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S. aureus è un agente patogeno altamente contagioso che può causare una serie di infezioni, tra cui infezioni della pelle e dei tessuti molli, sepsi, meningite, polmonite ed endocardite1. L'uso clinico improprio di antibiotici ha portato a un aumento della resistenza in S. aureus e all'emergere di Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA), che rappresenta una significativa minaccia per la salute pubblica in molti paesi2.
Sebbene S. aureus non sia tradizionalmente classificato come patogeno intracellulare, prove emergenti suggeriscono che può colonizzare in modo persistente le cellule ospiti dopo l'invasione3. La capacità di S. aureus di sopravvivere intracellulare all'interno dei fagociti dell'ospite è sempre più riconosciuta come un meccanismo che facilita l'infezione metastatica e la disseminazione in tutto l'ospite 4,5,6. S. aureus secerne vari fattori di virulenza, che creano un ambiente immunitario che ne favorisce la sopravvivenza e complica la capacità dell'ospite di eliminarlo completamente7. Il regolatore genico accessorio (agr) e gli elementi helper dello stafilococco (Sae) sono due importanti regolatori di virulenza strettamente correlati alla sopravvivenza dello Staphylococcus aureus nei fagociti 8,9. Il sistema agr è un meccanismo di quorum-sensing che regola l'espressione di numerosi fattori di virulenza in S. aureus. Controlla la produzione di tossine e altri fattori che facilitano la sopravvivenza e la diffusione batterica. Durante l'infezione intracellulare, il sistema agr svolge un ruolo critico nella regolazione dei fattori di virulenza che sono essenziali per la capacità del batterio di eludere le risposte immunitarie dell'ospite e sopravvivere all'interno delle cellule ospiti. Gli studi hanno dimostrato che il sistema agr influenza la capacità del batterio di sfuggire ai fagosomi e persistere all'interno dei macrofagi. L'assenza di agr può portare a una ridotta sopravvivenza batterica all'interno delle cellule ospiti e a una diminuzione della virulenza10,11. Il sistema Sae è un sistema regolatorio a due componenti che controlla l'espressione di diversi fattori di virulenza in S. aureus. È coinvolto nella regolazione delle tossine e degli enzimi che contribuiscono alla capacità del batterio di invadere e danneggiare i tessuti ospiti. Il sistema Sae svolge anche un ruolo cruciale nella sopravvivenza intracellulare di S. aureus. Influenza la capacità del batterio di resistere all'uccisione da parte dei fagociti ospiti e di eludere la degradazione autofagica12,13.
Quando i patogeni invadono, i macrofagi hanno funzioni fagocitarie, che possono inghiottire e uccidere i patogeni estranei e attivare la risposta immunitaria adattativa14. La maggior parte dei batteri invasori viene fagocitata dai macrofagi, che quindi attivano vari meccanismi di uccisione per eliminarli. Tuttavia, alcuni batteri S. aureus possono sopravvivere all'interno dei macrofagi, portando a un'infezione persistente dell'ospite. Oltre alle proteine batteriche, l'ospite influisce anche sulla sopravvivenza e sulla proliferazione di S. aureus all'interno dei macrofagi secernendo citochine 15,16,17. Alcuni studi indicano che S. aureus può eludere la degradazione risiedendo negli autofagosomi, creando una nicchia intracellulare che promuove la disseminazione18. S. aureus sfugge alla degradazione autofagica bloccando il flusso autofagico (ad esempio, LC3-II, p62) e aumentando il pH all'interno degli autolisosomi dopo l'invasione dei macrofagi19. Questa evasione immunitaria si ottiene attraverso la regolazione dei fattori di virulenza e dell'autofagia di S. aureus, portando a infezioni persistenti e nascoste.
L'eliminazione delle infezioni intracellulari di S. aureus è fondamentale per la gestione delle infezioni persistenti e latenti nella pratica clinica. Attualmente, gli antibiotici sono il trattamento principale per le infezioni da S. aureus, con la vancomicina che funge da ultima linea di difesa per le infezioni da MRSA20,21. Tuttavia, numerosi studi hanno dimostrato che gli antibiotici esistenti sono inefficaci nell'eliminare S. aureus intracellulare, sia in vivo che in vitro 22,23,24.
Attualmente non esiste uno standard unificato per i vari modelli di infezione intracellulare di S. aureus 25,26,27, poiché le condizioni di ciascun modello differiscono in modo significativo. Di conseguenza, gli stessi criteri non possono essere applicati per valutare l'efficacia di tali modelli. In questo studio, abbiamo stabilito un modello di infezione intracellulare universale di Staphylococcus aureus ottimizzando le condizioni sperimentali. Questo modello offre una maggiore comodità rispetto ad altri, in quanto consente l'infezione iniziale dei batteri in cellule in vitro, seguita dalla consegna di queste cellule infette nel corpo.
Per comprendere meglio i meccanismi dell'infezione intracellulare da S. aureus e sviluppare farmaci correlati, abbiamo stabilito modelli sia in vitro che in vivo . Un modello stabile di infezione intracellulare è stato creato con successo in vitro infettando RAW264.7 e co-coltivandolo con antibiotici. Quindi, i macrofagi peritoneali sono stati estratti e formati in infezioni intracellulari. Un modello di infezione intracellulare nei topi è stato stabilito iniettando questi macrofagi peritoneali.