細胞利用脂滴抵禦病毒和細菌感染機制

2020-10-22 第一醫學頻道

在一項新的研究中，來自西班牙多家研究機構的研究人員描述了一種新的免疫防禦機制。這種機制是由能夠吸引和清除入侵病原體的細胞器---脂滴（lipid droplet）---協調的。

脂滴是我們的細胞積累營養物的細胞器，這些營養物以脂肪的形式為細胞的功能發揮提供必要的能量。比如，脂滴為心臟的跳動、肝臟的代謝功能或肌肉的運動提供能量。

論文共同通訊作者Albert Pol教授說，「脂滴就像我們細胞的儲藏室，我們把以後要用的食物積累在這裡。這發生在所有真核細胞中，從酵母或昆蟲到植物或哺乳動物。」

當病毒或細菌感染宿主細胞時，它們需要大量的營養物來增殖，並讓它們達到脂滴。在這項新的研究中，這些研究人員發現，為了應對感染，脂滴將抗生素和抗病毒蛋白組裝在一起而形成複合物，在這些複合物中，抗生素和抗病毒蛋白協同作用，對抗病原體並消滅它。這是一種會在身體所有細胞中發揮作用的機制，而不僅僅是巨噬細胞等免疫系統細胞所特有的。在昆蟲身上也觀察到了這種防禦策略，這說明了它在我們先天免疫進化過程中的重要性。

英國昆士蘭大學分子生物科學研究所的研究人員羅伯特·帕頓（Robert Parton）教授和馬特·斯威特（Matt Sweet）教授，以及巴塞隆納大學的阿爾伯特·波爾（Albert Pol）教授進行了國際合作，他們發現，這些脂肪滴既是食物來源，也是對抗細菌入侵的「秘密武器」——它悄悄地參與了病原體和我們細胞之間的戰鬥。

脂肪是細胞「兵工廠」的一部分——細胞可以製造有毒蛋白質，把它們「包裝」在脂滴中，然後攻擊入侵者。人類脂肪細胞的專門化細胞以脂滴的形式儲存體內脂肪。多年來，生物學家們都認為脂滴只是一個細胞中脆弱的儲存場所，在動物細胞被感染時僅能成為細菌的食物。

而隨著耐抗生素超級細菌數量的增加，研究人員決心尋找對抗感染的替代方法。

一種可能是增強人體的自然防禦能力。斯威特教授說:「我們發現，被稱為巨噬細胞的白細胞感染後，脂滴會移動到巨噬細胞中細菌存在的地方。」

細菌感染也改變了白細胞消耗能量的方式。「當沒有足夠的其他營養物質時，脂滴可以作為線粒體的燃料來源。」在感染過程中，脂滴離開線粒體轉而攻擊細菌，從而改變細胞的新陳代謝。

細胞生物學家帕頓教授在果蠅中發現這種現象後受到啟發，繼續進行這項研究。研究小組在小鼠和人類細胞上進行了一系列實驗，他們發現，脂滴上攜帶一系列蛋白質，這些蛋白質功能很廣泛，比如還可以參與免疫反應。

他們發現了脂質液滴攜帶著一個被與免疫反應關聯的蛋白質的陣列。當危險細菌進入細胞時，會觸發化學警報信號，使脂滴上的免疫蛋白被激活，進而殺死任何接近脂滴的細菌。

「大多數人認為脂滴是『脂肪團』，只對儲存能量有用，但現在我們看到它們在細胞中起著代謝開關、抵禦感染等作用——現在有整個科學會議的研究人員都在研究它們。」

研究人員表示："它正在使用它就像一個蜂蜜陷阱一樣，它正在生產這些蛋白質，把它們放在脂質液滴上，然後殺死細菌"。

不過需要指出的是，到目前為止，研究人員們還只是找到證據表明脂質液滴能對抗細菌，尚未找出它們對抗病毒的跡象。而且這些脂肪滴也並非「萬能武器」，一些常見的細菌和病原體業能夠躲開這些脂肪滴的攻擊。因此，找出哪些細菌可以存活，以及它們是如何存活的，也將至關重要。

下一步，研究人員們希望找出脂滴是如何靶向細菌的，並主要聚焦於利用這種脂質液滴的免疫活性來幫助治療傳染病。研究人員指出，通過了解人體的自然防禦，可以開發出不依賴抗生素來對抗耐藥感染的新療法。

細胞先天免疫的關鍵

這些研究人員發現為了保護自己免受感染，細胞會在脂滴上放置大量的抗生素和抗病毒蛋白。通過比較了正常細胞和受感染細胞中脂滴的表面積，他們總共確定了400種候選蛋白，當與病原體接觸時，它們將發揮脂滴的保護功能。論文共同通訊作者Marta Bosch解釋說， 「在這項研究中，我們著重關注其中的6種蛋白，我們證明它們在感染不同類型的細菌時保護宿主細胞。」

論文共同第一作者Miguel Sánchez-álvarez說，「這些抗生素和抗病毒蛋白集中在宿主細胞內的單個區室中，在那裡，它們可以發揮協同作用，同時減少它們的毒性，並允許細胞的其餘部分正常運作。」

此外，這項新的研究表明，這種策略可以產生廣譜反應，也就是說，存在許多具有不同作用機制的抗生素和抗病毒蛋白。它還允許產生協作機制來攻擊感染。這些作者解釋說，「蛋白之間存在協同作用，例如，一個蛋白破壞病原體的膜，另一個蛋白破壞它的基因組物質 。」

Albert Pol說，「在此之前，人們一直認為脂滴在感染過程中服務於病毒或細菌，然而，這項新的研究表明這個觀點是錯誤的。鑑於對當前抗生素普遍存在的耐藥性，這項研究揭示了一種重要的防禦機制，可能可以用於開發新的治療策略以阻止感染。」

來源：中廣集團、微生物技術應用

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