Cell | 微生物糖脂中的脂质A结构介导宿主免疫应答

撰文丨李淡宁

微生物产物塑造了宿主的免疫学情形。革兰氏阴性菌的外膜糖脂被称为脂多糖( lipopolysaccharide,LPS) 或脂寡糖( lipooligosaccharide,LOS，无O抗原的LPS)。 LPS 和 LOS 均包含一个碳水化合物核心，该核心与末端 脂质A 连接（LPS结构如下图示），将这些分子锚定在革兰氏阴性菌的外膜上。脂质A是内毒素的活性成分，与常规 脂质A 相比，共生脂质A表现出更高的分子多样性和复杂性。尽管致病性LPS的常规脂质A均一地被六酰化和二磷酸化，但共生脂质A的结构更加多变，其特征是酰基链更少、更长，以及单个磷酸基团。一些研究表明，脂质A的结构多样性会影响共生菌对抗菌肽的敏感性，并影响其免疫调节活性。然而，共生脂质A的这种分子多样性是否以不同于常规脂质A的方式调节宿主的免疫反应仍未得到解决。与此同时，共生脂质A的结构变异对TLR4介导的免疫识别的影响仍未得到探究。

L PS 结构示意图（图片来自网络，版权属于原作者）

近日 ， 哈佛医学院免疫学系 Dennis L. Kasper 团队在

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为了探究脂质A与免疫之间的联系，研究人员对大肠杆菌和人类肠道共生菌脆弱拟杆菌的天然 脂质A 进行脂质组学分析，发现它们的分子属性存在显著差异。大肠杆菌中发现的主要天然 脂质A 结构是六酰化的二磷酸化葡萄糖胺二糖；脆弱拟杆菌的天然脂质A基于单磷酸化葡萄糖胺二糖，由多种酰基链数不同的结构变异组成。对每种微生物中发现的单个酰基变体进行详细分析，发现它们的链长存在差异; 同时合成脂质A呈现出天然脂质A的类似特性。为了进一步探究脂质A结构变异对免疫反应的影响，研究人员用这些合成的脂质A类似物在体外处理小鼠骨髓来源的树突状细胞（ bone-marrow-derived DCs,BMDC），并在24小时后检测各种细胞因子反应。结果显示，在合成的脂质A类似物中，6A-DPLA（结构上与大肠杆菌脂质A相同）诱导的细胞因子水平最高。酰基链较少的合成脂质A类似物（3A-至5A-MPLA）诱导的所有细胞因子水平均低于6A-DPLA。为了阐明脂质A结构对先天免疫信号传导的影响，研究人员将合成的脂质A与关键先天免疫受体（Tlr4和Tlr2）及其下游衔接分子（Myd88和Ticam1）的遗传缺陷小鼠品系的骨髓树突状细胞一起孵育。结果显示，TLR4和TRIF对于所有脂质A合成类似物刺激IL-6、TNF-α、IL-10和IFN-β的产生都是必需的。然而，测试的所有脂质A合成类似物都不需要TLR2来诱导这些细胞因子的产生；且都需要Myd88来诱导IL-6、TNF-α和IL-10。然而，无论树突状细胞（DC）的遗传背景如何，5A-MPLA 基本上不诱导任何这些细胞因子。

接着研究人员在体外对脂质A诱导的IFN-β反应的动力学进行探究。6ADPLA诱导的Ifnb mRNA表达水平，在12小时前始终高于3A-或4A-MPLA诱导的水平。而3A-或4A-MPLA诱导的Ifnb mRNA表达水平在24和36小时与基线相比仍然保持升高，但6A-DPLA诱导Ifnb mRNA表达在这些后期时间点急剧降低。因5A-MPLA与TLR4-MD2 结合较弱且缺乏细胞因子活性，未诱导显著的Ifnb mRNA 表达。表明特定的脂质A结构会影响与I型干扰素相关的转录组，并揭示了3A-MPLA，尤其是4A-MPLA介导的TLR4信号传导的延长特性。而且体内实验结果与3A-和4A-MPLA在体外DC中诱导的持续I型IFN反应一致。哺乳动物免疫细胞在受到各种TLR激动剂（包括细菌LPS）刺激后，会在细胞内积累脂滴（LD）；最新证据表明，IFN-β可诱导 TLR 激活后LD的积累，而这种LD的积累与I型干扰素的增强/持续产生相对应。据此，研究人员推测3A-和4A-MPLA诱发的持续IFN-β反应可能与LD的积累相关。与预期一致，树突状细胞中的LD形成始于刺激后3小时，并在刺激后6小时达到顶峰。在LD形成的高峰期，与5A-MPLA和6A-DPLA相比，3A-和4A-MPLA均诱导了更多的LD形成。有趣的是，3A-MPLA诱导的LD形成在9小时内下降，而4A-MPLA诱导的LD水平更持久，并保持升高长达24小时。此外，研究人员证实TLR 4 内吞介导脂质A诱导的IFN-β反应。

已知大肠杆菌驱动的LPS引发的TLR4内吞作用依赖于网格蛋白、动力蛋白和Rab蛋白的联合作用；Cdc42能够调节网格蛋白/动力蛋白非依赖性的内吞作用。于是研究人员检测Cdc42介导的内吞过程在脂质A驱动的IFN-β反应中的作用。数据揭示，在 4A-MPLA 刺激下，Cdc42 抑制易逆转单体 TLR4 表达的丧失，导致其在细胞表面积累。CASIN（一种针对Cdc42 GTPase活性的选择性抑制剂）对6A-DPLA诱导的IFN-β反应的影响有限，而其对4A-MPLA刺激的IFN-β反应则有显著的抑制作用。然而，CASIN处理并未抑制4A-MPLA或6A-DPLA刺激的树突状细胞中Il6 mRNA的表达，这表明Cdc42活性对4A-MPLA诱导的IFN-β反应具有更具选择性的作用。接下来，研究人员探究了树突状细胞中脂质A结构导向的变化如何调节耐受性树突状细胞功能及T细胞应答之间的关系。数据显示，4A-MPLA和6A-DPLA均轻度抑制TH1分化；酰化程度较低的MPLA类似物处理可降低TH17的比例，其中4A-MPLA表现出最强的抑制活性，而6A-DPLA则无明显效果；表明脂质A类似物对TH反应诱导的最显著的免疫调节作用源于 4A-MPLA 抑制TH17分化；同时4A-MPLA 介导CD4 + T细胞应答。紧随其后，研究人员探测到脂质A诱导的IFN-β反应调节RORγt + Tregs的诱导，并调节结肠炎症。最后，从拟杆菌中分离出的脂寡糖的天然脂质A和合成脂质A具有相似的免疫生物学特性。

综上所述，本文深入地探究了微生物糖脂中的不同脂质A对免疫应答的关系。证实了不同的脂质A可引起不同免疫应答，包括对1型干扰素表达水平诱导的差异，特定脂质A可引起特定的T细胞免疫应答，而且证实了有关免疫应答的背后调节机制。

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00566-5

制版人： 十一

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