肺上皮类器官模型揭示结核分枝杆菌H37Rv与BCG株的宿主特异性反应及细胞间互作机制

研究人员针对结核分枝杆菌(Mtb)在肺泡上皮细胞(AECs)中的早期感染机制不明问题，通过建立肺上皮类器官与外周血单核细胞(PBMCs)共培养模型，结合转录组学和功能实验，揭示了H37Rv毒株通过诱导铁死亡(ferroptosis)和凋亡、抑制坏死性凋亡(necroptosis)促进感染，而BCG疫苗株主要激活自噬。研究发现TNFSF15-BDNF介导的细胞间通讯可抑制铁死亡从而限制H37Rv生长，为结核病早期干预提供了新靶点。

　　

结核病至今仍是全球重大公共卫生威胁，其病原体结核分枝杆菌(Mtb)的H37Rv毒株与疫苗株BCG在致病机制上存在显著差异。传统研究多聚焦巨噬细胞感染模型，但近年发现肺泡上皮细胞(AECs)作为Mtb早期复制和扩散的"温床"同样关键。然而，肺上皮微环境中宿主-病原体互作的分子机制，尤其是不同类型细胞间的"对话"网络，仍是未解之谜。

针对这一科学瓶颈，南方科技大学附属深圳市第三人民医院国家感染性疾病临床研究中心的张瑞琪、姚福生等研究人员在《Journal of Biological Chemistry》发表创新成果。研究团队突破传统二维细胞模型局限，构建了包含肺泡I型(AEC-I)和II型(AEC-II)细胞的三维肺上皮类器官，与PBMCs建立共培养体系，通过转录组测序(RNA-seq)、蛋白互作网络分析和功能验证，系统解析了H37Rv与BCG株的差异致病机制。

关键技术包括：从临床手术样本建立人源肺上皮类器官；GFP标记Mtb示踪感染定位；流式细胞术检测脂质过氧化；NicheNet算法预测细胞间通讯网络；以及通过过表达TNFSF15和BDNF验证关键调控轴。

研究结果揭示：

1. Mtb优先感染AEC-II细胞
   免疫荧光显示H37Rv-GFP和BCG-GFP与AEC-II标志物SP-C共定位，而与AEC-I标志物AQP5重叠极少，证实Mtb对AEC-II的特异性趋向。

2. Mtb重编程细胞死亡模式
   Western blot显示H37Rv显著下调GPX4(铁死亡关键抑制蛋白)并增加脂质过氧化，同时抑制p-RIPK3/p-MLKL(坏死性凋亡标志物)；而BCG主要增强LC3-II(自噬标志物)。流式证实H37Rv诱导的脂质过氧化水平是BCG的2.3倍。

3. PBMCs呈现株特异性信号应答
   GSVA分析发现BCG激活PBMCs中Hippo和Notch通路(HEY1表达上调3.1倍)，而H37Rv主要激活TNF信号(TNFAIP3上调4.7倍)。患者队列验证了这些通路在结核病中的差异激活。

4. 重塑器官-PBMCs互作景观
   CellChat分析发现H37Rv感染使器官分泌TNFSF15增加5.8倍，通过TNFRSF25受体激活PBMCs中BDNF表达。功能实验证实BDNF可逆转H37Rv诱导的铁死亡，使细菌载量(CFU)降低62%。

该研究首次在类器官模型中阐明：H37Rv通过"诱导铁死亡+抑制坏死性凋亡"的双重策略促进感染，而宿主通过TNFSF15-BDNF轴建立防御反馈。这不仅解释了BCG疫苗保护力有限的分子基础，更揭示了肺泡上皮微环境中"细胞死亡模式重编程"是Mtb毒力调控的关键环节。研究提出的"器官-PBMCs互作网络"分析框架，为复杂感染微环境研究提供了新范式，其中BDNF抑制铁死亡的发现为结核病宿主导向治疗提供了全新靶点。

局限性在于类器官模型未能完全模拟体内免疫细胞迁移过程，且单时间点测序可能遗漏动态调控信息。未来研究可结合时间序列多组学，进一步解析Mtb效应蛋白如何特异性调控GPX4等宿主因子，为开发针对铁死亡通路的新型抗结核药物奠定基础。