NLRP3在创伤弧菌（Vibrio vulnificus）感染期间对巨噬细胞的代谢重编程至关重要

《Microbiology Spectrum》：NLRP3 is crucial for macrophage metabolic reprogramming during Vibrio vulnificus infection

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　　在面对感染时，免疫系统是机体的第一道防线，而巨噬细胞作为固有免疫系统的重要组成部分，在清除病原体和调控炎症反应中发挥着关键作用。本文研究探讨了NOD样受体3（NLRP3）在巨噬细胞对副溶血性弧菌（*Vibrio vulnificus*）感染的免疫代谢调控中的作用。副溶血性弧菌是一种嗜盐的革兰氏阴性海洋细菌，广泛分布于温暖的咸水环境中，尤其是在河流与海水交汇处。该细菌引起的感染以快速进展和高致死率著称，临床上主要表现为三种形式：原发性败血症（占43.1%）、伤口感染（45.9%）和胃肠道感染（5%）。在原发性败血症中，患者往往在48小时内迅速恶化，出现败血性休克和多器官衰竭，死亡率超过50%。尽管副溶血性弧菌感染具有极高的致病性，但其在宿主防御反应中的分子机制仍不明确。

研究发现，副溶血性弧菌感染能够显著改变巨噬细胞的代谢模式，从氧化磷酸化（OXPHOS）转向有氧糖酵解。这种代谢重编程不仅为巨噬细胞提供必要的能量，还支持其执行吞噬作用、细胞因子产生和抗原呈递等免疫功能。糖酵解过程中的中间产物不仅是能量来源，还参与免疫细胞对环境刺激的适应性反应。然而，关于NLRP3如何调控这一代谢重编程的具体机制尚未完全阐明。

NLRP3是NOD样受体（NLR）家族的重要成员，主要表达于巨噬细胞的胞质中。其功能之一是介导白细胞介素-1β（IL-1β）的分泌，通过激活caspase-1，导致gasdermin D（GSDMD）的切割，从而引发细胞焦亡并促进IL-1β和IL-18的成熟和释放。此外，NLRP3还与多种自身免疫疾病和代谢障碍相关，如神经退行性疾病和动脉粥样硬化等。在这些疾病中，NLRP3炎性小体可能直接参与疾病的发生，或作为促进因子加剧疾病进展。

本研究中，我们利用J774A.1巨噬细胞系和小鼠肝组织进行实验，以探讨NLRP3在副溶血性弧菌感染期间对巨噬细胞糖酵解的调控作用。通过高通量RNA测序，我们发现副溶血性弧菌感染显著激活了与炎症细胞因子（如IL-1β和IL-18）相关的基因表达。同时，NLRP3在感染后表达上调，表明其可能在巨噬细胞的防御机制中扮演重要角色。进一步分析显示，NLRP3的缺失显著抑制了巨噬细胞的糖酵解水平，导致葡萄糖摄取减少、活性氧（ROS）生成降低以及细胞外乳酸水平下降。这些结果提示NLRP3可能通过调控糖酵解过程来促进巨噬细胞的炎症反应。

在对NLRP3缺失巨噬细胞的代谢分析中，我们发现其糖酵解相关基因（如磷酸果糖激酶L（PFKL））的表达水平显著降低。PFKL是糖酵解过程中的关键限速酶，负责将果糖-6-磷酸转化为果糖-1,6-二磷酸。因此，NLRP3可能通过调控PFKL的表达来影响巨噬细胞的糖酵解能力。此外，我们还通过非靶向代谢通量分析，发现副溶血性弧菌感染的NLRP3缺失巨噬细胞中，果糖-1,6-二磷酸和3-磷酸甘油酸等糖酵解中间产物的丰度降低，这可能是由于PFKL的表达减少所致。

进一步的实验表明，NLRP3的缺失显著降低了巨噬细胞中ROS的生成。ROS在清除病原体和调节免疫反应中起着重要作用，尤其是通过NADPH氧化酶（如NOX2）的活性。在NLRP3缺失的情况下，NOX2的表达也有所下降，这表明NLRP3可能通过调控NOX2的表达来影响ROS的生成，从而影响巨噬细胞的抗菌能力。综上所述，NLRP3可能通过促进糖酵解、增加ROS生成和调控代谢通路来增强巨噬细胞对副溶血性弧菌的防御反应。

此外，我们还通过单细胞RNA测序分析了小鼠肝脏中的免疫细胞组成。结果显示，NLRP3缺失的小鼠肝脏中，巨噬细胞的比例显著减少，而其他免疫细胞（如中性粒细胞和树突状细胞）的比例则相对增加。这提示NLRP3可能在调控肝脏巨噬细胞数量和功能方面发挥重要作用。结合我们的研究结果，NLRP3不仅影响巨噬细胞的代谢状态，还可能通过调控其代谢通路来影响免疫细胞的分布和功能。

本研究的结果表明，NLRP3在副溶血性弧菌感染期间通过调控糖酵解和ROS生成，对巨噬细胞的免疫功能具有重要影响。这些发现为理解固有免疫系统如何通过代谢重编程来应对感染提供了新的视角，并可能为开发针对严重感染的治疗策略提供潜在靶点。然而，进一步的研究仍需深入探讨NLRP3对巨噬细胞糖酵解的具体调控机制，以及其在感染相关疾病中的广泛影响。