刷新百年認知:對抗細菌,細胞內有這樣的“戰鬥機”!
2020年10月20日11:03

  來源: 學術經緯

  假如你是一顆小細菌,被吞入人類的細胞後,會發現細胞里漂浮著一團團油滴,它們看起來很好吃。然而,令人意想不到的是,這些富有吸引力的美味竟是細胞內的陷阱……

  在頂尖學術期刊《科學》的最新一期上,科學家們發現,細胞內包裹著油脂的脂滴(lipid droplet),其實在幫助人體自身的防禦系統抵抗感染,堪稱細胞里的“細菌戰鬥機”。這一發現不僅刷新了人們多年來對脂滴的認識,也為開發新的抗菌療法提供了新的方向。

  脂滴是細胞內的一種結構,顧名思義,裡面裝滿了油脂,由單層磷脂分子組成的膜包裹著。過去,人們一直認為脂滴的作用就是儲存多餘的油脂,給需要使用脂質的場所(例如線粒體)提供燃料。近年的一些研究則發現,脂滴會吸引一些入侵細胞的病原體,包括細菌(如分岐杆菌)、寄生蟲(如瘧原蟲)、病毒(如丙肝病毒)等,為它們提供營養。

  而在這項研究中,科學家們發現,脂滴直接參與了細胞與病原體之間的鬥爭。

圖片來源:123RF
圖片來源:123RF

  在模擬細菌感染的實驗中,研究人員給動物注射了脂多糖(LPS),這是一種細菌毒素分子,可以刺激動物的先天免疫反應。他們隨後觀察到,相比注射鹽水的對照組,這些動物的肝臟細胞中,脂滴的數量明顯增多。分離出來的這些脂滴可以起到抑製大腸杆菌生長的作用,並且LPS組的脂滴有更強的抑菌能力。這表明,由LPS驅動的免疫信號可能啟動了脂滴的抗菌作用。

  研究人員進而分析了脂滴中數百種蛋白質的含量,發現在模擬細菌感染的動物中,脂滴中參與脂質代謝的蛋白質數量減少;相反,大量天然免疫蛋白在脂滴上積聚起來,例如能夠抑製多種細菌生長的抗菌肽(cathelicidin)。

巨噬細胞內,攜帶大量抗病原體蛋白的脂滴(綠色)與細菌(藍色)表面接觸
巨噬細胞內,攜帶大量抗病原體蛋白的脂滴(綠色)與細菌(藍色)表面接觸

  對人類細胞的觀察結果確認了脂滴對細胞內的細菌發起直接的進攻。在電子顯微鏡下可以看到,當巨噬細胞(一種白細胞)感染細菌後,其中的脂滴會移動到細胞內細菌所在的位置。

  這種變化還改變了巨噬細胞利用能量的方式。研究負責人之一Matt Sweet教授解釋說:“在沒有足夠的其他營養成分時,脂滴可以作為線粒體的燃料來源。但是在細菌感染過程中,脂滴從線粒體上移開,從而減少脂肪酸代謝。”這意味著,細胞內的新陳代謝發生了轉變,轉向更有利於宿主防禦的環境。

  美國貝勒醫學院的病毒學專家Sue Crawford博士沒有參與這項研究,她評論說:“我們認識到脂滴的存在已經超過100年了,但對它的瞭解卻還不多。而這項精彩的研究指出了脂滴具有抗菌功能的一些機製。”

  研究人員指出,對於細菌感染的治療,已經出現了一些對抗生素具有耐藥性的超級細菌,而通過瞭解人體的自然防禦能力,或將開發出不依賴抗生素、對抗耐藥性的新療法。

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