刷新百年认知！《科学》发现对抗细菌，细胞内有这样的“战斗机”

互推小编 2023-11-21

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。

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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