全面综述：肺炎克雷伯菌感染中巨噬细胞作用的深入见解

《Cellular & Molecular Biology Letters》：Insights into the roles of macrophages in Klebsiella pneumoniae infections: a comprehensive review

这篇综述聚焦肺炎克雷伯菌（KP）与巨噬细胞的复杂相互作用，涵盖病原体识别、巨噬细胞激活及死亡途径等内容，探讨潜在免疫治疗策略，为 KP 感染的临床治疗提供新思路。

　　

肺炎克雷伯菌感染现状与研究意义

肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae，KP）是一种革兰氏阴性杆菌，自 19 世纪末被首次分离以来，其感染问题在全球范围内日益严重。世界卫生组织已将耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌（CRKP）列为急需新治疗方案的高优先级关键病原体。在 20 年的 SENTRY 抗菌监测计划中，KP 被确定为血流感染的第三大病因。

巨噬细胞作为固有免疫系统的关键组成部分，在 KP 感染过程中发挥着重要作用。深入研究巨噬细胞与 KP 之间的相互作用机制，对于开发新的免疫治疗方法、改善患者预后具有重要意义。

巨噬细胞识别 KP 感染的机制

KP 具有多种独特的分子和亚细胞特征，如荚膜多糖（CPS）、脂多糖（LPS）、细菌 DNA、外膜蛋白（OMPs）、外膜囊泡（OMVs）和鞭毛等，这些被称为病原体相关分子模式（PAMPs）。巨噬细胞通过模式识别受体（PRRs）来识别 PAMPs，主要包括 Toll 样受体（TLRs）、核苷酸结合寡聚化结构域样受体（NLRs）、视黄酸诱导基因 I 样受体（RLRs）、C 型凝集素受体（CLRs）、黑色素瘤缺失 2（AIM2）样受体（ALRs）和环鸟苷酸 - 腺苷酸合成酶（cGAS）等。

TLR 家族

人类中已鉴定出 10 种 TLR（TLR1 - 10），小鼠中有 12 种功能性 TLR（TLR1 - TLR9、TLR11 - TLR13）。在 KP 感染中，TLR4、TLR2、TLR3 和 TLR9 发挥着重要作用。

• TLR4 能识别 KP 的 LPS 的脂质 A 成分，激活 MyD88 依赖途径和 TRIF 途径，促进促炎细胞因子的产生和 I 型干扰素的诱导。此外，KP 的 CPS 也可能激活 TLR4 受体，不同血清型的 CPS 激活方式有所不同。

• TLR2 可与其他受体形成异二聚体，识别多种病原体来源的配体，KP 的 OmpA 蛋白能激活 TLR2 受体，在宿主防御中起关键作用。

• TLR3 主要识别双链 RNA 病毒，但在 KP 感染中，其作用存在争议。研究发现，TLR3 敲除小鼠的肺泡巨噬细胞杀菌和吞噬能力增强，死亡率降低。

• TLR9 作为细胞内 DNA 传感器，能被细菌来源的未甲基化胞嘧啶 - 磷酸 - 鸟嘌呤 DNA 激活，在识别 KP DNA 和启动免疫反应中起重要作用。

NLR 家族

NLRs 是一类重要的细胞内模式识别受体，由中央核苷酸结合和寡聚化结构域（NOD 或 NACHT）、C 端富含亮氨酸重复序列（LRR）和 N 端效应结构域组成。在 KP 感染中，NLRP3、NLRC4、NLRP12 和 NLRX1 发挥着关键作用。

• NLRP3 可被多种刺激激活，KP 的 CPS 和 LPS 能通过诱导线粒体膜通透性改变和线粒体活性氧（ROS）生成，激活 NLRP3 - 半胱天冬酶 1 - IL - 1β / HMGB1 途径。

• NLRC4 能识别细胞内病原体，KP 可通过其 CPS 和 LPS 激活 NLRC4 炎性小体，在宿主防御中起重要作用。

• NLRP12 对 NF - κB 途径有抑制作用，其在 KP 感染中的作用存在争议，但研究表明髓系来源的 NLRP12 在抵抗 KP 感染中起关键作用。

• NLRX1 定位于线粒体，KP 可通过其 T6SS 效应器 VgrG4 激活 NLRX1，限制 NF - κB 炎症反应，具体机制涉及 VgrG4 与线粒体外膜蛋白 mitofusin 2 结合，促使 Ca2?从内质网转移到线粒体，激活 Drp1，导致线粒体网络碎片化。

CLR 家族

CLRs 包括巨噬细胞甘露糖受体（MMR，也称为 CD206）和凝集素样氧化低密度脂蛋白受体 - 1（LOX - 1）。

• MMR 能识别特定的碳水化合物分子，某些 KP 血清型（如 K3、K7、K12）的 CPS 可激活 MMR，进而激活 SYK 激酶，诱导炎症和抗菌过程。

• LOX - 1 在亚胺培南压力下，可被 KP 分泌的 OMVs 中的 GroEL 蛋白激活，引发细胞焦亡，加剧炎症反应。抑制 OMV 产生或 LOX - 1 表达可减轻炎症反应，降低小鼠死亡率。

ALR 家族与 cGAS

ALRs 中的 IFI207 在巨噬细胞中主要表达，在 KP 感染中起关键作用。IFI207 的激活独立于双链 DNA 识别，且 LPS 可增强其表达，激活后可促进炎症细胞因子的产生。

cGAS 是一种细胞 DNA 传感器，KP 感染可激活 cGAS - STING 信号通路，但具体激活 cGAS 的 KP 成分尚不清楚。STING 在 KP 感染中的作用复杂，缺乏 STING 可促进 KP 的清除。

KP 成分对巨噬细胞吞噬作用的调节

CPS 的作用

CPS 是 KP 的重要毒力因子，能形成约 160nm 厚的多糖纤维层，保护细菌免受不利环境影响。K1 和 K2 血清型的 CPS 可阻止巨噬细胞吞噬和细胞内杀伤，通过多种机制逃避巨噬细胞的识别和攻击，如缺乏甘露糖或唾液酸残基、模拟宿主来源的唾液酸等。此外，某些菌株的 CPS 还可部分屏蔽 LPS，使其逃避 TLR 的检测。

LPS 的作用

LPS 是革兰氏阴性菌外膜的重要组成部分，通常是细菌的关键毒力因子，可激活 TLR4 信号通路。但 KP 可通过修饰 LPS，如脂质 A 的 2 - 羟基化，逃避免疫检测，增强其毒力。不过，LPS 的 O - 多糖突变并不影响小鼠肺泡巨噬细胞的吞噬作用。

OmpA 和 OmpK 35/36 的作用

OmpA 蛋白在 KP 感染中具有双重作用，既能抑制巨噬细胞分泌细胞因子，又能激活 TLR2 信号通路，启动先天免疫反应。

OmpK35/36 是 KP 的外膜蛋白，作为抗生素进入细菌的孔蛋白，其突变会导致抗生素敏感性降低，同时增强细菌的毒力，抑制免疫细胞的吞噬作用。但 OmpK35/36 的缺失也可能导致多药耐药菌株的出现。

巨噬细胞极化和代谢

巨噬细胞极化

• M1 极化：巨噬细胞通过 PRRs 识别入侵的 KP 后，通常会迅速极化到 M1 表型，激活 NF - κB 和干扰素信号通路，促进 M1 标记基因的转录，如 CXCL9 和 CXCL10，从而建立强大的免疫反应。

• M (Kp) 极化：近年来发现，KP 感染可诱导一种新的巨噬细胞极化状态 M (Kp)，这是一种 M2 样的抗炎极化状态，由 TLR2/4 - I 型干扰素 - IL - 10 - STAT6 信号轴驱动，其关键标记包括 Arg1、Fizz1、iNOS、CD163、CD206 等，这种极化状态有利于 KP 在巨噬细胞内的持续存在和生存。

巨噬细胞代谢

巨噬细胞在感染时会发生代谢重编程，以满足能量和生物合成的需求。在 M (Kp) 极化过程中，增强的糖酵解是主要代谢途径，抑制糖酵解可增强巨噬细胞对 KP 的清除能力。此外，KP 感染还可激活宿主的谷氨酰胺分解和脂肪酸氧化，同时激活免疫反应基因 1（IRG1） - 衣康酸抗炎途径，衣康酸可抑制炎症反应，促进细菌清除。

巨噬细胞的先天防御和调节

自噬

自噬是细胞对入侵微生物的一种重要先天免疫形式，通过消化细胞质成分来发挥杀菌作用。KP 可激活自噬相关基因（ATGs），如 ATG7，触发自噬。多种 KP 成分可通过激活 TLR4 受体，诱导 TBK1 - NF - κB 途径，促进自噬相关基因的表达。此外，NLRs 和 cGAS - STING 信号通路也与自噬的诱导有关。然而，KP 可通过干扰自噬过程，如抑制吞噬体与溶酶体的融合，逃避宿主细胞的自噬清除。自噬在巨噬细胞抵抗 KP 感染中起关键作用，增强自噬可减轻 KP 感染的不良后果。

凋亡

凋亡是一种高度调节的程序性细胞死亡方式，在维持细胞稳态中起重要作用。在 KP 感染中，凋亡的作用相对较小，KP 主要诱导非凋亡性细胞死亡。但吞噬 KP 的巨噬细胞可能因吞噬体无法与溶酶体融合而发生凋亡。KP 可通过其 CPS 等因子抑制凋亡信号通路，逃避宿主的杀菌作用。增强凋亡信号或抑制 KP 的免疫逃避机制，可能提高巨噬细胞对 KP 的杀菌效果。

焦亡

焦亡是一种新发现的程序性细胞死亡方式，由 gasdermin 家族介导。KP 可通过经典途径激活 NLRP3 - 半胱天冬酶 1，导致下游 IL - 1β 的切割和释放，从而诱导巨噬细胞焦亡。此外，KP 还可通过激活 Pyrin 炎性小体和 caspase - 11 介导的非经典途径诱导焦亡。细胞焦亡在 KP 感染中的作用复杂，既有助于宿主防御，又可能导致组织损伤和细菌扩散。抑制 NLRP3 炎性小体激活的物质可减轻肺损伤，提高小鼠生存率。

坏死性凋亡

坏死性凋亡是一种程序性坏死形式，当细胞无法进行凋亡时发生。KP 可激活坏死性凋亡途径，RIPK3 在 KP 感染的坏死性凋亡途径中可能起更关键的作用。KP 通过抑制凋亡并触发坏死性凋亡，逃避巨噬细胞对感染细胞的吞噬清除。抑制坏死性凋亡可能增强宿主对 KP 的免疫反应，减少感染的严重程度。

治疗展望

使用抗体 / 疫苗防止 KP 逃避巨噬细胞免疫

抗生素的不当使用会破坏肠道有益菌群，引发菌群失调，因此需要开发针对性的抗生素疗法。基于 KP 特定表位设计的抗体或疫苗，可增强巨噬细胞对 KP 的摄取和杀伤能力，提高感染后的恢复率和生存率。目前，针对 KP 的疫苗主要集中在 CPS、LPS、OMPs 和 OMVs 等靶点，相关疫苗在临床试验和动物实验中已显示出一定的保护效果。

增强早期感染时巨噬细胞的吞噬杀伤能力

由于 KP 可在巨噬细胞内持续存在和复制，增强早期巨噬细胞对 KP 的杀伤能力是一种有前景的治疗策略。抑制 STAT6 信号通路可能有助于巨噬细胞清除 KP，增强自噬和早期应用焦亡激活剂也可能具有治疗潜力。

抑制晚期感染时的焦亡和坏死性凋亡以防止炎症和细菌扩散

巨噬细胞焦亡和坏死性凋亡的促炎性质在对抗细菌时具有一定作用，但过度的细胞死亡会导致炎症和组织损伤。抑制晚期感染时的焦亡和坏死性凋亡，可减轻炎症反应，降低死亡率。非甾体抗炎药乙酰水杨酸（ASA）和 5 - 氨基水杨酸（5 - ASA）与抗生素联合治疗，可减少炎症和细菌负荷。

结论

巨噬细胞通过多种 PRRs 识别 KP，激活一系列细胞内信号通路，同时经历自噬、凋亡、焦亡和坏死性凋亡等细胞死亡过程。KP 在细胞外和细胞内的双重存在形式，以及其诱导的 M (Kp) 极化状态和抗炎代谢产物的积累，使得 KP 难以被有效清除。

目前临床治疗 KP 感染的选择有限，深入了解巨噬细胞对 KP 的反应至关重要。综合治疗策略，包括使用针对性抗生素、调节巨噬细胞反应、抑制过度炎症反应等，有望提高 KP 感染的治疗效果，为临床治疗提供新的思路和方法。