快报 | 结核分枝杆菌吞噬体组分动态变化与感染命运

作者：张其奥，马莎英，李佩波，谢建平

第一作者及单位：张其奥，西南大学生命科学学院，现代生物医药研究所

通信作者及单位：谢建平，西南大学生命科学学院，现代生物医药研究所

The dynamics of Mycobacterium tuberculosis phagosome and the fate of infection

Cellular Signalling，2023，108：110715

doi：10.1016/j.cellsig.2023.110715.

研究背景

   吞噬体是吞噬细胞在发生吞噬作用的过程中所产生的具有运输作用的小泡，在结核分枝杆菌（MTB）感染免疫中至关重要。吞噬细胞摄取抗原后激活吞噬体进行的一系列组分的招募、蛋白的加工等起到了吞噬、降解和杀伤结核分枝杆菌的作用。同时结核分枝杆菌也具备阻断吞噬体成熟、逃逸宿主免疫的能力。结核分枝杆菌与吞噬细胞之间的相互作用导致了最终的感染结局。该过程吞噬体组分动态变化错综复杂，进而影响了细胞命运。因此了解吞噬体的发育、成熟过程以及结核分枝杆菌感染引发的结核分枝杆菌效应分子和吞噬体组分动态变化，阐述吞噬体相关的结核病新型诊疗标志物类型，进而为靶向吞噬体的结核病治疗研究提供新的思路。

 研究结果

   一、吞噬体结构、功能、组分及吞噬过程

   1.吞噬体的结构和组分：起初巨噬细胞所形成的吞噬体腔，是由质膜和胞外液体环境所构成的小泡。随着吞噬体的发育成熟，其组分也逐渐丰富，包括了参与氧化应激、产生活性氧的NADPH氧化酶；参与亚硝化应激的一氧化氮合酶（iNOS）；参与酸性应激、调节吞噬体内pH值的囊泡ATP酶（V-ATPase）；溶酶体内的抗菌蛋白以及巨噬细胞中与天然抗性相关的一些蛋白质。

   2.吞噬体发育成熟过程中膜组分的变化：在内膜系统中，膜的融合通常需要Rab GTPase超家族成员和SNAREs家族蛋白等协助完成。Rab7、Rab2和Rab14等招募CORVET、HOPS等拴系复合体来启动吞噬小体和溶酶体之间的相互作用，进而与膜上的靶标蛋白结合，介导吞噬溶酶体的吞噬分解过程。

   吞噬作用包含了从早期吞噬体到吞噬溶酶体的整个过程。早期吞噬体中，Rab5招募了大量的磷脂酰肌醇3-磷酸[PI(3)P]，激活NADPH激酶产生活性氧。进而，Rab5和PI3P招募EEA1分子和CORVET复合物，Vps33促进SNAREs的招募，推动了早期吞噬体和早期内吞体膜的融合。晚期吞噬体则是招募Rab7进行运输，Rab5和Rab7又进一步调节和招募吞噬体运输到核周区域所必需的蛋白，同时吞噬小体获取LAMP-1和LAMP-2等分子，辅助吞噬溶酶体融合（图1）。

图1 吞噬体成熟过程与组分变化

   二、吞噬体组分的磷酸化、泛素化修饰，VII分泌系统效应分子对吞噬体的调控

   目前在吞噬体上被鉴定出来的泛素样蛋白，包括SUMO、NEDD8和ISG15。也有许多参与吞噬体成熟过程的蛋白会被泛素化修饰，如PI3P激酶复合物Vps34。E3泛素连接酶RNF115蛋白功能的丧失能够促进吞噬体的成熟，增强宿主炎症免疫反应；E3泛素连接酶NKLAM与吞噬体密切相关，在吞噬体上富集并使吞噬体相关蛋白被差异性泛素化修饰。

   Ⅶ型分泌系统底物在吞噬过程中又发挥了什么作用呢？笔者进一步总结了大量结核分枝杆菌效应蛋白在感染过程中如何参与宿主的吞噬。例如分泌蛋白PtpB抑制iNOS基因的表达和NO的产生。分泌蛋白SapM、EIS、Zmp1、SecA2等抑制吞噬小体的成熟；PknG、PtpA则分别抑制了吞噬体-溶酶体膜的融合和吞噬体的酸化等等。

   三、吞噬体的发生与结核病新型诊疗生物标志物

   笔者从人外周血中发现了4个来自宿主的基因，包括BATF2、SERPING1、VAMP5和UBE2L6，它们与宿主吞噬体和吞噬作用密切相关。通过临床验证的结果显示这4个基因可以作为活动性肺结核的生物标志物，用于活动性肺结核的精准诊断。此外还有大量的来自宿主和结核分枝杆菌的分子作为结核病诊疗的标志物（图2）。

图2 结核分枝杆菌吞噬体组分动态变化及结核病新型诊疗标志物

总结与展望

   综上所述，结核分枝杆菌的感染影响着巨噬细胞吞噬体组分的动态变化，并最终导致了感染结局的不同。越来越多的研究证明，靶向吞噬体的蛋白质表观遗传学在调节吞噬体信号传导、免疫等功能中扮演着重要的角色，不同翻译后修饰的蛋白酶积极参与着吞噬体脂类、蛋白质的动态，调控吞噬体命运，也揭示了吞噬体蛋白质组的复杂性。

本文来自于“中国防痨杂志期刊社”公众号