微生物为吞噬它们的免疫细胞提供能量

当微生物侵入人体时，如巨噬细胞这样的吞噬细胞会迅速行动以清除这些入侵者。这些细胞伸出类似手臂的突起，将微生物包裹起来，然后将其密封在囊泡中进行降解。

吞噬作用对于消除病原体至关重要，但研究人员尚未完全了解被吞噬的微生物的命运。“某些吞噬细胞可以从包含病原体的囊泡中提取抗原，然后将这些抗原呈递给T细胞，”法国国家健康与医学研究院（INSERM）的免疫学家Johan Garaude说，“我在想，这些囊泡的内容物是否也可以为巨噬细胞的新陈代谢服务。”

现在，Garaude和他的团队发现，巨噬细胞从吞噬的细菌中获取营养物质来支持其能量需求，并且这种代谢循环在死菌和活菌之间有所不同。他们的研究结果发表在《自然》杂志上，提供了对宿主-病原体相互作用的更深入理解，并为对抗细菌感染提供了潜在的治疗靶点。

Garaude解释说，细菌在感染过程中会劫持营养物质。“为了补偿这种营养缺乏，巨噬细胞可能发展出了这种能力，以便能够利用吞噬的细菌来喂养自己。”

“这是一项非常全面的研究，”雪松西奈医疗中心的先天免疫学家Andrea Wolf说，她没有参与这项研究。她指出，“从进化角度来看，吞噬作用是一种获取营养的方法，单细胞生物如变形虫就依赖于此。因此，我对此并不感到特别惊讶。”

巨噬细胞利用摄入的细菌为线粒体供能。使用扩展显微镜技术，研究人员捕捉到了小鼠巨噬细胞的线粒体网络（纤维状结构）和细胞核（绿色圆形结构）。

Garaude和他的团队首先用死亡的大肠杆菌处理培养的巨噬细胞。这导致了与离子运输相关的线粒体基因表达增加。他们还观察到氧气消耗率升高，表明吞噬细菌可以为线粒体呼吸链提供燃料。

为了追踪吞噬细菌的命运，Garaude和他的团队让培养的巨噬细胞接触带有重碳同位素标记的代谢产物的死亡大肠杆菌。通过质谱分析，研究人员追踪到重碳原子出现在几种巨噬细胞代谢产物中，包括抗氧化和抗炎分子如谷胱甘肽，表明摄入的细菌提供了代谢中间产物。

当研究人员将标记的死亡大肠杆菌注射到小鼠体内并分离出巨噬细胞时，他们观察到一些代谢产物中含有重碳，揭示了吞噬细胞在体内代谢回收吞噬的细菌。

该团队假设雷帕霉素复合物1（mTORC1）通路，即激活代谢产物合成的通路，会调节这种微生物来源的营养物质回收。为了测试mTORC1的作用，研究人员在巨噬细胞中阻断或激活该通路，然后让这些细胞吞噬标记的死亡细菌并追踪代谢产物的命运。他们观察到，mTORC1被阻断的巨噬细胞吞噬后，细菌衍生营养物质的分解代谢增加，谷胱甘肽途径产物浓度更高。激活该通路的巨噬细胞则表现出相反的效果，从而确定mTORC1调控摄入微生物的营养物质回收。

Garaude和他的团队接下来研究了这种级联反应在活菌和死菌之间的差异。代谢组学分析显示，与吞噬活菌相比，吞噬死菌的巨噬细胞产生了更多的抗氧化剂和一种免疫调节代谢物。

Garaude说：“根据细菌活力的不同，分子处理方式不同，这实际上让我们感到相当惊讶。”

该团队发现，与活菌不同，死菌含有3',5'-环腺苷酸（cAMP），并且在巨噬细胞吞噬后释放了这种代谢物的副产物。这反过来导致mTORC1被抑制，从而通过谷胱甘肽途径代谢物增加了抗氧化反应，最终阻断了促炎反应。

Wolf说：“我对活菌和死菌之间存在差异并不感到惊讶。我想知道这些差异是识别上的差异还是时间上的差异。”她解释说，活菌可能会采用机制来减缓那些最终会像死菌一样发生的过程。她指出，未来的工作应该研究是否可以通过利用吞噬反应来减弱炎症。

Garaude说：“[这些结果] 实际上开辟了一种新的方式来看待代谢如何在对抗细菌感染中发挥作用。这是一个我们需要进一步探索的新方向，看看我们如何能够控制这一现象来对抗细菌感染。”

(全文结束)