研究发现，细胞的发电厂正在秘密地帮助对抗细菌

线粒体最初被称为发电组件的细胞。

但科学家们是越来越多的发现这些小细胞器的作用不仅仅是动力电池。他们还参与免疫功能，例如控制炎症,调节细胞死亡和应对感染.

我和同事的研究表明，线粒体起着另一个作用在免疫反应中起关键作用：感知细菌活动并帮助中性粒细胞（一种白细胞）捕获并杀死它们。

在过去的 16 年里，我的研究集中在了解免疫细胞在感染期间做出的决定以及这些决策过程的崩溃如何导致疾病。

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我实验室最近的发现阐明了为什么患有狼疮等自身免疫性疾病的人可能难以抵抗感染，揭示了线粒体功能失调和免疫防御减弱.

免疫系统的秘密武器

中性粒细胞是最丰富的免疫细胞类型并充当免疫系统的第一响应者。他们的主要防御机制之一是释放中性粒细胞细胞外陷阱 （NET）– 由 DNA 和抗菌蛋白组成的网状结构。

这些粘性 NET 可捕获和中和入侵的微生物，防止它们在体内传播。

直到最近，科学家们还认为 NET 的形成主要是由细胞应激和损伤引发的。然而，我们的研究发现，线粒体可以检测特定的细菌副产物——乳酸——并利用该信号启动 NET 的形成。

乳酸通常与人的肌肉疲劳.但在细菌感染的情况下，它起着不同的作用。许多细菌释放乳酸作为他们自身能源生产的一部分。

我的团队发现，一旦细菌被细胞的一个隔室吞噬称为吞噬体，中性粒细胞可以感应到这种乳酸的存在。

在吞噬体内部，这种乳酸与中性粒细胞通讯细菌存在，抗菌过程不足以杀死这些病原体。

当中性粒细胞中的线粒体检测到这种乳酸时，它们开始信令让细胞摆脱包埋细菌的 NET。一旦细菌被释放到细胞外，其他免疫细胞就可以杀死它们。

当我们阻断线粒体感知乳酸的能力时，中性粒细胞未能有效生成 NET.这意味着细菌更有可能逃脱捕获和增殖，这表明这种机制对免疫防御有多么重要。这个过程突出了细菌的新陈代谢和宿主细胞的能量机制之间错综复杂的对话。

这一发现令人惊讶的是，细胞内的线粒体能够检测到被困在吞噬体中的细菌，即使微生物被封闭在一个单独的空间中。不知何故，线粒体传感器可以从这些隔室中拾取线索——这是一项令人印象深刻的细胞协调壮举。

靶向线粒体以对抗感染

我们的研究是一个不断发展的领域的一部分称为 免疫代谢，它探讨了新陈代谢和免疫功能紧密交织在一起。研究人员现在不再将细胞代谢严格视为产生能量的手段，而是将其视为免疫决策的核心驱动力。

线粒体是这种相互作用的核心。它们感知、响应甚至塑造细胞代谢环境的能力使它们关键角色确定免疫反应的部署方式和时间。

例如，我们的研究结果提供了一个关键原因，为什么患有一种称为系统性红斑狼疮经常遭受反复感染。

狼疮患者中性粒细胞中的线粒体无法感应细菌乳酸适当地。结果，NET 产量显着减少。这种线粒体功能障碍可以解释为什么狼疮患者更容易受到细菌感染——即使他们的免疫系统因疾病而不断被激活。

这一观察结果指出了线粒体在平衡免疫反应中的核心作用。它连接了两个看似无关的问题：狼疮中的免疫过度活跃和免疫弱点，如对感染的易感性增加。

当线粒体正常工作时，它们会帮助中性粒细胞对细菌进行有效、有针对性的攻击。但是当线粒体受损时，这个系统就会崩溃。

我们发现线粒体可以感应细菌乳酸以触发 NET 形成，这为治疗感染开辟了新的可能性。例如，增强线粒体感应的药物可以促进免疫系统较弱的人的 NET 产生。

另一方面，对于 NET 导致组织损伤的情况——例如严重的新型冠状病毒 （COVID-19）或自身免疫性疾病 – 限制这种反应可能是有益的。

此外，我们的研究提出了一个问题，即其他免疫细胞是否使用类似的机制来感知微生物代谢物，以及其他细菌副产物是否可能作为免疫信号。

更详细地了解这些途径可能会导致更精确地调节免疫反应的新疗法，减少附带损害，同时保持抗菌防御。

线粒体不仅是细胞的发电站，还是免疫系统的瞭望塔，对细菌入侵者最微弱的代谢信号保持警觉。

随着研究人员对他们角色的理解不断扩大，我们的欣赏我们细胞防御的复杂性和适应性。

安德鲁·蒙蒂斯， 微生物学助理教授，田纳西大学

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