结核分枝杆菌感染致巨噬细胞脂代谢改变的研究进展

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结核病是全球性卫生问题，每年都会导致数百万人健康状况不佳，已成为某些发展中国家和地区，特别是艾滋病高发区人群的首要死因。世界卫生组织2017年全球结核病统计报告显示，2016年新增结核病例630万，新增耐多药结核病49万，37.4万结核死亡病例为艾滋病阳性[1]。结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)是一种兼性细胞内寄生菌，巨噬细胞是MTB寄生的场所，是其主要的宿主细胞，也是抗结核感染最重要的免疫细胞。近年来，随着多重耐药结核菌的增加，结核病已成为威胁人类生命的重大隐患。因此，寻找合适的方法抑制MTB的生长对治疗结核病至关重要。

结核感染期间MTB利用巨噬细胞的营养物质存活，且以巨噬细胞脂质作为主要碳源[2]。分枝杆菌属的细菌细胞壁脂质含量较高，约占干重的60%。MTB的致病作用主要靠菌体成分，特别是细胞壁中所含的大量脂质，脂质含量与MTB毒力呈平行关系，含量愈高毒力愈强。因此，进一步研究MTB感染致巨噬细胞脂代谢改变的相关机制，有望寻找治疗MTB的新药物。

1 巨噬细胞中MTB脂代谢的相关机制

1998年，结核分枝杆菌H37Rv全基因组测序完成，基因组学研究显示，参与MTB脂代谢过程的基因大约有250个，可编码多种脂代谢相关酶[3]。

1.1胆固醇降解抑制因子 MTB在巨噬细胞中的存活、毒力以及致病性与胆固醇代谢密切相关[4]。KstR是高度保守的TetR家族转录阻遏因子，有负责调控胆固醇代谢的一系列基因，在结核感染期间对于MTB的存活至关重要。MTB胆固醇的降解途径主要由KstR(Rv3574)和KstR2(Rv3557c)调节，巨噬细胞中存在大量KstR/KstR2的基因和胆固醇调节子，对于结核感染必不可少[5]。MTB通过3β-羟基类固醇脱氢酶(3β-HSD)或胆固醇氧化酶(ChoD)将胆固醇分解为4-胆甾烯-3-酮，进行胆固醇环的第一步降解，胆固醇降解途径能够为内源性毒力分子提供靶标，具有治疗结核的潜在价值[6]。

1.2细胞色素P450单加氧酶超家族 细胞色素P450酶(CYP450)是一类含铁血红素的单加氧酶超家族，CYP450超家族酶系在MTB脂质代谢与合成、胆固醇利用等方面均发挥重要作用[7]。CYP124参与MTB细胞壁脂质生物合成，CYP125A1和CYP142A1是胆固醇分解代谢起始的关键酶，能够催化MTB中胆固醇的降解、解除4-胆甾烯-3-酮的毒性，可能在调节宿主免疫反应以及代谢胆固醇方面起重要作用[8]。

1.3哺乳动物入侵因子mce4 mce4操纵子在MTB胆固醇转运系统中发挥作用，mce4A过表达能够导致甲基柠檬酸循环(MCC)和甲基丙二酸途径(MMP)相关基因的上调，从而增加分枝杆菌脂质毒力相关因子磷脂二甘油酯(PDIM)和硫脂(SL1)的积累，是MTB致病性的主要原因[9]。

1.4外排泵P55 研究发现外排泵P55(Rv1410c)能够抵抗一线抗结核药物利福平，是MTB利用胆固醇的最适生长所需。P55抑制剂能增强当前使用的抗生素活性，辅助免疫系统清除感染。P55基因突变能够影响MTB利用胆固醇进行生长[10]，由于胆固醇是MTB毒力的重要碳源，因此，p55抑制剂的发展可能提供药物开发的新战略。

2 MTB感染致肺部巨噬细胞脂代谢改变的机制

MTB感染可致肺泡巨噬细胞脂代谢改变，形成泡沫细胞。结核病患者易形成结核性肉芽肿，且肉芽肿内脂质的含量明显增加[4]。研究发现MTB感染的巨噬细胞中脂代谢基因在干酪样坏死中高表达，且肉芽肿免疫组化分析报告干酪样坏死物质周围参与细胞脂质代谢的蛋白质不成比例，干酪样坏死物质与正常肺组织相比含有丰富的胆固醇、胆固醇酯、甘油三酯、乳糖酶基鞘氨醇，说明干酪样坏死的形成与泡沫细胞有关，可能来源于泡沫细胞内的脂质成分[11]。

2.1氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL) MTB能将巨噬细胞转化为富含脂质和胆固醇的泡沫细胞[12]。过多活性氧的产生会导致肺、肉芽肿、血清以及支气管肺泡灌洗液的肺巨噬细胞ox-LDL的积累。实验证实豚鼠感染MTB后，巨噬细胞表面CD36表达增加，促进ox-LDL的摄取，肺、血清中ox-LDL的水平显著升高，从而导致泡沫细胞的形成[13]。

2.2肿瘤坏死因子-α(TNF-α) 肺结核患者体内TNF水平显著升高[14]。TNF-α能够下调表达ATP结合盒转运蛋白A1(ABCA1)、ATP结合盒转运蛋白G1(ABCG1)、人肝X受体α(LXRα)，上调表达CD36、SR-A，抑制胆固醇流出，影响胆固醇逆转运、胆固醇吸收及作用机制，蛋白激酶C-θ小分子干扰RNA(PKC-θsiRNA)抑制蛋白激酶C-θ(PKC-θ)可减弱TNF-α对ABCA1、ABCG1、LXRα、SR-A、CD36表达的作用[15]。这说明，TNF-α通过PKC-θ依赖途径改变巨噬细胞胆固醇代谢，增加脂质的摄取，导致巨噬细胞发生泡沫化改变。

2.3分枝菌酸 分枝菌酸是MTB细胞壁的主要脂质之一，诱导巨噬细胞泡沫化，但具体机制尚不清楚[16]。自噬对于脂滴清除、脂蛋白运输以及维持细胞脂代谢平衡具有重要作用[17]。研究显示分枝菌酸能够抑制小鼠腹膜内的巨噬细胞自噬，引起脂代谢失衡，导致巨噬细胞泡沫化[18]。

2.4过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)和睾丸受体(TR4) MTB感染的细胞通过TLR2依赖途径使PPARγ表达增加，PPARγ的激活会导致感染期间脂滴的积累[19]。PPARγ与泡沫细胞之间的作用机制尚未阐明，但有研究显示，结核感染期间PPARγ和TR4相互作用，增加CD36的表达导致细胞脂质的吸收和积累，巨噬细胞泡沫化；诱导IL-10阻碍吞噬溶酶体成熟；替代巨噬细胞极化导致先天免疫应答迟缓，通过调节巨噬细胞功能确保MTB存活[20]。

3 MTB感染致血中巨噬细胞脂代谢改变的机制

结核病是慢性消耗性疾病，结核病患者多表现为消瘦和血脂异常[21]。研究发现结核病患者血脂水平普遍低于正常人，主要是胆固醇和甘油三酯明显降低。防治结核病在抗痨治疗的基础上加强营养，补充适量的脂类是必要的[22]。

3.1载脂蛋白E(ApoE)、载脂蛋白C1(ApoC1) ApoE是脂类代谢中的主要载体，其合成障碍会直接导致脂类代谢异常而发生沉积。ApoE与低密度脂蛋白受体(LDL-R)、肝载脂蛋白E受体(ApoE-R)结合，促进乳糜微粒(CM)、低密度脂蛋白(LDL)、极低密度脂蛋白(VLDL)的降解，具有转运和调节脂类代谢的作用，特别是与机体总胆固醇的代谢密切相关。研究发现ApoE基因敲除鼠由于富含胆固醇的脂蛋白清除障碍，而使得血浆胆固醇水平较高[23]。这表明ApoE可能具有降脂作用。ApoC1能够抑制脂蛋白脂肪酶(LPL)活性，而LPL能水解CM和LDL中的甘油三酯，释放脂肪酸和单甘酯进入组织，在血液脂代谢中起主要作用。研究者通过检测ApoC1与维生素E结合蛋白(AFM)含量，发现肺结核组ApoC1水平低，AFM水平高，且AFM与患者甘油三酯呈负相关[24]。表明ApoC1水平降低导致甘油三酯分解增加，这可能是肺结核患者血脂水平低于正常人的原因。

3.2白细胞介素-6(IL-6) IL-6是一种细胞因子，非炎症条件下由脂肪组织分泌，在巨噬细胞脂代谢中发挥重要作用。Chandrashekara 等[25]对结核病患者、结核病患者接触者和健康对照组的血清样本进行分析，发现IL-6水平升高。Liu等[26]研究发现，活动性结核病患者全血中IL-6水平显著升高。结核病人血脂普遍偏低，说明IL-6可能参与脂肪调节，降低血脂。

3.3胆固醇-25-羟化酶(CH25H) CH25H表达上调能够催化胆固醇氧化反应生成25羟基胆固醇(25HC)，可下调表达固醇调节元件结合蛋白SREBP，降低机体合成胆固醇[27]。25HC还能促进胆固醇的酯化反应[28]。由此可见，CH25H及其产物25HC在胆固醇代谢稳态平衡中发挥重要作用。

4 MTB感染致巨噬细胞脂代谢改变的其他影响因素

4.1Lp(a) Lp(a)是一种特殊独立的血浆脂蛋白，可通过Lp(a)-VLDL受体途径参与巨噬细胞泡沫细胞的形成[29]。研究发现，肺结核患者及肺结核合并肺炎患者体内Lp(a)含量较健康人显著升高，但其升高机制尚不明确[30]，结核病患者中Lp(a)的作用未见报道，尚需深入研究。

4.2MTB脂蛋白P19 结核病慢性阶段的标志是感染MTB的泡沫细胞中脂质体的形成[31]。MTB细胞壁上存在一种糖基化脂蛋白P19，研究发现MTB-P19感染的人巨噬细胞中PPARγ的表达升高，降脂药物可使PPARγ活化，增加胆固醇代谢，促进胆固醇外流，从而达到降脂目的[32]。

4.3microRNA-33 MTB感染巨噬细胞后，通过逃避吞噬溶酶体的杀伤作用得以在胞内存活，脂质体的积累可作为MTB的营养来源。研究发现，结核感染期间MTB能够诱导巨噬细胞中miR-33的表达，促进脂质体中脂肪酸的积累以确保其在体内存活；能够抑制自噬参与的整合途径、溶酶体功能以及脂肪酸氧化，以便进行自我复制；通过遗传或药理手段沉默miR-33能促进自噬通量[33]。说明miRNA33具有调节巨噬细胞脂代谢的作用。

5 展 望

MTB感染巨噬细胞后在吞噬体中存活，并且以宿主脂质为主要碳源。巨噬细胞泡沫化后脂质的聚积对患者有不利的影响，而且结核性肉芽肿到干酪样坏死的发展都与宿主脂代谢紊乱密切相关。MTB对脂质的利用会导致巨噬细胞脂代谢紊乱，脂代谢失衡必然会引起疾病的发生。目前，关于MTB感染致巨噬细胞脂代谢改变的调控机制尚不明确，我们课题组研究发现，MTB感染可导致小鼠巨噬细胞内胆固醇酯含量增加，诱导泡沫细胞的形成，且与时间和菌量成正比[34]。这说明，脂质代谢的平衡途径可能为治疗结核病提供新的方向。但是，MTB感染致巨噬细胞脂代谢改变的相关机制仍然需要深入研究，以期探究药物作用的新靶点，寻找治疗结核病的新方法，阻止结核病持续蔓延。