9月16日，Cell在线发表了来自剑桥医学系-MRC的Lalita Ramakrishnan团队的研究，题为：mTOR-regulated mitochondrial metabolism limits mycobacterium-induced cytotoxicity。团队利用斑马鱼实验系统，发现了mTOR激酶是机体抵抗结核侵染的先锋之一，mTOR可调节线粒体的代谢防止巨噬细胞死亡，为机体免疫赢得宝贵的时间。斑马鱼可被结核杆菌的近亲Mycobacterium marinum (Mm) 感染，形成包括肉芽肿在内结核样病变，因此成为了研究结核感染的优秀实验系统。早在2010年，通过正向遗传筛选获得了fh718突变体，对Mm的感染非常敏感【2】。感染四天后，fh718突变结核肉芽肿坏死，巨噬细胞耗竭，可见细胞外毒性Mm索状组织形成，提示进一步感染的可能。通过SNP定位和感染表型筛选，fh718突变定位于mTOR基因，是一个外显子无义突变。遗传互补实验也证实mTOR基因突变可快速形成Mm感染的索状组织。mTORC1特异组分Raptor基因突变，以及 Rapamycin和torin1可形成同样的Mm感染索状组织。上述证据表明mTORC1调节结核杆菌感染的机体早期防御。感染Mm四天后，mTOR突变体即出现肉芽肿破裂，大量胞外菌落的现象。研究者对这一现象进行了探究。肉芽肿的坏死可因为髓系异常分化巨噬细胞补充不及时造成。相较于CSF-1R突变体肉芽肿在Mm感染6.5天后大量破裂坏死，mTOR突变的则感染2-4天后即破裂坏死。实时追踪实验表明，在感染2天后，mTOR突变巨噬细胞死亡数目是野生型巨噬细胞的6倍之多，提示mTOR突变巨噬细胞自身对Mm感染不耐受，进而大量死亡。作者还进行了野生型和mTOR突变型的联体实验，感染后，mTOR突变型一侧也有大量野生型巨噬细胞活跃存在，进一步说明mTOR突变体机体环境正常，mTOR突变造成了巨噬细胞自身的缺陷。mTOR突变引起的巨噬细胞感染后死亡，研究者一一排除了自噬、线粒体凋亡、炎症小体和STING诱导的巨噬细胞死亡。Mm感染后，可见mTOR活性升高，S6K磷酸化增加，同时可见线粒体代谢状态的改变-膜电势增加、ATP水平升高，糖酵解增多。mTOR突变巨噬细胞中未见线粒体相关变化，同时流式还检测到了mTOR突变线粒体损伤出现了细胞色素c的渗漏。体外THP-1细胞侵染实验表明，失去线粒体膜电势远远早于质膜破损细胞死亡的发生，提示了线粒体损伤引起细胞死亡。抑制糖酵解和电子呼吸传递链均能造成感染巨噬细胞的快速死亡。综合以上证据说明了mTOR突变线粒体未能响应感染进行代谢调控，线粒体损伤是巨噬细胞死亡的主要原因。结核杆菌被巨噬细胞吞噬，进入胞内。吞噬小体和溶酶体融合形成吞噬溶酶体。吞噬溶酶体膜破损，结核杆菌进入胞质是感染的关键。结核杆菌ESX-1分泌系统（T7SS）通过ESAT-6蛋白诱导吞噬溶酶体膜损伤，阻扰了酸化过程并抑制对结核杆菌的降解。结核杆菌膜脂组分PDIM 和其转运体MmpL7也是吞噬溶酶体破损的关键因子。在本项研究中，作者发现吞噬溶酶体膜破损是造成mTOR突变体线粒体膜损伤的先决条件，其中释放到胞质中的ESAT-6蛋白是造成mTOR突变线粒体损伤，巨噬细胞死亡的关键。在野生型巨噬细胞通过mTOR激活下游通路调节线粒体的代谢可有效地防御ESAT-6对线粒体伤害。综上所述，结核杆菌感染激活了巨噬细胞mTORC1通路，调节线粒体氧化磷酸化，帮助巨噬细胞抗击结核杆菌。与此相一致的是，在器官移植和癌症治疗中，药物抑制mTOR信号通路将增加感染的风险。mTOR激酶突变体内，线粒体代谢未能改变，难以防御结核杆菌吞噬溶酶体释放的ESAT-6蛋白攻击。线粒体代谢状态，和线粒体膜损伤的关系需要更多的研究工作探索。通过模式生物系统无偏见的筛选和后续研究发现了mTOR又一重要功能。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.08.018
