快报|结核分枝杆菌劫持宿主巨噬细胞TRIM21-和NCOA4-依赖的铁蛋白自噬促进自身胞内生长

作者：代友超，朱传智，肖蔚，黄开松，王鑫，史琛彦，林大川，张惠华，刘晓倩，彭斌，高毅，刘翠华，戈宝学，Kaufmann Stefan He，Feng Carl G，陈心春，蔡毅

第一作者及单位：代友超，广州医科大学附属市八医院，深圳大学医学部

通信作者及单位：陈心春和蔡毅，深圳大学医学部

Mycobacterium tuberculosis hijacks host TRIM21- and NCOA4-dependent ferritinophagy to enhance intracellular growth

Dai Y, Zhu C, Xiao W, Huang K, Wang X, Shi C, Lin D, Zhang H, Liu X, Peng B, Gao Y, Liu CH, Ge B, Kaufmann SH, Feng CG, Chen X, Cai Y.

J Clin Invest, 2023, 133(8):e159941.

doi: 10.1172/JCI159941.

PMID: 37066876.

研究背景

铁是结核分枝杆菌及其宿主必需且相互竞争的微量元素。研究发现，敲除髓系重组人铁蛋白重链（FTH1）可明显增加小鼠对结核分枝杆菌和沙门菌的易感性，表明宿主可通过生物利用将铁储存为巨噬细胞铁蛋白（包括重链FTH1和轻链FTL），进而发挥抗感染作用。另一方面，巨噬细胞内的铁蛋白通过降解释放游离铁，以供给细胞发挥功能及胞内细菌生长所需，如铁蛋白降解可促进尿路上皮细胞内致病性大肠杆菌生长。我们及其他学者均发现，结核病肺组织肉芽肿的巨噬细胞鞘附近富集大量铁蛋白；结核病患者血清铁蛋白明显增加，且与痰菌载量、肺部病理损伤严重程度密切相关。这些报道提示，巨噬细胞内增高的铁蛋白反而有利于胞内结核分枝杆菌生长。但是，宿主铁蛋白是否及如何促进胞内结核分枝杆菌生长尚不清楚。因此，本研究深入探讨结核分枝杆菌劫持宿主核受体共激活因子4（NCOA4）介导的铁蛋白降解，即铁蛋白自噬对胞内结核分枝杆菌生长的作用及其分子机制，为结核病精准防治提供新策略。

研究方法

本研究利用体外巨噬细胞模型、髓系NCOA4敲除小鼠模型以及不同临床分期结核病肺组织标本，在体内、体外明确NCOA4介导的铁蛋白自噬在结核病发生、发展中的作用，并在体外巨噬细胞系中阐明结核分枝杆菌劫持宿主铁蛋白自噬的分子机制。

研究结果

1.巨噬细胞铁蛋白对胞内结核分枝杆菌生长的双重作用主要依赖于游离铁的获取：首先，我们发现结核病患者外周血单个核细胞（PBMC）中FTH1/FTL明显高于健康对照者和非结核性肺炎，结核分枝杆菌感染可促进巨噬细胞FTH1/FTL表达，敲除FTH1可促进胞内结核分枝杆菌生长，补充铁或螯合铁均可消除这种促进作用。

2.NCOA4介导的铁蛋白自噬可促进胞内结核分枝杆菌生长：借助siRNA沉默 人单核细胞白血病细胞（THP-1）巨噬细胞NCOA4，我们发现结核分枝杆菌感染可促进NCOA4介导的铁蛋白降解，该过程促进了巨噬细胞内铁离子浓度升高和胞内结核分枝杆菌生长，这与其他学者报道一致，提示NCOA4介导的铁蛋白降解主要依赖细胞自噬及溶酶体降解途径。

3.肺组织巨噬细胞内FTH1降低与结核病进展密切相关：借助多色免疫荧光技术，我们分析不同分期[包括诊断性活检（早期）、治疗性切除（晚期）肺组织坏死和非坏死肉芽肿]结核病肺组织巨噬细胞中NCOA4和FTH1的含量，发现晚期结核病肺组织肉芽肿巨噬细胞中FTH1明显低于早期结核病，提示肺组织巨噬细胞内FTH1降低与结核病进展有关。

4.结核分枝杆菌感染主要通过调节三结构域重组蛋白21（TRIM21）介导的E3泛素蛋白连接酶抗体（HERC2）泛素化降解，进而促进NCOA4表达：我们发现，结核分枝杆菌感染通过p38/AKT1信号通路促进TRIM21转录，后者作为E3连接酶介导HERC2泛素化降解，导致HERC2含量降低，最终促进NCOA4介导的铁蛋白降解的发生。

5.髓系NCOA4缺失明显增加小鼠对结核分枝杆菌的抗性：通过构建髓系NCOA4条件性敲除小鼠，我们采用NCOA4缺失的骨髓来源的巨噬细胞（BMDM）验证了NCOA4介导的铁蛋白自噬可促进胞内结核分枝杆菌生长的结果。更为重要的是，雾化感染结核分枝杆菌后，与对照小鼠相比，髓系NCOA4缺失小鼠肺组织的细菌载量和病理损伤均明显降低。

图1 Ncoa4^+/+和Ncoa4^-/-小鼠感染结核分枝杆菌后肺组织细菌载量（A）及肺部病理损伤（B）

研究结论

综上所述，我们发现结核分枝杆菌感染通过p38/AKT1信号通路促进TRIM21转录，后者介导HERC2泛素化降解，进而促进NCOA4介导的铁蛋白降解以获取生物可利用铁，最终促进胞内结核分枝杆菌生长，增加结核病易感性。

本文来自于“中国防痨杂志期刊社”公众号