肠道外致病性大肠杆菌（Extraintestinal pathogenic coli,ExPEC）能够到达宿主体内肠道以外的部位,引起人和动物多种疾病。根据临床症状和来源,ExPEC主要被分为人源的尿道致病型大肠杆菌（Uropathogenic Escherichia coli,UPEC）、致新生儿脑膜炎型大肠杆菌（Neonatal Meningitis-associated Escherichia coli,NMEC）、败血症型大肠杆菌（Sepsis-associated Escherichia coli,SEPEC）和动物源的禽致病型大肠杆菌（Avian pathogenic Escherichia coli,APEC）。但是,越来越多的证据表明,部分的APEC菌株与UPEC和NMEC菌株存在密切的关系,许多的毒力因子被ExPEC各个致病型所共有。以小鼠为模型的动物实验当中,部分APEC菌株可引起小鼠脑膜炎、败血症和尿道感染,提示APEC是潜在的人兽共患病原菌。ExPEC在感染过程中,通过黏附素、毒素、荚膜、脂多糖、摄铁系统、血清抵抗因子等毒力因子躲避宿主的免疫系统,导致人和动物患病。但是在ExPEC感染导致的全身性感染中,机体如何调动自身免疫系统以清除入侵的病原菌,仍有待进一步的研究。本研究中以禽源的ExPEC为研究对象,首先比较了 ExPEC感染小鼠不同时间点脾脏转录组数据的差异,从全基因组水平阐述了机体对ExPEC感染做出的免疫反应;在此基础上,我们进一步比较了 ExPEC感染鸡和小鼠脾脏转录组数据,以及不同败血症致病菌感染小鼠脾脏转录组数据的差异,为ExPEC跨宿主感染以及不同病原菌引起宿主败血症的差异提供理论依据;最后,我们通过抑制剂,抑制COX-2的功能,研究了 COX-2在ExPEC感染过程中的作用。1 ExPEC感染小鼠脾脏转录组学分析目前研究者对宿主抗ExPEC导致败血症的潜在机制了解甚少。我们的研究从评价小鼠感染ExPEC后脾脏的转录组变化入手,筛选宿主抗ExPEC感染的关键分子和通路。ExPEC腹腔感染不同时间点,在血液以及脾脏中的细菌数分别达到2.5 × 107 CFU/ml和1.22 × 107 CFU/g。组织切片实验结果显示,ExPEC感染,会导致小鼠脾脏脾炎症状的发生,且随着感染时间的增加,脾脏炎症反应和病理变化逐渐加重。因此,本研究中,我们在ExPEC感染3hpi、6hpi和12hpi,收集小鼠脾脏,通过RNA-seq分析了小鼠感染ExPEC不同时间点脾脏的转录组变化。与未感染小鼠相比,ExPEC感染后3hpi、6hpi和12hpi,分别有3723、4904和4816个差异表达基因（Differently expressed genes,DEGs）,其中,分别有 2484、3396、3136 个下调表达基因和 1239、1508、1680个上调基因。GO功能分析表明,与免疫系统相关的DEGs主要参与免疫系统过程的调节、免疫反应、白细胞迁移、免疫效应过程、白细胞活化和免疫系统发育等过程。KEGG Pathways富集分析结果提示,ExPEC感染后可能会激活TLR、NLR、核酸传感器和IL-17信号通路,并导致机体发生严重的炎症反应。体内实验和体外实验证实,ExPEC感染确实激活caspase-1介导的细胞焦亡途径。此外,体外实验证明,碳酸酐酶Ⅳ在ExPEC感染条件下明显上调表达,抑制碳酸酐酶增强了 ExPEC在巨噬细胞的存活,但是不影响巨噬细胞细胞因子分泌。该研究首次从全基因组水平评价了机体针对ExPEC感染的基因表达变化,为ExPEC感染的免疫反应提供了新的见解。2不同宿主感染ExPEC和不同细菌感染小鼠脾脏转录组数据比较分析ExPEC是可引起人和动物共同患病的重要潜在人兽共患病原菌,不仅严重危害人类健康,也给养殖业造成了巨大的经济损失。本研究中进一步比较了小鼠和鸡感染ExPEC后脾脏转录组数据,发现ExPEC在小鼠中触发的免疫反应比鸡更强;并且溶酶体途径和代谢途径相关基因主要来自于小鼠脾脏的下调数据集,但是来自于鸡脾脏的上调数据集。此外,本研究还比较了小鼠感染其他种细菌性败血症病原体的脾脏转录组数据,包括盲肠结扎和穿刺（Cecal Ligation and Puncture,CLP）处理、铜绿假单胞菌、类鼻疽伯克氏菌和多杀性巴氏杆菌感染,仅有53个共有的上调和29个共有的下调基因,大部分共同的上调表达基因是炎症反应相关基因（csap4、Il10、il1a、il1b、il6、tlr7、ptgs2、cxcl5、和cxcl13）;KEGG富集分析发现,多条代谢相关通路仅在ExPEC感染条件下被激活或者抑制,许多糖酵解途径相关基因在ExPEC感染条件下上调表达;然而脂质代谢的相关基因、氨基酸和糖代谢的相关基因在ExPEC感染条件下调表达。该研究为不同病原体感染导致小鼠败血症的免疫反应以及不同宿主（小鼠和鸡）对ExPEC感染的免疫反应的差异提供了新的见解。3 COX-2抑制ExPEC感染机制的研究环氧化酶2（Cyclooxygenase-2,COX-2）是介导花生四烯酸生成具有活性的前列腺素的关键限速酶之一。以上的转录组数据表明,COX-2是ExPEC感染小鼠3hpi、6hpi和12hpi,脾脏中上调表达的前10个基因之一（表3-4）。本研究中,我们通过COX-2特异性抑制剂NS398抑制COX-2的功能,以研究COX-2上调表达在宿主防御ExPEC感染中的作用。我们的研究结果表明,COX-2在ExPEC感染的小鼠脾脏和巨噬细胞中均上调表达,且体内实验中,COX-2抑制剂处理显著增加ExPEC在小鼠血液、肝脏、肺脏、脾脏和大脑中的细菌载量,提示COX-2上调表达有利于宿主对ExPEC的清除。体外实验表明,ExPEC通过TLR4激活p38和ERKMAPK通路,进而导致巨噬细胞COX-2的上调表达。进一步的研究表明,经COX-2抑制剂处理,ExPEC感染的巨噬细胞自噬水平明显降低,且自噬诱导剂或抑制剂处理能够显著减弱或增强ExPEC在巨噬细胞的存活能力。此外,ExPEC感染条件下,COX-2抑制剂处理组,巨噬细胞死亡率和抗炎症细胞因子IL-10的分泌明显增加。以上的研究表明,ExPEC感染条件下,COX-2上调表达,可能通过增加巨噬细胞自噬、减少IL-10的表达和抑制巨噬细胞死亡,增强宿主防御ExPEC系统性感染的能力。