Nature | 巨噬细胞回收吞噬的细菌以促进免疫代谢反应

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推荐一篇发表在Nature上的文章,题目为“Macrophages recycle phagocytosed bacteria to fuel immunometabolic responses”,通讯作者是来自法国波尔多大学的Johan Garaude,他们课题组主要研究免疫代谢及宿主病原相互作用。

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营养物质除了用于产生能量和用于生物分子合成外,还可以影响免疫细胞(如巨噬细胞)的激活、功能和分化。在免疫过程中,某些细胞(如巨噬细胞)可以通过吞噬作用降解所吞噬微生物中的生物大分子来获取营养物质,并利用这些物质调节免疫代谢反应。因此本文着重探讨了巨噬细胞吞噬细菌过程中获取的营养物质对于调节其代谢和免疫功能的作用。

作者首先比较了巨噬细胞在吞噬灭活的非致病性大肠杆菌(KEC)和通过脂多糖(LPS)直接激活Toll样受体4TLR4)后巨噬细胞的代谢重编程。结果显示,吞噬整个细菌会触发与LPS不同的代谢重编程,特别是氨基酸转运蛋白的表达显著不同。此外,吞噬KEC显著增加了巨噬细胞的氧消耗率(OCR),表明吞噬的细菌为线粒体氧化磷酸化提供了营养物质。

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研究人员进一步通过稳定同位素标记(SILAC)氨基酸和葡萄糖标记KEC,发现巨噬细胞在吞噬这些被标记的KEC后,细菌来源的碳原子可以迅速地纳入自身代谢物的合成中,包括各种非必需氨基酸、TCA循环产物,包括具有抗炎功能的衣康酸,这一过程在革兰氏阴性菌和阳性菌处理条件下都可以观察到,表明该过程与所使用的细菌种类无关。

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为了进一步探讨巨噬细胞如何调控吞噬细菌后产生的营养物质回收,作者检查了细胞中具有感知营养和能量输入的信号通路,发现RagA/mTORC1信号通路在调节吞噬溶酶体中细菌来源营养物质的命运中起关键作用。含有LPSFITC 乳胶珠可以使得RagAmTOR共定位于其表面,而LPS激活这一通路的效果也相对KEC更加显著。RagA依赖的mTORC1激活会抑制细菌来源氨基酸的摄取和利用,而RagA缺陷则促进了细菌来源代谢物的回收。

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巨噬细胞能够区分存活的微生物和灭活的微生物,从而根据微生物的存活状态调整代谢途径。研究发现,吞噬灭活的KEC比吞噬存活的EC更能诱导GSH代谢和衣康酸的产生,同时降低活性氧(ROS)水平。这种代谢重编程与转录水平的基因表达无关,而是通过代谢通路的重新布线实现的。灭活细菌提供的碳源更有效地被巨噬细胞利用,支持其在营养匮乏环境下的存活和抗氧化反应。此外,灭活细菌中的环磷酸腺苷(cAMP)被转化为AMP,激活AMPK并抑制mTORC1信号通路,从而调节巨噬细胞的免疫代谢反应。这些发现揭示了细菌存活状态如何通过代谢信号调控巨噬细胞的功能,为理解免疫代谢提供了新视角。

本文作者:LYC
责任编辑:MB
DOI:10.1038/s41586-025-08629-4
原文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-025-08629-4

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