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综述:植物防御策略:抗病性(disease resistance)与耐受性(disease tolerance)的双重铠甲
《New Plant Protection》:Plant defense strategies: The dual armor of disease resistance and tolerance
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年09月14日 来源:New Plant Protection
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本综述系统阐述了植物在面对病原体侵染时所采用的双重防御策略:抗病性(通过PTI、ETI和SAR等机制主动抑制病原)和耐受性(在不影响病原负荷下维持宿主健康与产量)。文章强调,尽管抗病性分子机制研究较为成熟,耐受性作为独立且广泛的生存策略,其分子基础仍属前沿领域。作者呼吁加强耐受性机制研究,以推动可持续农业发展,为作物抗病育种提供新思路。
植物免疫的双重防御策略
作为陆地生态系统的基石,植物长期遭受细菌、真菌、病毒、卵菌和线虫等多种病原体的侵袭。这些病原体通过复杂的感染策略侵染宿主组织,导致组织损伤、光合作用受损、生长受阻,常引起灾难性产量损失。历史记录揭示了植物疾病的深远社会经济影响,例如19世纪由致病疫霉(Phytophthora infestans)引发的爱尔兰马铃薯饥荒,以及20世纪由稻瘟病菌(Helminthosporium oryzae)引发的孟加拉稻瘟病大流行。即便在现代农业技术支持下,全球每年仍有10%–30%的作物因病原体和害虫而损失,对发展中国家的粮食安全构成严重威胁。虽然化学农药可部分减缓损失,但其对人类健康和环境存在潜在风险。加之气候变化和病原体进化带来的新挑战,开发基于植物先天免疫的可持续解决方案迫在眉睫。
植物与微生物共同进化超过4.07亿年,在此期间形成了多种限制感染和减轻感染负面影响的策略。其中,抗病性和耐受性(图1)是两种根本不同的防御策略。抗病性指宿主通过协调免疫反应(包括病原识别、信号传导和下游防御输出)来预防和限制病原感染的能力,涵盖活性氧(ROS)爆发、物理屏障形成(如细胞壁增厚和气孔关闭)、化学防御化合物(如植物抗毒素)的合成与释放,以及系统获得性抗性(SAR)的建立。耐受性则指宿主在感染后承受疾病负面影响的能力,它不直接作用于病原体,而是通过限制感染对健康和适应性的代价来实现免疫保护。
INTRODUCTION
植物作为固着生物和陆地生态系统中的基础生产者,面临来自多种病原体的持续挑战。这些病原体采用多方面的感染策略定殖宿主组织,造成组织损伤、削弱光合作用、破坏生长,并常导致灾难性产量损失。历史记录突显了植物疾病带来的深远社会经济影响。即便有现代农业进步,病原体和害虫每年仍导致全球作物损失10%–30%,对发展中国家的粮食安全构成不成比例的威胁。虽然化学农药有助于减轻部分损失,但它们可能对人类健康和环境构成风险。结合气候变化和病原体进化带来的新挑战,迫切需要开发基于植物先天免疫的可持续解决方案。
DISEASE RESISTANCE: THE ESTABLISHED FRONTLINE DEFENSE AGAINST PATHOGENS
植物抗病性是针对病原入侵的有效策略。抗病反应包括三个阶段:免疫识别、信号整合和防御执行。植物利用细胞表面受体和细胞内受体感知病原体的危险信号。这些识别事件激活两个相互连接的免疫分支:模式触发免疫(PTI)和效应子触发免疫(ETI),它们共同构成植物抗病性的基础。
PRR-mediated immunity
在感染部位,位于质膜的模式识别受体(PRR)感知“非自身”信号,包括病原相关分子模式(PAMP)、损伤相关分子模式(DAMP)和植物细胞因子,从而激活PTI。PAMP代表病原体的保守分子特征,例如细菌鞭毛蛋白、延伸因子Tu(EF-Tu)、脂多糖(LPS)和真菌几丁质寡聚体。DAMP包括在细胞损伤期间释放的宿主衍生分子,例如细胞壁片段(如寡聚半乳糖醛酸)、细胞外ATP和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)。PAMP/DAMP的广泛保守性使PRR介导的PTI能够赋予对多种病原微生物的广谱抗性。
PRR包括两类主要的细胞表面蛋白:受体样激酶(RLK)和受体样蛋白(RLP),区别在于是否存在细胞内激酶结构域。典型RLK包含三个结构域:胞外配体结合结构域(ECD)、单次跨膜结构域和细胞内激酶结构域。值得注意的是,一些RLK成员(例如受体样胞质激酶,RLCK)缺乏ECD,例如免疫调节因子灰霉病诱导激酶1(BIK1)。RLP具有ECD和跨膜结构域,但需要与适配蛋白如BIR1抑制子(SOBIR1)相互作用进行信号转导。富亮氨酸重复(LRR)结构域是RLK和RLP中最普遍的ECD类型(例如FLS2、EFR、PEPR、RLP23)。此外,还表征了其他七种ECD类型,包括溶菌酶 motif、凝集素结构域、壁相关激酶(WAK)结构域、S位点结构域、凝集素样结构域、富脯氨酸重复和半胱氨酸富集重复,使其能够特异性识别微生物或植物衍生配体。并非所有核苷酸结合富亮氨酸重复受体(NLR)都作为自主受体发挥作用;RLK可能作为共受体、支架蛋白或受体复合物中的调控组件,而RLP通常由于缺乏细胞内激酶结构域而与RLK协同启动信号传导。
配体结合后,RLK或RLP-SOBIR1复合物招募共受体(例如BAK1、CERK1)形成异二聚体,诱导跨膜结构域构象变化和相互激酶反式磷酸化。活化的受体复合物磷酸化下游受体样胞质激酶(RLCK,例如BIK1),启动信号级联,协调多方面的生理反应。这些包括激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)磷酸化级联、ROS爆发、钙(Ca2+)内流、气孔关闭、防御相关基因的转录和翻译重编程、植物激素生物合成以及植物抗毒素和次生代谢物的积累。
NLR-mediated immunity
为了成功定殖,宿主适应性微生物病原体进化出复杂策略以破坏植物免疫,主要通过逃避检测或抑制免疫反应。常见策略包括掩盖免疫原性微生物模式以避免被表面定位的PRR识别。此外,细菌、真菌和卵菌病原体将毒力效应子注入宿主细胞以破坏PTI。这些效应子靶向植物免疫的多种组件,包括抑制PRR生物合成或活性、干扰MAPK信号级联、抑制囊泡运输和阻碍胼胝质沉积,共同通过称为效应子触发易感性(ETS)的过程促进病原感染。作为反击,植物进化出细胞内免疫受体NLR,直接或间接检测病原效应子,从而启动ETI。
NLR蛋白是模块化受体,包含三个核心结构域:可变N端信号结构域、中央核苷酸结合(NB)结构域和C端LRR结构域。基于N端结构,NLR分为三个亚家族:TIR-NLR(TNL,携带Toll/白细胞介素-1受体结构域)、CC-NLR(CNL,包含卷曲螺旋结构域)和RPW8-NLR(RNL,具有抗白粉病8结构域)。LRR结构域介导效应子识别,直接或通过监视被效应子修饰的宿主“守卫”或“诱饵”蛋白实现。NB结构域通过核苷酸(ADP/ATP)交换调节NLR激活,而N端结构域执行下游信号传导。在静止状态,NLR采用自抑制构象,通过分子内相互作用(例如NB翼螺旋结构域关联)或寡聚化稳定。效应子识别触发NB结构域内的ADP-to-ATP交换,解除自抑制并启用激活。大多数NLR作为传感器NLR(sNLR)检测病原效应子。在sNLR下游,辅助NLR(hNLR)——包括ADR1、NRG1和NRC(主要在茄科中的CNL)——放大信号以执行细胞死亡或系统抗性。
类似于PRR复合物,活化的NLR组装成超分子复合物称为抵抗小体。最近突破揭示了抵抗小体之间的结构和功能分歧:CNL(例如ZAR1、Sr35)形成五聚体复合物,作为质膜中的Ca2+可渗透通道。相反,TNL抵抗小体(例如拟南芥RPP1、本氏烟ROQ1)采用四聚体配置具有NADase活性,催化NAD+水解产生次级信使——2'-(5″-磷酸核糖基)-ADP/AMP(pRib-ADP/AMP)和ADP-核糖基化ATP/二-ADPR(ADPr-ATP/di-ADPR)。这些分子招募hNLR(ADR1和NRG1)形成不同的EDS1包含复合物:EDS1-PAD4-ADR1和EDS1-SAG101-NRG1,分别增强病原限制和细胞死亡。此外,TNL的TIR结构域还通过RNA/DNA水解催化合成2′,3′-cAMP/cGMP,这些cNMP产物在TIR介导的信号传导中起重要作用。另一个RNL亚类NRC4组装成六聚体抵抗小体,具有类似的Ca2+通道活性。NLR激活最终导致强大的病原抗性,通常伴随过敏反应(HR)——一种快速的局部细胞死亡以限制病原传播。
这种多层防御范式强调了植物与病原体之间的进化军备竞赛,其中NLR多样化和抵抗小体创新平衡了效应子驱动的毒力策略。NLR生成的第二信使及其受体样通道活性的发现重新定义了植物免疫信号传导,为工程作物持久抗病性提供了新靶点。
The crosstalk between PTI and ETI
尽管PTI和ETI涉及不同的激活信号和早期信号转导过程,但它们并非完全独立的通路。积累的证据证明这两个分支之间存在多层功能协同和信号串扰。因此,植物抗病性被描述为一个统一系统,由两个功能相互依赖和相互加强的分支组成。这种协同效应包括共享的下游免疫反应、信号通路的相互依赖以及分子机制的整合,从而确保植物在病原入侵时能够发动强大而持续的免疫反应。
PTI和ETI在其下游生理输出上表现出广泛重叠。PTI由细胞表面定位的PRR启动,而ETI由细胞内NLR受体介导。尽管它们的激活机制不同,但两条通路最终触发类似的生理反应,包括ROS爆发、Ca2+内流、MAPK级联激活、防御植物激素产生和转录重编程。多个PTI相关蛋白激酶,例如BIK1/PBL、CPK、SIK1和CRK2,直接磷酸化呼吸爆发氧化酶同源物D(RBOHD)以在拟南芥中触发细胞外ROS产生。PRR信号传导激活诱导快速和瞬态的Ca2+内流、气孔关闭和ROS爆发。例如,BIK1磷酸化钙通道蛋白CNGC2/4和OSCA1.3以调节Ca2+内流。值得注意的是,CNL ZAR1和RNL ADR1和NRG1形成漏斗状结构,通过其在膜上的阳离子通道活性诱导Ca2+内流,补充了PTI中CNGC依赖的Ca2+内流机制。这表明钙信号在PTI-ETI协同中可能起作用。转录组分析揭示,PRR(例如FLS2和EFR)和NLR(例如RPS2和RPM1)激活诱导高度相似的基因集,一些基因被两条通路共同调控。有趣的是,与PTI相比,NLR信号传导触发更慢但更持久和放大的ROS爆发、Ca2+内流和MAPK激活。这些重叠反应使植物能够在病原攻击期间快速整合信号,防止因单一路径故障而防御崩溃。
功能相互依赖和相互放大强调了PTI和ETI通路之间的关系,加强了它们的集体免疫功效。在拟南芥中,某些NLR介导的ETI反应严格依赖关键PTI组件。PRR共受体突变体bak1-5/bkk1-1、fec1(fls2/efr/cerk1)和bbc1(bak1/bkk1/cerk1)在NLR触发的ETI期间显示显著减弱的ETI表型,包括减少的ROS爆发和MAPK激活。相反,PTI + ETI处理增强AvrRps4触发的HR。在PTI激活条件下,ETI放大PTI相关免疫输出,例如ROS产生、胼胝质沉积和PTI标记基因表达。ETI还通过上调PRR通路组件(例如BAK1、BIK1和RBOHD)在转录和蛋白质水平上补偿病原效应子介导的PTI抑制,建立持续免疫的正反馈循环。例如,拟南芥中的RBOHD活性需要双重调控:ETI通过转录上调增强RBOHD丰度,而PTI通过BIK1介导的磷酸化直接激活其酶活性。这种双重控制解释了为什么ETI诱导双相、持久的ROS爆发,而不是瞬态PTI响应,并强调了两系统之间重叠下游输出的机制基础。
PTI和ETI通路之间的分子整合发生在多个节点。RBOHD是ROS爆发的中心枢纽,被ETI转录调控和被PTI翻译后调控。RLCK激酶BIK1参与早期PTI信号传导,同时支持ETI期间RBOHD的完全激活。此外,核心ETI复合物EDS1-PAD4-ADR1和EDS1-SAG101-NRG1也有助于PRR介导的PTI。在拟南芥中,LRR-RLP-SOBIR1受体复合物与PBL31相互作用,并与EDS1-PAD4-ADR1模块协作介导PTI响应。值得注意的是,由flg22或nlp20触发的PTI免疫反应在ETI复合物突变体eds1-24/pad4-1/adr1三突变体中显著受损。在转录水平上,调节因子如CBP60g/SARD1通过调控关键PRR和NLR通路基因(例如BAK1、BIK1和CPK4)来协调免疫强度。PTI和ETI在关键节点的收敛使信号能够高效整合成统一的免疫输出。
总的来说,这些发现说明PTI作为主要防御层。毒力病原体部署效应子以抑制PTI,而ETI监视这些效应子并通过增强其表达和活性来加强PTI组件。这种动态相互作用形成一个能够发动强大抗菌反应的免疫网络。因此,PTI代表前线防御,而ETI功能不是作为独立通路,而是作为依赖PTI有效操作的放大模块。
SA-mediated immunity
尽管由PTI和ETI介导的局部防御如ROS爆发和HR在感染部位建立,但植物进化出复杂的系统保护机制SAR,以在远端组织中建立广谱免疫,提供针对二次感染的“免疫记忆”。与局限于感染部位的PTI/ETI不同,SAR将抗性扩展到主要感染区域之外。
PTI和ETI都产生移动系统信号分子,包括甲基水杨酸、甘油-3-磷酸、壬二酸、哌啶酸、N-羟基哌啶酸、NAD和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)。这些分子易位到邻近或远端组织,诱导水杨酸(SA)积累。SA触发 pathogenesis-related(PR)蛋白和其他防御相关蛋白的产生,使植物能够在远端组织中建立抗性并保护 against subsequent pathogen attacks。因此,SAR表现出广谱和持久免疫的特征。
SA在SAR中起核心作用。外源SA应用诱导SAR,而阻断SA生物合成或积累使植物缺乏SAR并对病原体超敏感。SA信号传导依赖其受体,主要是NPR1(PR基因非表达子1)及其同系物NPR3/4。作为SAR的主调节器,NPR1通过动态亚细胞定位和翻译后修饰协调防御基因表达。在没有SA的情况下,NPR1以细胞质二聚体形式存在。SA积累后,NPR1在S55/59经历去磷酸化,解离成单体并易位到细胞核,在那里作为TGA2/5/6转录因子的转录共激活子激活抗性基因(R基因)。这种转录激活对于增强植物免疫至关重要。
NPR1活性受到翻译后修饰的严格调控,包括磷酸化、SUMO化和泛素化。Cullin3-based E3连接酶介导NPR1泛素化以调节其转录活性和SA响应基因表达,而26S蛋白酶体依赖的泛素化促进NPR1降解。核SUMO化通过NPR3/4-CRL3复合物促进NPR1降解,缓解其对ETI的抑制。在远端组织中,SA通过其内在无序区域中的保守半胱氨酸簇诱导NPR1凝聚物(SINC)形成。SINC招募应激响应蛋白,包括NLR免疫受体、氧化/DNA损伤响应因子和蛋白质质量控制机制。NPR1招募Cullin3-based E3连接酶以泛素化和降解SINC内的应激相关蛋白,在ETI期间促进细胞存活。
总的来说,植物免疫整合物理屏障(例如角质层增厚、细胞壁木质化、气孔关闭)和化学防御(例如植物抗毒素、 glucosinolates、ROS)以限制病原入侵和增殖。SAR通过建立远端组织的广谱抗性和免疫记忆,空间放大PTI/ETI介导的保护,有效预防二次感染。此外,除了抗性,植物还依赖耐受性以维持生理功能。
DISEASE TOLERANCE: THE OVERLOOKED EVOLUTIONARY SURVIVAL STRATEGY BEYOND PATHOGEN ELIMINATION
为了减轻感染的有害影响,宿主进化出多种防御策略。除了通过减少病原负荷来限制感染的抗病性外,植物采用耐受性,这是一种生存关键机制,在不直接抑制病原体的情况下最小化感染 induced health decline。积累的证据强调耐受性作为一种广泛且进化保守的植物防御策略,代表宿主免疫的内在组成部分。
Defining disease tolerance: Conceptual framework and physiological hallmarks
耐受性的概念最早出现在19世纪文献中,由Cobb在小麦锈病研究中引入,其中某些小麦品种在感染后保持产量。到20世纪中期,Caldwell等人将耐受性 refined 为宿主在感染后最小化产量或质量损失的能力,强调其独立于病原抑制。Schafer进一步区分“耐受性”和“抗病性”,定义耐受性为在等效疾病严重程度或病原发展下表现出较少产量或质量损失的能力,而抗性限制病原增殖。这种区分为现代耐受性研究奠定了理论基础。同时,耐受性的早期观察出现在动物学中。1979年,Murray和Murray在鼠类感染模型中记录宿主禁食(厌食)显著影响感染结果,强制喂食加剧疾病——这是第一个将代谢调控与感染生存联系的动物研究,尽管未明确使用“耐受性”术语。
随着研究从作物扩展到自然生态系统,Clarke将耐受性分为三种亚型:对寄生虫的耐受性、对疾病的耐受性和一般耐受性,将耐受性与宿主生态适应性 beyond agricultural contexts 联系起来。Bos和Parlevliet重新定义耐受性为“宿主限制病原诱导伤害的能力”,强调宿主适应性保护 over anthropocentric yield metrics。21世纪,耐受性研究整合宿主-病原共同进化理论,揭示耐受性可能延长宿主生存,间接塑造病原传播和毒力进化。在一项里程碑研究中,R?berg等人使用鼠疟模型将植物衍生的耐受性概念正式引入动物免疫学,定义其为“在等效病原负荷下维持宿主健康的能力”,并伴随数学框架进行量化。这桥接了植物和动物耐受性研究。Pagán和García-Arenal强调耐受性在实现宿主-病原共存和通过减少抗性基因选择压力保存遗传多样性方面的生态意义。
当前共识定义耐受性为一种内在宿主防御策略,通过特定生理和分子机制减轻感染 induced damage 对宿主健康(例如生理功能、生长、代谢)和适应性(例如生存、繁殖)。其标志是针对宿主恢复力 rather than directly suppressing pathogens,使感染宿主能够生存和繁殖,与未感染对应物相当。该概念已从19世纪农艺观察演变为整合遗传学、生态学和进化理论的多方面防御策略。其核心定义已从“产量维持”转变为“宿主适应性保护”,在宿主-病原共同进化中重新解释。这种演变丰富了植物病理学,并 informed作物育种(例如耐受性品种选择)以及生态系统管理。
耐受性 characterized by two criteria:减少感染 induced damage or fitness loss,以及病原负荷与症状严重程度之间的解耦。耐受性宿主可能表现出较轻症状或较高适应性输出(例如种子产量、生存),尽管携带与易感宿主相当的病原负荷。因此,耐受性研究需要受控病原负荷范围以确保准确比较。宿主间病原负荷的显著变化可能将耐受性与抗性混淆。例如,具有抗性机制的宿主可能由于较低病原负荷而显示减少症状,误代表耐受性。实验设计必须标准化病原负荷以隔离耐受性机制并将其与抗性区分。这种标准化对于识别在感染下保护植物健康或适应性的独特宿主适应至关重要。
Disease tolerance: A widespread and universal defensive strategy
疾病耐受性,一种与抗病性一样普遍的防御策略, across diverse plant-pathogen systems。 compelling evidence,从模式植物拟南芥到主粮作物,证明这种以宿主为中心的策略通过生理可塑性而非病原消除运作,在感染压力下维持适应性稳态。
在植物中,耐受性表现为对抗真菌、病毒、细菌和线虫病原体, demonstrating broad applicability in multiple crops。例如,小麦对叶锈病(Puccinia triticina)的耐受性在感染后保持谷物产量,而拟南芥对黄瓜花叶病毒(CMV)的耐受性保留种子生产。类似地,番茄对番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)的耐受性维持果实产量,水稻对根结线虫(Meloidogyne graminicola)的耐受性在根感染下保持生长。这些机制,虽然允许病原增殖,但显著减轻感染对宿主生长和繁殖的影响,突出耐受性在植物物种间的保守性。
疾病耐受性的普遍性质 with striking ubiquity across biological kingdoms,其核心防御逻辑从植物到动物保守。这种基本生存策略 persist through deep evolutionary time,通过 taxon-specific molecular adaptations 表现,收敛于统一功能范式:在不病原根除下维持宿主适应性。在感染Mycobacterium marinum的Drosophila melanogaster中,改变的胰岛素信号传导延长生存而不减少病原负荷。血红素加氧酶-1(HO-1)增强鼠脑疟疾中的生存而不影响寄生虫负荷。来自肠道微生物群的膳食纤维衍生短链脂肪酸通过减少肺部炎症和组织损伤改善对流感的耐受性。
COVID-19大流行 underscore 耐受性在当 pathogen-targeted defenses(例如疫苗)不可用时 critical role。轻度或无症状病例可能反映增强的耐受性机制,防止进展到严重疾病。早期临床干预,如呼吸机支持、抗炎治疗和液体管理, artificially bolstered 宿主耐受性通过维持肺功能和减轻过度炎症, exemplifying tolerance's irreplaceability。
这些耐受性现象, observed across plant-animal-microbe systems, consistently align with a core principle:通过宿主适应而非病原消除减轻感染代价。从作物保护到大流行管理,耐受性代表超越物种和病原类型的 universal defense paradigm。其进化保守性和生态意义表明 ancient origins,为人类疾病控制和生态系统可持续性提供见解。这种跨界策略 establish 耐受性作为感染生物学中的 foundational concept,指导未来研究朝向以宿主为中心的治疗方法。
Dual damage control in tolerance: From pathogen and immunity
病原入侵对宿主造成双重伤害:病原体的直接组织损伤和免疫反应的附带损伤。这些交织机制深刻影响植物和动物的宿主健康和生存策略。
在植物中,病原体可以通过分泌毒力因子如毒素、细胞壁降解酶、效应子和冠菌素直接诱导损伤。这些毒力因子采用多种机制抑制免疫反应和破坏植物细胞结构或细胞器功能,例如细胞壁、质膜、叶绿体和内质网(ER),从而破坏植物细胞功能并导致组织损伤。例如, hemibiotrophic bacterium Pseudomonas syringaeemploy its type III secretion system(T3SS)将效应子注入宿主细胞,破坏免疫信号或直接损伤细胞器。来自P. syringae的效应子AvrE和HopM1以及来自Xanthomonas的AvrHah1在感染叶片组织中诱导“水浸”病变以促进疾病进展。HopK1 specifically targets chloroplasts in拟南芥,削弱光合效率,而HopI1定位到叶绿体并破坏类囊体堆叠结构。HopZ1a与微管组件相互作用,导致严重细胞骨架 disorganization,抑制蛋白质分泌,并最终损害细胞壁介导的防御。XopR利用液-液相分离劫持宿主肌动蛋白细胞骨架,扰乱细胞骨架动力学和细胞功能。此外,效应子可以诱导植物细胞中的ER应激,触发未折叠蛋白质积累和细胞死亡。例如,Magnaporthe oryzae与水稻中ER定位蛋白OsHLP1相互作用,破坏ER完整性。 Necrotrophic pathogens such as Botrytis cinerea分泌纤维素酶和果胶酶以降解植物细胞壁,导致组织 maceration。Parastagonospora nodorum的SnTox1效应子通过与WAK SNN1的特异性相互作用诱导小麦叶斑病。此外,植物病原细菌如Ralstonia和Xanthomonas产生丰富细胞外多糖,这些高分子量聚糖阻塞木质部 vessels并诱导特征性萎蔫症状。
类似地,在动物中,病原体表达孔形成毒素,可以破坏宿主细胞质膜或内膜的完整性,导致细胞应激、程序性细胞死亡和组织损伤。寄生虫Plasmodiumspp.在红细胞内增殖并裂解它们,释放游离血红素诱导氧化应激和器官损伤。细菌LPS激活Toll样受体4,驱动系统炎症和感染性休克。除了直接细胞毒性,病原体可以劫持宿主的代谢资源。例如,植物病原真菌通过吸器从宿主细胞吸收营养,导致植物生长受阻或甚至死亡。在动物中,某些病毒或寄生虫耗尽宿主的能量储备,包括葡萄糖和氨基酸,导致代谢紊乱和体重减轻。这种资源开发不仅损害宿主的生理功能,而且可能损害其繁殖能力和长期适应性。
免疫激活,虽然对病原控制至关重要,但对宿主施加附带损伤。在植物中,PTI和ETI诱导ROS爆发和激素波动如SA和JA(茉莉酸)。虽然ROS直接杀死病原体,但过度积累氧化脂质、蛋白质和核酸,导致细胞死亡。在ETI期间,局部细胞死亡通常发生以限制病原传播。然而,如果免疫信号过强,HR可能扩展,导致广泛组织坏死。此外,植物免疫激素SA的过度积累可以抑制赤霉素(GA),导致生长停滞或叶片衰老。此外,高水平的SA合成可以触发未折叠蛋白质响应。如果这种响应变得失调或 prolonged,它可以诱导ER应激,破坏正常蛋白质加工和细胞稳态,最终损害细胞生存和组织功能。
在动物中,类似“免疫附带损伤”也常见。对感染的免疫反应通常涉及炎症激活,例如细胞因子风暴,迅速释放大量促炎因子如TNF-α、IL-6和IL-1β。虽然这些细胞因子有助于动员免疫细胞和清除病原体,但过度释放可以损伤宿主组织,导致急性肺损伤、肝炎或甚至多器官衰竭。激活的免疫细胞,如中性粒细胞,产生高氧化性分子如次氯酸(HO
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