編譯 | Leon
責編 | 十一月
細胞中含有抗菌肽(綠色)的脂滴(藍色)近日發表在Science雜誌上的研究題為Mammalian lipid droplets are innate immune hubs integrating cell metabolism and host defense,指出脂滴可能是細胞抵禦病原體入侵的第一道防線。研究表明,當外來的細菌進入細胞質時,胞內含抗菌蛋白質的脂滴會向它們「發起進攻」。
University of Nebraska Medical Center的微生物病理學家Stacey Gilk說,該研究首次證明,脂滴和胞內病原體之間存在直接的相互作用。「我認為這非常有趣。」
Baylor College of Medicine的病毒學家Sue Crawford並沒有參與這項研究,她說,人們在超過100年前就已經認識到脂滴的存在了,但直到現在,我們對它們的了解仍然不夠。這是一篇很棒的論文,明確了脂滴抵抗外來細菌入侵的分子機制。
脂滴是存在於所有真核細胞中的一種細胞器。顧名思義,它們充滿了脂肪,並由一層磷脂單分子膜包裹起來(這與傳統的雙層膜細胞器有所不同)。過去,脂滴曾經被認為是儲存脂肪的場所,並在需要的時候為細胞提供燃料。例如,脂滴會為線粒體提供燃料,以生產能量。Sue Crawford說,最近的研究表明,某些病毒、細菌和寄生蟲會利用細胞內的這些富含燃料的液滴來促進自身的生長和繁殖。
但是,也有證據表明,細胞會在脂滴上添加抗菌蛋白質,就像人們在奶酪中加入毒藥來清除家裡的老鼠一樣。小鼠細胞中的脂滴含有抗病毒化合物viperin和一種可以激活免疫反應的蛋白質【1-2】,而果蠅細胞的脂滴也含有抗菌蛋白質【3】。
脂滴介導了先天性免疫反應
最新的這項Science研究來自University of Barcelona的細胞生物學家Albert Pol。他們的研究進一步證明了這一點,即哺乳動物細胞的脂滴含有大量的免疫蛋白,並且對許多種類的細菌有抵抗活性。
研究人員給實驗小鼠注射脂多糖(LPS)來模擬細菌感染,LPS是一種可以刺激免疫反應的細菌分子。博士後研究員Marta Bosch說,LPS可以誘導動物肝臟細胞裡面的脂滴數量的增加。
研究人員從注射過LPS或鹽水的小鼠中分離出脂滴,發現它們可以抑制體外培養的大腸桿菌,而注射過LPS小鼠的脂滴抑菌能力更強。研究小組認為,由LPS誘導的免疫信號可能啟動了脂滴的抗菌功能。實驗者還從受到細菌感染的小鼠身上分離出脂滴,發現它們與LPS處理的小鼠脂滴具有類似的抗菌效果。
研究小組還分析了LPS處理的小鼠的脂滴中蛋白質的含量,發現LPS可以降低參與脂代謝的蛋白質的數量,並提高了免疫因子的水平。這其中包括抗菌肽(cathelicidin)——一種廣譜的抗菌蛋白。
抗菌肽也存在於人巨噬細胞的脂滴中。研究小組發現,當這些細胞被大腸桿菌感染時,脂滴數量增加,並與細菌處於相同的位置。脂滴豐度更高的巨噬細胞能更好地抑制大腸桿菌。
實驗者破壞了巨噬細胞中抗菌肽的生成,結果它們的抗菌效果明顯下降。反過來,抗菌肽合成能力更強的巨噬細胞,可以更好地抑制大腸桿菌、李斯特菌和金黃色葡萄球菌的生長。
微生物學家和免疫學家Minal Mulye說,迄今為止的大多數研究都已經證明了脂滴在病原體入侵過程中的重要性。這項令人興奮的研究第一次提出了脂滴的抗菌能力,這種抗菌效應需要在不同的病原體感染模型中得到進一步的探索,將來還有可能成為一種新的抗菌療法。
原文連結:
https://www.the-scientist.com/news-opinion/lipid-droplets-are-intracellular-bacteria-fighting-machines-68045
https://science.sciencemag.org/content/370/6514/eaay8085
參考文獻
1. Hinson ER, Cresswell P. The antiviral protein, viperin, localizes to lipid droplets via its N-terminal amphipathic alpha-helix. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(48):20452-20457. doi:10.1073/pnas.0911679106
2. Bougnères L, Helft J, Tiwari S, et al. A role for lipid bodies in the cross-presentation of phagocytosed antigens by MHC class I in dendritic cells. Immunity. 2009;31(2):232-244. doi:10.1016/j.immuni.2009.06.022
3. Anand P, Cermelli S, Li Z, et al. A novel role for lipid droplets in the organismal antibacterial response. eLife. 2012;1:e00003. Published 2012 Nov 13. doi:10.7554/eLife.00003
製版人:十一