结核分枝杆菌诱导人肺成纤维细胞焦亡的机制研究

本文聚焦结核分枝杆菌（Mtb）感染机制，发现活 Mtb 可诱导人肺成纤维细胞（如 MRC-5、MRC-9、TIG-1）发生焦亡，此过程依赖 NLRP3 炎症小体及 caspase-1/4，伴随 IL-1β、IL-6、IL-8 等炎症因子释放。双 RNA-Seq 揭示 Mtb 在成纤维细胞内激活缺氧适应及毒素 - 抗毒素系统基因，为结核免疫机制提供新视角。

　　

活结核分枝杆菌对肺成纤维细胞的细胞毒性

研究使用人胚胎肺成纤维细胞系 MRC-5、MRC-9 和 TIG-1，通过实时细胞生长 / 细胞毒性测量设备（Maestro-Z）证实，活结核分枝杆菌（Mtb）H37Rv（ lineage 4）和 HN878（lineage 2）感染后第 2 天可诱导细胞死亡，且呈时间和细菌数量依赖性，而死菌无此效应。透射电镜观察显示，感染后第 2 天和第 3 天，Mtb H37Rv 菌体存在于成纤维细胞内，酸性染色进一步验证了菌体摄入。共聚焦激光显微镜观察到成纤维细胞可吞噬活的及热杀死或药物灭活的牛分枝杆菌 BCG，表明成纤维细胞具备类似巨噬细胞的吞噬能力，但仅活 Mtb 诱导细胞毒性。

焦亡机制的验证

通过选择性蛋白酶抑制剂实验，发现 caspase-1/4 抑制剂 VX-765 和 NLRP3 炎症小体抑制剂 MCC950 可显著抑制 Mtb 诱导的成纤维细胞死亡，而 caspase-3 抑制剂 PAC-1 和 caspase-9 抑制剂 z-LEHD-fmk 无抑制作用。这表明活 Mtb 诱导的细胞死亡为焦亡而非凋亡，焦亡过程依赖 NLRP3 炎症小体及 caspase-1/4 通路。

炎症细胞因子的诱导

感染活 Mtb 的成纤维细胞在第 2 天检测到 IL-1β、IL-6 和 IL-8 的 mRNA 表达显著升高，ELISA 检测培养上清液中这三种细胞因子的蛋白水平在第 3 天显著增加，且荧光素酶报告基因实验证实 IL-6 和 IL-8 基因转录激活与 NF-κB 信号通路相关。值得注意的是，IL-18 未被检测到，提示其可能不参与该焦亡过程。

双 RNA-Seq 分析宿主与病原体基因表达

双 RNA-Seq 分析显示，胞内 Mtb 的 tcrR、secE2、ahpD 和 mazF8 基因高度表达。tcrR 属于双组分系统，可能调控细菌在宿主内的存活；secE2 作为钙结合蛋白，可刺激细胞因子产生；ahpD 通过抵抗宿主氧化应激促进感染存活；mazF8 作为毒素 - 抗毒素系统成员，参与转录调控。宿主细胞中，IL-1β、IL-8/CXCL8、caspase-4 和 NLRP3 的基因表达上调，而 caspase-3 和 caspase-9 未显著变化，进一步支持焦亡机制。GO 分析显示，胞内 Mtb 富集 DNA 模板转录、缺氧响应及氧化还原酶活性相关基因，提示其通过适应宿主细胞内的缺氧微环境存活。宿主细胞则表现出代谢过程、蛋白质结合及细胞内结构相关基因的上调，反映了吞噬 Mtb 后细胞结构和功能的改变。

讨论与意义

本研究证实肺成纤维细胞可作为 Mtb 的宿主细胞，活 Mtb 通过激活 NLRP3 炎症小体和 caspase-1/4 诱导焦亡，伴随 IL-1β、IL-6 和 IL-8 等炎症因子释放，可能通过激活免疫系统清除病原体。双 RNA-Seq 揭示 Mtb 在成纤维细胞内的生存策略，如利用缺氧适应和毒素 - 抗毒素系统。这些发现拓展了对 “非经典免疫细胞” 在结核感染中作用的认识，为理解结核免疫机制及开发新治疗靶点提供了依据。研究局限在于仅在细胞水平探讨，体内免疫应答中的细胞间相互作用需进一步研究。