《科學》發現刷新百年認知:對抗細菌,細胞內有這樣的「戰鬥機」!

2020-11-25 騰訊網

▎藥明康德內容團隊編輯

假如你是一顆小細菌，被吞入人類的細胞後，會發現細胞裡漂浮著一團團油滴，它們看起來很好吃。然而，令人意想不到的是，這些富有吸引力的美味竟是細胞內的陷阱……

在頂尖學術期刊《科學》的最新一期上，科學家們發現，細胞內包裹著油脂的脂滴（lipid droplet），其實在幫助人體自身的防禦系統抵抗感染，堪稱細胞裡的「細菌戰鬥機」。這一發現不僅刷新了人們多年來對脂滴的認識，也為開發新的抗菌療法提供了新的方向。

脂滴是細胞內的一種結構，顧名思義，裡面裝滿了油脂，由單層磷脂分子組成的膜包裹著。過去，人們一直認為脂滴的作用就是儲存多餘的油脂，給需要使用脂質的場所（例如線粒體）提供燃料。近年的一些研究則發現，脂滴會吸引一些入侵細胞的病原體，包括細菌（如分岐桿菌）、寄生蟲（如瘧原蟲）、病毒（如C肝病毒）等，為它們提供營養。

而在這項研究中，科學家們發現，脂滴直接參與了細胞與病原體之間的鬥爭。

圖片來源：123RF

在模擬細菌感染的實驗中，研究人員給動物注射了脂多糖（LPS），這是一種細菌毒素分子，可以刺激動物的先天免疫反應。他們隨後觀察到，相比注射鹽水的對照組，這些動物的肝臟細胞中，脂滴的數量明顯增多。分離出來的這些脂滴可以起到抑制大腸桿菌生長的作用，並且LPS組的脂滴有更強的抑菌能力。這表明，由LPS驅動的免疫信號可能啟動了脂滴的抗菌作用。

研究人員進而分析了脂滴中數百種蛋白質的含量，發現在模擬細菌感染的動物中，脂滴中參與脂質代謝的蛋白質數量減少；相反，大量天然免疫蛋白在脂滴上積聚起來，例如能夠抑制多種細菌生長的抗菌肽（cathelicidin）。

▲巨噬細胞內，攜帶大量抗病原體蛋白的脂滴（綠色）與細菌（藍色）表面接觸（圖片來源：參考資料[1]）

對人類細胞的觀察結果確認了脂滴對細胞內的細菌發起直接的進攻。在電子顯微鏡下可以看到，當巨噬細胞（一種白細胞）感染細菌後，其中的脂滴會移動到細胞內細菌所在的位置。

這種變化還改變了巨噬細胞利用能量的方式。研究負責人之一Matt Sweet教授解釋說：「在沒有足夠的其他營養成分時，脂滴可以作為線粒體的燃料來源。但是在細菌感染過程中，脂滴從線粒體上移開，從而減少脂肪酸代謝。」這意味著，細胞內的新陳代謝發生了轉變，轉向更有利於宿主防禦的環境。

美國貝勒醫學院的病毒學專家Sue Crawford博士沒有參與這項研究，她評論說：「我們認識到脂滴的存在已經超過100年了，但對它的了解卻還不多。而這項精彩的研究指出了脂滴具有抗菌功能的一些機制。」

研究人員指出，對於細菌感染的治療，已經出現了一些對抗生素具有耐藥性的超級細菌，而通過了解人體的自然防禦能力，或將開發出不依賴抗生素、對抗耐藥性的新療法。

參考資料

[1] Marta Bosch et al., (2020) Mammalian lipid droplets are innate immune hubs integrating cell metabolism and host defense. Science. DOI: 10.1126/science.aay8085

[2] Fats fighting back against bacteria. Retrieved Oct. 19, 2020, from https://www.uq.edu.au/news/article/2020/10/fats-fighting-back-against-bacteria

[3] Lipid Droplets Are Intracellular Bacteria-Fighting Machines. Retrieved Oct. 19, 2020, from https://www.the-scientist.com/news-opinion/lipid-droplets-are-intracellular-bacteria-fighting-machines-68045

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