大脑则决定了真菌的感染能力。新型隐球菌则是一种导致真菌性脑膜炎的常见病原体，普遍存在于野外的土壤、腐木和鸟粪中。据统计，到五岁时，人类对该真菌的接触率已高达70%，因此，对于那些存在CD4+ T细胞（一种重要的免疫细胞）缺陷的高风险人群来说，做好预防工作是一项艰巨的任务。
9月12日，来自犹他大学的Jessica C.S. Brown团队发表在Cell Host & Microbe上题为“A dissemination-prone morphotype enhances extrapulmonary organ entry by Cryptococcus neoformans”的最新研究显示（图1）[1]，新型隐球菌一旦进入人体，只需要几天的时间，就能够收缩尺寸，从而更好地感染大脑。通过研发削弱甚至遏制这种能力的药物或能为治疗真菌性脑膜炎提供新的手段。
图1 研究成果（图源：[1]）
宿主面对入侵的微生物或癌细胞产生的不同反应将造成多样的环境压力，例如处在病灶周边的细胞更容易遭到免疫细胞的攻击，而处在核心区域的细胞则可能面临氧气和营养物质的缺乏。表型转换和异质性则是许多微生物还有癌细胞在波动的宿主环境中谋求生存的高明手段，比如细菌和寄生虫通过抗原转换避开适应性免疫反应。真菌身上也发生了能够影响发病机制的显著表性变化，如二型真菌的酵母/菌丝转换，然而，这种形态上的差别是显而易见的。本项研究则想说明，形态上的细微变化同样能对真菌的传染性造成深远影响，新型隐球菌在荚膜和胞体大小方面的表型异质性就对其在宿主体内传播起到了重要作用。
01 深入敌后：小细胞进入肺外器官的速率更高
在肺部时，隐球菌的细胞种类繁多，大小外观各异，而在脑部，种类却惊人地单一，这暗示存在某种原因使得这一类细胞能够深入人体更远。为此，研究人员测量了小鼠接种隐球菌后3天和17天时肺部、血液、脾脏和大脑中真菌胞体和荚膜的大小，发现细胞在脾脏和大脑中尺寸受到限制，脑部真菌直径很少超过10毫米。进一步通过对小鼠静脉注射不同尺寸的真菌离体细胞模拟肺部感染过程发现，接种3小时后，到达肝脏、脾脏和大脑的小型离体细胞数量多于中型和大型离体细胞。而颅内接种的结果显示，所有离体细胞在脑中生长良好，这表明小型细胞的优势是在传播而并非进入肺外器官后增殖（图2）。
图2 小型离体细胞扩散到肺外器官的速率更高（图源：[1]）
02 特洛伊木马计：甘露糖是小细胞搭载巨噬细胞进入肺外器官的关键
研究人员发现，大型细胞比中型细胞和小型细胞更容易与补体蛋白C3结合（p<0.05），而肺表面活物质蛋白D（surfactant protein D，SPD），则优先结合小型细胞和中型细胞（p<0.01）。这说明隐球菌身上发生的变化不仅仅是形态尺寸，还伴随着免疫识别和细胞表面结构的变化。研究人员又使用两种凝集素测定细胞壁不同深度的微生物特征暴露量发现，小型离体细胞中甘露糖的暴露量显著增加，而几丁质的暴露量则没有差异。鉴于肝巨噬细胞和血小板的病原体清除功能，研究人员测量了巨噬细胞和血小板耗尽后肝脏中真菌数量的变化，发现巨噬细胞的存在并没有起到清除真菌的作用，反而使得肝脏中的隐球菌数量大幅增加。而外源性甘露糖将降低巨噬细胞和小型细胞的结合率，表明小型细胞的甘露糖暴露正是介导巨噬细胞识别的关键（图3）。
图 3 巨噬细胞识别甘露糖有助于小型离体细胞被器官摄取（图源：[1]）
03 一方水土养一方“菌”：鸽粪环境增强了新型隐球菌的器官进入能力
静脉传播模型的结果表明，细胞尺寸不是影响扩散速率的唯一因素，真菌的培养条件也极大地影响了在器官中的分布情况。研究人员进一步对不同体外培养条件的细胞及不同尺寸的离体细胞进行了RNA测序，发现在所有的离体细胞中，小型细胞在转录上最为独特，存在大量差异表达的基因。
基因本体（Gene ontology，GO）术语富集分析则显示，在扩散表现和小型离体细胞最为接近的特定条件体外培养细胞中，参与磷酸盐获取和存储的基因的表达虽然不是最高，但相比控制组表达更高（图4）。为了鉴定诱导小型细胞形成的成分到底是不是磷酸盐，研究人员进行了体外培养，发现只有磷酸盐足以刺激细胞向较小尺寸转变，且当细胞外浓度较高或因pH较低导致磷酸盐利用率增加时，新型隐球菌会向较小形态转移。限制体内磷酸盐的实验也证实了这一点。
此外，感染过程本身也能够增加胞外磷酸盐含量，进而形成正反馈环路。富含磷酸盐的鸽粪则是另一个磷酸盐的重要来源，相比其他条件，鸽粪诱导下的体外培养细胞直径变化最大。Brown认为，这可以证明这种真菌的致病性最初是如何产生的：“来自环境生态位的进化压力，比如鸽子的粪便，在某种程度上给予了新型隐球菌感染哺乳动物的能力。”
图 4 磷酸盐获取基因的表达与细胞和荚膜大小变化相关（图源：[1]）
因为其在肺外器官的侵入和繁殖中起到关键作用，研究人员建议，将这种转录上已和其他种群大不相同的小型细胞称为“种子细胞”，而不是简单地将之视为细胞尺寸连续变化中的一员。未来，如能找到阻断这种种子细胞的药物，或许将为预防或治疗这种真菌性脑膜炎提供帮助。
参考资料：
[1]Denham et al., A dissemination-prone morphotype enhances extrapulmonary organ entry by Cryptococcus neoformans, Cell Host & Microbe (2022), https://doi.org/10.1016/j.chom.2022.08.017
