谷氨酸代谢驱动树突细胞线粒体活性氧快速生成并促进土拉菌病系统性炎症的机制研究

土拉菌(Francisella tularensis)如何劫持树突细胞(DCs)线粒体代谢仍不清楚。本研究揭示该菌通过促进谷氨酸(Glu)代谢重编程三羧酸循环(TCA)，诱导线粒体活性氧(mtROS)爆发，激活p38依赖的促炎信号。阻断谷氨酸转氨酶Got2可抑制DC活化和细菌扩散，为靶向宿主代谢治疗感染提供新思路。

　　

土拉菌病是由高度传染性的胞内病原体土拉弗朗西斯菌(Francisella tularensis)引起的严重感染性疾病。这种狡猾的细菌特别擅长劫持宿主免疫细胞，尤其是具有抗原呈递功能的树突细胞(DCs)。令人困惑的是，被感染的DCs既不能正常成熟，又能够迁移至淋巴结，成为细菌扩散的"特洛伊木马"。更棘手的是，与其它胞内病原体不同，土拉菌缺乏典型的病原相关分子模式，且分泌的毒力因子极少，这使得科学家们长期困惑：它究竟如何操控DCs的免疫功能？

发表在《SCIENCE ADVANCES》的这项研究给出了突破性答案。研究人员发现土拉菌会"绑架"DCs的线粒体，通过独特的代谢重编程机制，将线粒体从能量工厂转变为活性氧生成器。这种精妙的劫持策略不依赖细菌自身的毒力因子，而是巧妙地利用了宿主细胞固有的代谢通路，为开发新型抗感染疗法提供了全新靶点。

关键技术方法包括：1) 结合免疫共沉淀(Co-IP)和质谱技术鉴定细菌-线粒体互作蛋白；2) 稳定同位素标记(SILAC)分析蛋白乙酰化修饰；3) ¹³C标记代谢流分析追踪谷氨酸代谢途径；4) 小干扰RNA(siRNA)敲低关键代谢酶；5) 透射电镜观察细菌-线粒体超微结构；6) 使用C57BL/6小鼠模型评估代谢抑制剂治疗效果。

研究结果部分：

《Francisella与线粒体相互作用并诱导DCs产生线粒体ROS》

通过免疫共沉淀和显微成像技术，发现土拉菌感染1小时后即与DCs线粒体密切接触。代谢检测显示线粒体膜电位(Δψ)和ATP水平下降，但耗氧率(OCR)和超氧化物产生增加，表明线粒体功能转向活性氧(mtROS)生成而非能量代谢。

《Francisella诱导的mtROS激活DCs中p38依赖性促炎信号》

使用mtROS清除剂MitoTEMPO处理感染细胞后，蛋白质组学分析显示先天免疫相关蛋白表达下调。特别是促炎因子Mif和Dek显著减少，同时p38磷酸化水平降低，证实mtROS通过p38途径调控炎症反应。

《mtROS产生依赖Pnpt1并由区室化线粒体蛋白乙酰化调控》

SILAC乙酰化组学揭示感染后线粒体基质蛋白普遍去乙酰化，而膜间隙(IMS)蛋白Pnpt1的K250位点乙酰化显著增加。敲低Pnpt1会抑制mtROS产生和p38活化，表明这种外切酶在代谢重编程中起关键作用。

《Francisella感染的DCs通过谷氨酸分解代谢为TCA循环供能》

¹³C标记示踪显示感染细胞增强谷氨酰胺摄取并转化为谷氨酸，后者通过α-酮戊二酸(αKG)进入TCA。抑制去乙酰化酶SIRT3会阻断谷氨酸代谢流，证实蛋白乙酰化动态调控这一过程。

《Got2驱动谷氨酸依赖性mtROS产生和炎症反应》

谷氨酸转氨酶Got2在感染DCs中表达上调。其抑制剂氨基氧乙酸(AOA)可阻断谷氨酸向αKG转化，抑制mtROS产生和细胞因子(IL-6、IL-1β)分泌，同时降低MHCII和CD80表达，证实Got2是代谢干预的关键靶点。

《抑制谷氨酸转氨可减少DC迁移并缓解严重土拉菌病》

动物实验显示AOA治疗能显著减少脾脏中CCR7⁺ DCs的浸润，降低细菌负荷和促炎因子水平。蛋白质组分析发现AOA下调抗病毒反应相关蛋白，延缓脾肿大进展，使小鼠生存率提高。

这项研究揭示了土拉菌劫持宿主免疫细胞的精巧策略：通过重编程DCs线粒体代谢，将谷氨酸分解转化为促炎信号。这种不依赖细菌毒力因子的"代谢劫持"机制，解释了为何传统抗感染策略对土拉菌效果有限。更重要的是，研究证明靶向宿主代谢酶Got2可同时阻断细菌扩散和过度炎症，为治疗胞内病原体感染提供了"一箭双雕"的新思路。这种以宿主为导向(host-directed)的治疗策略，有望克服病原体耐药性难题，对开发广谱抗感染疗法具有重要启示意义。