巨噬细胞内脂滴在病原体感染中作用的研究进展

曾泽群，撒亚莲，吕梁

1 昆明理工大学附属医院 云南省第一人民医院放射科，昆明 650032；2 昆明理工大学附属医院 云南省第一人民医院临床医学研究中心

先天免疫系统是生物体在长期种系进化过程中逐渐形成的天然免疫防御体系，主要由组织屏障、先天免疫细胞和先天免疫分子组成。巨噬细胞是先天免疫细胞之一，在机体抗感染、抗肿瘤以及免疫调节等方面发挥重要作用。脂滴（LDs）是一种由单层磷脂膜构成的储脂细胞器。在一些病原体感染活化的巨噬细胞内经常观察到LDs 累积现象［1-2］。以往研究认为，LDs 累积可为胞内病原体提供营养底物和生存场所，从而促进感染的发生、发展［3］。近年研究发现，LDs 增加由巨噬细胞先天免疫通路激活所驱动，累积的LDs为炎症介质提供了储存与合成场所，而LDs 蛋白能够介导巨噬细胞杀伤或清除病原体。因此，LDs被认为是先天免疫系统的一部分［4］。本文结合文献就巨噬细胞内LDs在病原体感染中作用的研究进展作一综述。

1 LDs概述

1.1 LDs 结构 LDs 是由中性脂质核心、单层磷脂膜和表面蛋白构成的近似球形细胞器。脂质核心主要包含甘油三酯（TG）、胆固醇酯（CE），单层磷脂膜的疏水性磷脂酰基链朝向脂质核心，而亲水性头部朝向外部胞质。LDs 的单层磷脂膜上含有多种LDs蛋白，包括参与脂类合成与分解的酶类、包被蛋白家族、膜运输蛋白和一些免疫相关蛋白等［5］。虽然LDs在结构上具有保守性，但在不同类型细胞和不同病理生理条件下，LDs 的大小、数目、分布以及脂质和蛋白组成可发生动态变化。因此，LDs 具有明显的可塑性。

1.2 LDs 功能 LDs 是细胞内脂质代谢的重要枢纽，能够动态调控细胞内能量稳态、参与蛋白质转移、膜成分运输以及信号传导等细胞生命活动。LDs 内储存的TG 可通过甘油三酯脂肪酶（ATGL）、激素敏感性ATGL 和单酰甘油脂肪酶催化分解为甘油和脂肪酸，以便需要时提供能量。此外，LDs 还能与其他细胞器相互作用，如内质网、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体等，以维持细胞能量稳态和协同应对不利环境因素，如阻止细胞应激反应［6］。近年研究发现，LDs 累积是巨噬细胞促炎活化的结构生物学标志，与巨噬细胞的生物学功能密切相关［7］。LDs能够参与先天免疫和炎症反应的一些关键事件，以协助宿主细胞和巨噬细胞清除病原体。

2 感染驱动巨噬细胞内LDs累积的机制

在感染微环境中，巨噬细胞通过模式识别受体（PRRs）识别结合病原体或其产物中共有的高度保守分子，即病原体相关分子模式（PAMPs），从而介导先天免疫效应。在巨噬细胞先天免疫通路激活的同时，通常还会伴随显著的脂质代谢重编程。

2.1 巨噬细胞活化相关的脂质代谢转变 Toll 样受体（TLRs）是一类信号转导型PRRs，可通过结合PAMPs介导巨噬细胞活化。有研究发现，TLRs家族许多成员可介导巨噬细胞内LDs 累积［8］。脂多糖（LPS）是革兰阴性菌细胞壁的主要成分，也是TLR4的经典配体。FEINGOLD 等［9］研究发现，LPS 与RAW264.7 细胞或原代小鼠腹腔巨噬细胞TLR4 结合，可导致葡萄糖转运蛋白1、甘油二酯酰基转移酶2 表达上调，以及促进参与脂肪酸氧化的肉碱脂酰转移酶1α、1β 表达下调，从而RAW264.7 细胞摄取外源性葡萄糖增多，细胞有氧糖酵解增强，而TG 合成增加、分解减少，最终促使细胞内LDs增多。

近年来，活化巨噬细胞脂质代谢重编程得到了更深入的研究。HSIEH 等［10］对巨噬细胞内750 余种脂质分子研究发现，不同TLRs激动剂可导致巨噬细胞总脂质含量增加，但不同脂类及亚类改变不同，这种脂质重塑具有TLRs 特异性；敲除巨噬细胞TLR1/2、TLR7、TLR9 共同的关键衔接分子MyD88，或敲除TLR3 的衔接分子TRIF，会显著减弱TLRs 激活导致的脂质重塑，而TLR4 可同时招募MyD88 和TRIF 作为衔接分子，敲除MyD88 或TRIF 后TLR4 激活，会导致脂质重塑减弱；MyD88 信号通路激活可上调巨噬细胞长链脂肪酸合成，该途径需要胆固醇调节元件结合蛋白（SREBPs）参与，而TLR3 则通过TRIFIFN 信号通路诱导IFN 产生，并通过IFN 自分泌效应降低饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸合成。结果提示，巨噬细胞内脂质增加可能源于摄取增加和/或分解减少。

2.2 巨噬细胞活化相关的脂质代谢信号通路和转录因子 SREBPs 上调可增强巨噬细胞脂质合成。SREBPs是调控脂质合成的关键转录因子，通过调节下游脂质合成酶靶基因表达调控细胞内脂质含量［11］。IM等［12］研究发现，TLR4可通过激活NF-κB信号通路直接上调SREBP-1a 表达。此外，一些TLRs亦可通过激活PI3K-Akt-mTORC1 信号通路上调SREBP-1a 表达。ARBIBE 等［13］研究报道，TLR2 可通过募集Rac1 激活PI3K-Akt 信号通路。TROUTMAN等［14］研究发现，PI3K 衔接蛋白1（PIK3AP1）缺陷型和MyD88 缺陷型巨噬细胞在接受TLR4 或TLR9 刺激后可抑制Akt 磷酸化，这可能是由于PIK3AP1 位于MyD88 下游，而MyD88 是TLR4、TLR9 下游第一个衔接分子。

PPARγ/CD36信号通路激活可增强巨噬细胞脂质摄取。刘冬梅等［15］研究发现，结核分枝杆菌感染的巨噬细胞PPARγ 表达显著增强，进而上调脂肪酸转位酶表达，促进巨噬细胞摄取脂质。这一研究与ALMEIDA 等［16］利用牛型分枝杆菌激活TLR2-NF-κB信号通路可诱导LDs 形成结论相符。PPARγ/CD36和CD11b/CD18/CD14 在脂筏中共表达，并与LXR和SREBPs协同促进LDs积累。

巨噬细胞内LDs 形成还与HIF-1α 上调导致脂解降低有关。KNIGHT 等［17］研究发现，结核分枝杆菌感染能够上调巨噬细胞内TG、CE 含量，而IFN-γ预处理则显著增强这一效应，其机制可能与HIF-1α活化有关。HIF-1α 可通过上调缺氧诱导脂滴相关蛋白HILPDA，增加脂肪ATGL 泛素化降解，从而抑制巨噬细胞脂解。此外，PARK 等［18］研究发现，IFN-α 诱导的级联反应能够通过改变染色质状态，增强TLR4 刺激诱导的一系列转录改变，而NF-κB可直接结合到HIF-1α 启动子并上调其转录活性［19］，这可能是IFN 对TLRs 介导的脂质代谢重编程调控的重要机制，但尚需进一步验证。

总之，TLRs 激活下游信号通路和转录因子，通过增加脂肪酸合成和/或摄取并增强TG 合成、抑制TG 分解等，促进巨噬细胞内中性脂质累积和LDs生成。

3 LDs在巨噬细胞感染应答中的作用

3.1 为炎症介质提供储存及合成场所 在感染灶中，病原体连同局部细胞产生的趋化因子、细胞因子可募集并活化巨噬细胞，活化的巨噬细胞可分泌多种细胞因子或炎症介质促进炎症反应，而LDs 与巨噬细胞介导的炎症反应密切相关。LDs 在响应病原体刺激后可调控脂质活性分子生成，并通过自分泌途径进一步调控炎症因子表达，从而参与巨噬细胞介导的炎症反应。

LDs 是类二十烷酸储存和加工的场所。类二十烷酸是多不饱和脂肪酸（PUFA）的代谢产物，如前列腺素（PGs）、凝血恶烷类（TXs）、白三烯（LTs）和脂质素（LXs）等脂质活性分子［20］。在白细胞和巨噬细胞中，LDs 是以花生四烯酸（AA）为主的PUFA 主要储存场所，这些PUFA 以酯化的形式储存在LDs 核心或膜磷脂中［21］。此外，LDs 还含有类二十烷酸合成所需的多种酶，如环氧合酶（COX）、脂质氧合酶（LO）。AA 通过COX 途径产生PGs 和TXs，通过LO途径产生LTs和LXs［22］。这些介质从白细胞和/或其他细胞中释放出来，通过与靶细胞上的G 蛋白偶联受体结合来调控局部微环境中炎症反应和免疫反应［23］。

LDs 累积可增强巨噬细胞介导的炎症反应。CASTOLDI 等［24］研究发现，LPS 和IFN-γ 协同刺激巨噬细胞后，LDs 的脂质核心中含酯化AA 的TG 含量增加，而LDs 的膜磷脂中酯化AA 的含量无变化；DAGT1 抑制剂可抑制巨噬细胞中TG 合成和LDs形成，同时还可抑制前列腺素E2（PGE2）、IL-1β、IL-6 等炎症因子产生；外源性添加PGE2 则抑制DAGT1 抑制剂介导的IL-6、IL-1β 等炎症因子降低。VAN DIERENDONCK 等［25］研究发现，TLRs 可上调HILPDA 表达，抑制ATGL 分解TG，而HILPDA 基因敲除的巨噬细胞在响应LPS刺激4～8 h能够分泌更多的PGE2、IL-6，提示LDs 中TG 分解是AA 的重要来源。

3.2 介导巨噬细胞杀伤或清除病原体 活化的巨噬细胞通过吞噬作用、氧依赖性杀菌系统和非氧依赖性杀菌系统杀伤或清除病原体。抗微生物蛋白和肽类物质是非氧依赖性系统的关键分子，其中一些重要成员已被证实定位于LDs，如Cathelicidin 抗菌肽（CAMP）、干扰素刺激基因（ISG）家族蛋白、其他抗微生物蛋白和肽类等。

3.2.1 CAMP CAMP 是一类具有广谱抗微生物作用的肽类物质，通过维生素D 信号通路诱导产生。LL-37 是人体内唯一发现的CAMP［26］。BOSCH 等［4］研究发现，在人类巨噬细胞和肝细胞中CAMP 可响应LPS 刺激表达上调，并通过N 端疏水结构域定位到LDs；透射电镜下，LPS 刺激后巨噬细胞内LDs 和线粒体接触减少，而LDs 和胞内大肠杆菌接触位点和接触频率增加；慢病毒转染修饰CAMP 基因的Huh7 细胞对大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有更高的抵抗力，并且该效应可被脂质预载加强。

3.2.2 ISG 家族蛋白 ISG 作为由IFN 诱导表达的基因，其编码蛋白在宿主抵抗病毒感染过程中发挥重要作用［27］。部分具有抗病毒作用的ISG 家族蛋白定位于LDs 表面，如viperin、免疫相关GTP 酶、干扰素诱导蛋白等［4］。viperin 是目前研究最多的ISG 家族蛋白，其借助N 端两亲性α 螺旋定位至巨噬细胞内LDs［28］。viperin 可催化CTP 产生ddhCTP 分子，ddhCTP分子能够模拟病毒复制所需的核苷酸，并被整合至病毒基因组中，进而阻止RNA 聚合酶工作，最终阻止病毒复制。此外，viperin 还可促进先天免疫信号通路传导增强IFN-γ产生［29］。

3.2.3 其他抗微生物蛋白和肽类 干扰素刺激基因15（ISG15）在先天免疫抗病毒中发挥重要作用。环指蛋白213是ISG15修饰的靶蛋白，巨噬细胞中环指蛋白213 在Ⅰ类IFN 信号传导中被转移至LDs 并在ISG15 修饰下完成寡聚化，从而具有广泛的抗感染活性［30］。LDs 磷脂膜上嵌有各种抗微生物蛋白并成为巨噬细胞非氧依赖性杀菌系统中的重要一环。在感染因子作用于巨噬细胞后，LDs 通过与线粒体解偶联而与病原体接触增加，从而更好地杀灭摄取的病原体。

3.3 为病原体提供营养底物和复制场所 在病原体和宿主长期共同进化过程中，病原微生物演化出了多种逃避或抑制宿主免疫应答的机制。LDs 中脂质成分是病原体潜在的物质能量来源，被巨噬细胞吞噬内化的某些病原体可通过靶向LDs获得营养底物和复制场所。

PEYRON 等［31］研究发现，结核分枝杆菌的氧化型分枝菌酸诱导人单核细胞来源的巨噬细胞转化为富含LDs的泡沫巨噬细胞；电镜下可观察到，在结核分枝杆菌H37Rv感染11天后的单核细胞中，一些含菌的吞噬体靠近胞内LDs，部分包绕LDs 形成类似脂肪自噬的镜下结构，并且有菌体转移至LDs 中。ROQUE 等［32］研究发现，牛型分枝杆菌胞壁成分脂阿拉伯甘露聚糖、磷脂酰肌醇甘露糖苷和宿主细胞蛋白Rab7 可介导LDs 和吞噬体接触，但LDs 是否发生脂肪自噬为结核分枝杆菌提供营养底物仍有待证实。此外，DIAS 等［33］在COVID-19 患者单核细胞或体外感染SARS-COV-2 的Vero 细胞中均发现LDs 累积，在免疫荧光和透射电镜下可观察到病毒成分位于LDs 表面及脂质核心边缘，而抑制DAGT1 可减少LDs 累积的同时显著降低病毒复制速率和炎症因子水平，提示LDs 可能通过提供脂质成分和组装平台支持某些病毒复制。因此，LDs 不仅可为病原体生存和繁殖提供物质能量基础，还可为某些胞内病原体提供相对隔绝的环境，从而协助其逃避被免疫清除。

综上所述，LDs 是一种功能活跃、动态变化的脂性细胞器，在巨噬细胞对病原微生物感染的免疫应答中，TLRs 先天免疫通路激活诱导LDs 形成，一方面通过上调表面的抗微生物蛋白和肽类、合成脂类炎症介质等方式参与巨噬细胞对病原体的免疫炎症反应，另一方面某些病原体也可靶向LDs 获取自身所需的营养底物和复制场所。成功的先天免疫能够限制病原体复制，从而限制感染进展并为适应性免疫彻底清除病原体创造条件和时机。考虑到目前抗菌药物耐药形势严峻，调控LDs 介导的先天免疫有可能成为抗感染治疗新的策略，进一步阐明病原体与LDs 的相互作用机制将有助于发现新的治疗靶点。