《科学》发现刷新百年认知:对抗细菌,细胞内有这样的“战斗机”!

subtitle 学术经纬 10-20 00:05 跟贴 2 条

▎药明康德内容团队编辑

假如你是一颗小细菌,被吞入人类的细胞后,会发现细胞里漂浮着一团团油滴,它们看起来很好吃。然而,令人意想不到的是,这些富有吸引力的美味竟是细胞内的陷阱……

在顶尖学术期刊《科学》的最新一期上,科学家们发现,细胞内包裹着油脂的脂滴(lipid droplet),其实在帮助人体自身的防御系统抵抗感染,堪称细胞里的“细菌战斗机”。这一发现不仅刷新了人们多年来对脂滴的认识,也为开发新的抗菌疗法提供了新的方向

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脂滴是细胞内的一种结构,顾名思义,里面装满了油脂,由单层磷脂分子组成的膜包裹着。过去,人们一直认为脂滴的作用就是储存多余的油脂,给需要使用脂质的场所(例如线粒体)提供燃料。 近年的一些研究则发现,脂滴会吸引一些入侵细 胞的病原体,包括细菌(如分岐杆菌)、寄生虫(如疟原虫)、病毒(如丙肝病毒)等,为它们提供营养。

而在这项研究中,科学家们发现,脂滴直接参与了细胞与病原体之间的斗争。

图片来源:123RF

在模拟细菌感染的实验中,研究人员给动物注射了脂多糖(LPS),这是一种细菌毒素分子,可以刺激动物的先天免疫反应。他们随后观察到,相比注射盐水的对照组,这些动物的肝脏细胞中,脂滴的数量明显增多。 分离出来的这些脂滴可以起到抑制大肠杆菌生长的作用,并且LPS组的脂滴有更强的抑菌能力。 这表明,由LPS驱动的免疫信号可能启动了脂滴的抗菌作用

研究人员进而分析了脂滴中数百种蛋白质的含量,发现在模拟细菌感染的动物中,脂滴中参与脂质代谢的蛋白质数量减少;相反,大量天然免疫蛋白在脂滴上积聚起来,例如能够抑制多种细菌生长的抗菌肽(cathelicidin)

巨噬细胞内,携带大量抗病原体蛋白的脂滴(绿色)与细菌(蓝色)表面接触(图片来源:参考资料[1])

对人类细胞的观察结果确认了脂滴对细胞内的细菌发起直接的进攻。在电子显微镜下可以看到,当巨噬细胞(一种白细胞)感染细菌后,其中的脂滴会移动到细胞内细菌所在的位置。

这种变化还改变了巨噬细胞利用能量的方式。研究负责人之一Matt Sweet教授解释说:“在没有足够的其他营养成分时,脂滴可以作为线粒体的燃料来源。但是在细菌感染过程中,脂滴从线粒体上移开,从而减少脂肪酸代谢。”这意味着,细胞内的新陈代谢发生了转变,转向更有利于宿主防御的环境。

美国贝勒医学院的病毒学专家Sue Crawford博士没有参与这项研究,她评论说:“我们认识到脂滴的存在已经超过100年了,但对它的了解却还不多。而这项精彩的研究指出了脂滴具有抗菌功能的一些机制。”

研究人员指出,对于细菌感染的治疗,已经出现了一些对抗生素具有耐药性的超级细菌,而通过了解人体的自然防御能力,或将开发出不依赖抗生素、对抗耐药性的新疗法。

参考资料

[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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