研究认为线粒体可能是免疫系统“瞭望塔”

参考消息网8月13日报道 美国趣味科学网站7月29日发表报道，题为《线粒体可能是免疫系统的“瞭望塔”，帮助我们防御病菌》，作者安德鲁·蒙蒂思。内容编译如下：

线粒体主要被认为是细胞中产生能量的组成部分。但科学家们越来越发现，其功能远不止为细胞供能。它们还参与免疫功能，如控制炎症、调节细胞的死亡和应对感染等。

我和同事们的研究揭示了线粒体在免疫反应中的另一个关键作用：感知细菌活动并帮助中性粒细胞(一种白细胞)捕获和杀死细菌。

过去16年来，我的研究一直聚焦于理解免疫细胞在感染期间如何做出决策，以及当这些决策过程被破坏时会如何导致疾病。我们实验室的最新发现解释了为什么狼疮等自身免疫性疾病患者可能难以抵抗感染的原因，并揭示了线粒体功能失调同免疫防御减弱之间的潜在联系。

免疫系统的秘密武器

中性粒细胞是最丰富的免疫细胞类型，是免疫系统的第一道防线。它们的关键防御机制之一是释放中性粒细胞胞外诱捕网(一种由脱氧核糖核酸和抗菌蛋白组成的网状结构)。中性粒细胞胞外诱捕网能捕获并中和入侵微生物，防止其在体内扩散。

直到最近，科学家还认为中性粒细胞胞外诱捕网的形成主要由细胞应激和损伤触发。然而我们的研究发现，线粒体可以检测出特定的细菌代谢副产物乳酸，并利用该信号启动中性粒细胞胞外诱捕网形成。

当线粒体功能异常时，可能会削弱人体的免疫防御。乳酸在人体中通常与肌肉疲劳相关。但在细菌感染背景下，它扮演着不同的角色。许多细菌在自身能量生产过程中会释放乳酸。我的团队发现，一旦细菌被细胞中称为吞噬体的隔室吞噬，中性粒细胞就能感知这种乳酸的存在。

在吞噬体内，这种乳酸能向中性粒细胞传递两个信息：细菌存在，且现有抗菌过程不足以杀死这些病原体。当中性粒细胞内的线粒体检测到这种乳酸时，它们就开始发出信号让细胞解除已捕获细菌的中性粒细胞胞外诱捕网。一旦细菌被释放到细胞外，其他免疫细胞就能杀死它们。

当我们阻断线粒体感知乳酸的能力时，中性粒细胞就无法有效产生中性粒细胞胞外诱捕网。这意味着细菌更容易逃脱并增殖，显示出该机制对免疫防御的关键性。这个过程凸显了细菌代谢同宿主细胞能量机制之间复杂的对话。

令人惊讶的是，当细菌被封闭在吞噬体的隔室中时，细胞内的线粒体仍能检测到细菌的存在。线粒体传感器能以某种方式从这些隔室内获取信号，这是细胞协调的惊人壮举。

靶向线粒体对抗感染

我们的研究属于一个新兴领域，即免疫代谢学，该领域探索代谢同免疫功能之间如何深度交织。研究人员不再将细胞代谢单纯视为产生能量的手段，而是认识到它是免疫决策的核心驱动力。

线粒体处于这种相互作用的核心。它们感知、响应甚至塑造细胞代谢环境的能力使其在决定免疫反应如何及何时部署方面发挥关键作用。

例如，我们的发现为系统性红斑狼疮患者经常遭受反复感染提供了关键解释。狼疮患者中性粒细胞中的线粒体无法正常感知细菌乳酸，导致中性粒细胞胞外诱捕网的产生显著减少。这种线粒体功能障碍可以解释为何狼疮患者更易受细菌感染，尽管由于疾病原因他们的免疫系统持续处于激活的状态。

这一观察指出了线粒体在平衡免疫反应中的核心作用。它将免疫过度活跃和免疫弱点这两个看似无关的问题连接起来。当线粒体正常工作时，它们帮助中性粒细胞对细菌发起有效的针对性攻击。但当线粒体受损时，这个系统就会崩溃。

我们发现线粒体可通过感知细菌乳酸来触发中性粒细胞胞外诱捕网形成，这为治疗感染开辟了新途径。例如，增强线粒体感知的药物可以提升免疫系统较弱人群的中性粒细胞胞外诱捕网产生。反之，对于中性粒细胞胞外诱捕网导致组织损伤的情况(如重症新冠肺炎和自身免疫性疾病)，限制这种反应可能有益。

此外，我们的研究提出了新问题：其他免疫细胞是否使用类似机制感知细菌代谢物？其他细菌副产物是否可能作为免疫信号？更详细地理解这些途径可能催生能更精确调节免疫反应的新疗法，在保留抗菌防御的同时减少附带损伤。

线粒体不仅是细胞的“动力站”，它们还是免疫系统的“瞭望塔”，能对入侵细菌所产生的最微弱的代谢信号保持警觉。随着研究人员对线粒体作用认知的扩展，我们对细胞防御的复杂性和调适性理解也在不断深化。（编译/林朝晖）

科学家进行研究的示意图（法新社）