巨噬細胞內脂滴在病原體感染中作用的研究進展

曾澤群，撒亞蓮，呂梁

1 昆明理工大學附屬醫院 云南省第一人民醫院放射科，昆明 650032；2 昆明理工大學附屬醫院 云南省第一人民醫院臨床醫學研究中心

先天免疫系統是生物體在長期種系進化過程中逐漸形成的天然免疫防御體系，主要由組織屏障、先天免疫細胞和先天免疫分子組成。巨噬細胞是先天免疫細胞之一，在機體抗感染、抗腫瘤以及免疫調節等方面發揮重要作用。脂滴（LDs）是一種由單層磷脂膜構成的儲脂細胞器。在一些病原體感染活化的巨噬細胞內經常觀察到LDs 累積現象［1-2］。以往研究認為，LDs 累積可為胞內病原體提供營養底物和生存場所，從而促進感染的發生、發展［3］。近年研究發現，LDs 增加由巨噬細胞先天免疫通路激活所驅動，累積的LDs為炎癥介質提供了儲存與合成場所，而LDs 蛋白能夠介導巨噬細胞殺傷或清除病原體。因此，LDs被認為是先天免疫系統的一部分［4］。本文結合文獻就巨噬細胞內LDs在病原體感染中作用的研究進展作一綜述。

1 LDs概述

1.1 LDs 結構 LDs 是由中性脂質核心、單層磷脂膜和表面蛋白構成的近似球形細胞器。脂質核心主要包含甘油三酯（TG）、膽固醇酯（CE），單層磷脂膜的疏水性磷脂酰基鏈朝向脂質核心，而親水性頭部朝向外部胞質。LDs 的單層磷脂膜上含有多種LDs蛋白，包括參與脂類合成與分解的酶類、包被蛋白家族、膜運輸蛋白和一些免疫相關蛋白等［5］。雖然LDs在結構上具有保守性，但在不同類型細胞和不同病理生理條件下，LDs 的大小、數目、分布以及脂質和蛋白組成可發生動態變化。因此，LDs 具有明顯的可塑性。

1.2 LDs 功能 LDs 是細胞內脂質代謝的重要樞紐，能夠動態調控細胞內能量穩態、參與蛋白質轉移、膜成分運輸以及信號傳導等細胞生命活動。LDs 內儲存的TG 可通過甘油三酯脂肪酶（ATGL）、激素敏感性ATGL 和單酰甘油脂肪酶催化分解為甘油和脂肪酸，以便需要時提供能量。此外，LDs 還能與其他細胞器相互作用，如內質網、線粒體、溶酶體、過氧化物酶體等，以維持細胞能量穩態和協同應對不利環境因素，如阻止細胞應激反應［6］。近年研究發現，LDs 累積是巨噬細胞促炎活化的結構生物學標志，與巨噬細胞的生物學功能密切相關［7］。LDs能夠參與先天免疫和炎癥反應的一些關鍵事件，以協助宿主細胞和巨噬細胞清除病原體。

2 感染驅動巨噬細胞內LDs累積的機制

在感染微環境中，巨噬細胞通過模式識別受體（PRRs）識別結合病原體或其產物中共有的高度保守分子，即病原體相關分子模式（PAMPs），從而介導先天免疫效應。在巨噬細胞先天免疫通路激活的同時，通常還會伴隨顯著的脂質代謝重編程。

2.1 巨噬細胞活化相關的脂質代謝轉變 Toll 樣受體（TLRs）是一類信號轉導型PRRs，可通過結合PAMPs介導巨噬細胞活化。有研究發現，TLRs家族許多成員可介導巨噬細胞內LDs 累積［8］。脂多糖（LPS）是革蘭陰性菌細胞壁的主要成分，也是TLR4的經典配體。FEINGOLD 等［9］研究發現，LPS 與RAW264.7 細胞或原代小鼠腹腔巨噬細胞TLR4 結合，可導致葡萄糖轉運蛋白1、甘油二酯酰基轉移酶2 表達上調，以及促進參與脂肪酸氧化的肉堿脂酰轉移酶1α、1β 表達下調，從而RAW264.7 細胞攝取外源性葡萄糖增多，細胞有氧糖酵解增強，而TG 合成增加、分解減少，最終促使細胞內LDs增多。

近年來，活化巨噬細胞脂質代謝重編程得到了更深入的研究。HSIEH 等［10］對巨噬細胞內750 余種脂質分子研究發現，不同TLRs激動劑可導致巨噬細胞總脂質含量增加，但不同脂類及亞類改變不同，這種脂質重塑具有TLRs 特異性；敲除巨噬細胞TLR1/2、TLR7、TLR9 共同的關鍵銜接分子MyD88，或敲除TLR3 的銜接分子TRIF，會顯著減弱TLRs 激活導致的脂質重塑，而TLR4 可同時招募MyD88 和TRIF 作為銜接分子，敲除MyD88 或TRIF 后TLR4 激活，會導致脂質重塑減弱；MyD88 信號通路激活可上調巨噬細胞長鏈脂肪酸合成，該途徑需要膽固醇調節元件結合蛋白（SREBPs）參與，而TLR3 則通過TRIFIFN 信號通路誘導IFN 產生，并通過IFN 自分泌效應降低飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸合成。結果提示，巨噬細胞內脂質增加可能源于攝取增加和/或分解減少。

2.2 巨噬細胞活化相關的脂質代謝信號通路和轉錄因子 SREBPs 上調可增強巨噬細胞脂質合成。SREBPs是調控脂質合成的關鍵轉錄因子，通過調節下游脂質合成酶靶基因表達調控細胞內脂質含量［11］。IM等［12］研究發現，TLR4可通過激活NF-κB信號通路直接上調SREBP-1a 表達。此外，一些TLRs亦可通過激活PI3K-Akt-mTORC1 信號通路上調SREBP-1a 表達。ARBIBE 等［13］研究報道，TLR2 可通過募集Rac1 激活PI3K-Akt 信號通路。TROUTMAN等［14］研究發現，PI3K 銜接蛋白1（PIK3AP1）缺陷型和MyD88 缺陷型巨噬細胞在接受TLR4 或TLR9 刺激后可抑制Akt 磷酸化，這可能是由于PIK3AP1 位于MyD88 下游，而MyD88 是TLR4、TLR9 下游第一個銜接分子。

PPARγ/CD36信號通路激活可增強巨噬細胞脂質攝取。劉冬梅等［15］研究發現，結核分枝桿菌感染的巨噬細胞PPARγ 表達顯著增強，進而上調脂肪酸轉位酶表達，促進巨噬細胞攝取脂質。這一研究與ALMEIDA 等［16］利用牛型分枝桿菌激活TLR2-NF-κB信號通路可誘導LDs 形成結論相符。PPARγ/CD36和CD11b/CD18/CD14 在脂筏中共表達，并與LXR和SREBPs協同促進LDs積累。

巨噬細胞內LDs 形成還與HIF-1α 上調導致脂解降低有關。KNIGHT 等［17］研究發現，結核分枝桿菌感染能夠上調巨噬細胞內TG、CE 含量，而IFN-γ預處理則顯著增強這一效應，其機制可能與HIF-1α活化有關。HIF-1α 可通過上調缺氧誘導脂滴相關蛋白HILPDA，增加脂肪ATGL 泛素化降解，從而抑制巨噬細胞脂解。此外，PARK 等［18］研究發現，IFN-α 誘導的級聯反應能夠通過改變染色質狀態，增強TLR4 刺激誘導的一系列轉錄改變，而NF-κB可直接結合到HIF-1α 啟動子并上調其轉錄活性［19］，這可能是IFN 對TLRs 介導的脂質代謝重編程調控的重要機制，但尚需進一步驗證。

總之，TLRs 激活下游信號通路和轉錄因子，通過增加脂肪酸合成和/或攝取并增強TG 合成、抑制TG 分解等，促進巨噬細胞內中性脂質累積和LDs生成。

3 LDs在巨噬細胞感染應答中的作用

3.1 為炎癥介質提供儲存及合成場所 在感染灶中，病原體連同局部細胞產生的趨化因子、細胞因子可募集并活化巨噬細胞，活化的巨噬細胞可分泌多種細胞因子或炎癥介質促進炎癥反應，而LDs 與巨噬細胞介導的炎癥反應密切相關。LDs 在響應病原體刺激后可調控脂質活性分子生成，并通過自分泌途徑進一步調控炎癥因子表達，從而參與巨噬細胞介導的炎癥反應。

LDs 是類二十烷酸儲存和加工的場所。類二十烷酸是多不飽和脂肪酸（PUFA）的代謝產物，如前列腺素（PGs）、凝血惡烷類（TXs）、白三烯（LTs）和脂質素（LXs）等脂質活性分子［20］。在白細胞和巨噬細胞中，LDs 是以花生四烯酸（AA）為主的PUFA 主要儲存場所，這些PUFA 以酯化的形式儲存在LDs 核心或膜磷脂中［21］。此外，LDs 還含有類二十烷酸合成所需的多種酶，如環氧合酶（COX）、脂質氧合酶（LO）。AA 通過COX 途徑產生PGs 和TXs，通過LO途徑產生LTs和LXs［22］。這些介質從白細胞和/或其他細胞中釋放出來，通過與靶細胞上的G 蛋白偶聯受體結合來調控局部微環境中炎癥反應和免疫反應［23］。

LDs 累積可增強巨噬細胞介導的炎癥反應。CASTOLDI 等［24］研究發現，LPS 和IFN-γ 協同刺激巨噬細胞后，LDs 的脂質核心中含酯化AA 的TG 含量增加，而LDs 的膜磷脂中酯化AA 的含量無變化；DAGT1 抑制劑可抑制巨噬細胞中TG 合成和LDs形成，同時還可抑制前列腺素E2（PGE2）、IL-1β、IL-6 等炎癥因子產生；外源性添加PGE2 則抑制DAGT1 抑制劑介導的IL-6、IL-1β 等炎癥因子降低。VAN DIERENDONCK 等［25］研究發現，TLRs 可上調HILPDA 表達，抑制ATGL 分解TG，而HILPDA 基因敲除的巨噬細胞在響應LPS刺激4～8 h能夠分泌更多的PGE2、IL-6，提示LDs 中TG 分解是AA 的重要來源。

3.2 介導巨噬細胞殺傷或清除病原體 活化的巨噬細胞通過吞噬作用、氧依賴性殺菌系統和非氧依賴性殺菌系統殺傷或清除病原體。抗微生物蛋白和肽類物質是非氧依賴性系統的關鍵分子，其中一些重要成員已被證實定位于LDs，如Cathelicidin 抗菌肽（CAMP）、干擾素刺激基因（ISG）家族蛋白、其他抗微生物蛋白和肽類等。

3.2.1 CAMP CAMP 是一類具有廣譜抗微生物作用的肽類物質，通過維生素D 信號通路誘導產生。LL-37 是人體內唯一發現的CAMP［26］。BOSCH 等［4］研究發現，在人類巨噬細胞和肝細胞中CAMP 可響應LPS 刺激表達上調，并通過N 端疏水結構域定位到LDs；透射電鏡下，LPS 刺激后巨噬細胞內LDs 和線粒體接觸減少，而LDs 和胞內大腸桿菌接觸位點和接觸頻率增加；慢病毒轉染修飾CAMP 基因的Huh7 細胞對大腸桿菌、單核細胞增多性李斯特菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌具有更高的抵抗力，并且該效應可被脂質預載加強。

3.2.2 ISG 家族蛋白 ISG 作為由IFN 誘導表達的基因，其編碼蛋白在宿主抵抗病毒感染過程中發揮重要作用［27］。部分具有抗病毒作用的ISG 家族蛋白定位于LDs 表面，如viperin、免疫相關GTP 酶、干擾素誘導蛋白等［4］。viperin 是目前研究最多的ISG 家族蛋白，其借助N 端兩親性α 螺旋定位至巨噬細胞內LDs［28］。viperin 可催化CTP 產生ddhCTP 分子，ddhCTP分子能夠模擬病毒復制所需的核苷酸，并被整合至病毒基因組中，進而阻止RNA 聚合酶工作，最終阻止病毒復制。此外，viperin 還可促進先天免疫信號通路傳導增強IFN-γ產生［29］。

3.2.3 其他抗微生物蛋白和肽類 干擾素刺激基因15（ISG15）在先天免疫抗病毒中發揮重要作用。環指蛋白213是ISG15修飾的靶蛋白，巨噬細胞中環指蛋白213 在Ⅰ類IFN 信號傳導中被轉移至LDs 并在ISG15 修飾下完成寡聚化，從而具有廣泛的抗感染活性［30］。LDs 磷脂膜上嵌有各種抗微生物蛋白并成為巨噬細胞非氧依賴性殺菌系統中的重要一環。在感染因子作用于巨噬細胞后，LDs 通過與線粒體解偶聯而與病原體接觸增加，從而更好地殺滅攝取的病原體。

3.3 為病原體提供營養底物和復制場所 在病原體和宿主長期共同進化過程中，病原微生物演化出了多種逃避或抑制宿主免疫應答的機制。LDs 中脂質成分是病原體潛在的物質能量來源，被巨噬細胞吞噬內化的某些病原體可通過靶向LDs獲得營養底物和復制場所。

PEYRON 等［31］研究發現，結核分枝桿菌的氧化型分枝菌酸誘導人單核細胞來源的巨噬細胞轉化為富含LDs的泡沫巨噬細胞；電鏡下可觀察到，在結核分枝桿菌H37Rv感染11天后的單核細胞中，一些含菌的吞噬體靠近胞內LDs，部分包繞LDs 形成類似脂肪自噬的鏡下結構，并且有菌體轉移至LDs 中。ROQUE 等［32］研究發現，牛型分枝桿菌胞壁成分脂阿拉伯甘露聚糖、磷脂酰肌醇甘露糖苷和宿主細胞蛋白Rab7 可介導LDs 和吞噬體接觸，但LDs 是否發生脂肪自噬為結核分枝桿菌提供營養底物仍有待證實。此外，DIAS 等［33］在COVID-19 患者單核細胞或體外感染SARS-COV-2 的Vero 細胞中均發現LDs 累積，在免疫熒光和透射電鏡下可觀察到病毒成分位于LDs 表面及脂質核心邊緣，而抑制DAGT1 可減少LDs 累積的同時顯著降低病毒復制速率和炎癥因子水平，提示LDs 可能通過提供脂質成分和組裝平臺支持某些病毒復制。因此，LDs 不僅可為病原體生存和繁殖提供物質能量基礎，還可為某些胞內病原體提供相對隔絕的環境，從而協助其逃避被免疫清除。

綜上所述，LDs 是一種功能活躍、動態變化的脂性細胞器，在巨噬細胞對病原微生物感染的免疫應答中，TLRs 先天免疫通路激活誘導LDs 形成，一方面通過上調表面的抗微生物蛋白和肽類、合成脂類炎癥介質等方式參與巨噬細胞對病原體的免疫炎癥反應，另一方面某些病原體也可靶向LDs 獲取自身所需的營養底物和復制場所。成功的先天免疫能夠限制病原體復制，從而限制感染進展并為適應性免疫徹底清除病原體創造條件和時機。考慮到目前抗菌藥物耐藥形勢嚴峻，調控LDs 介導的先天免疫有可能成為抗感染治療新的策略，進一步闡明病原體與LDs 的相互作用機制將有助于發現新的治療靶點。