TAK1抑制通过调控线粒体激活孔形成蛋白阻断胞内细菌生长的机制研究

本研究针对病原体通过效应分子抑制宿主炎症信号通路关键激酶TAK1（MAP3K7）的免疫逃逸机制，创新性揭示了宿主细胞通过激活caspase 8-GSDMD和RIPK3-MLKL双重死亡通路，诱导孔形成蛋白在线粒体定位并产生活性氧（ROS）的新型抗菌防御机制。该发现为理解宿主-病原体互作提供了全新视角，发表于《Cell Death and Disease》。

　　

在宿主与病原体的进化军备竞赛中，细菌通过分泌效应蛋白劫持宿主的免疫信号通路已成为经典策略。其中，耶尔森菌等病原体表达的YopJ效应蛋白能特异性乙酰化并抑制TAK1（转化生长因子β激活激酶1），从而阻断NF-κB和MAPK炎症通路。这一现象长期存在一个科学悖论：既然TAK1抑制会削弱宿主炎症反应，为何临床上TAK1缺陷反而导致严重的炎症症状？北卡罗来纳州立大学Jun Ninomiya-Tsuji团队在《Cell Death and Disease》发表的研究，揭开了这个谜题背后的精妙防御机制。

研究团队采用骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）基因敲除模型，结合沙门氏菌感染实验，通过多维度技术手段展开探索。关键技术包括：①构建TAK1、caspase 8、RIPK3等基因条件性敲除小鼠模型；②线粒体特异性ROS探针（MitoSOX）动态监测；③亚细胞组分分离与蛋白质印迹分析；④海马能量代谢分析仪检测线粒体呼吸功能；⑤激光共聚焦显微成像追踪GFP标记蛋白定位。

Compound deletion of caspase 8 and MlkI blocks Tak1 deficiency-induced ROS and cell death
通过构建Rosa26-CreERT系统诱导的基因敲除模型，发现TAK1抑制后，caspase 8与MLKL双敲除可显著降低线粒体ROS水平（MitoSOX荧光强度降低60%），效果与caspase 8/RIPK3双敲除相当。这表明MLKL是RIPK3下游调控线粒体功能的关键执行者。

Gasdermins are downstream effector of caspase 8
实验显示Gsdmd单敲除不能阻断ROS产生，但Ripk3/Gsdmd/Gsdme三敲除可使ROS水平降低至对照组的30%。使用二硫化四乙基秋兰姆（disulfiram）抑制gasdermin家族蛋白时，观察到类似效果，证实GSDMD和GSDME在caspase 8通路中具有功能冗余性。

Mitochondrial localization of pore-forming proteins
亚细胞分离实验揭示：TAK1抑制5小时后，GSDMD-N端片段（GSDMD-N）在线粒体组分中富集达4倍；在caspase 8缺陷细胞中，磷酸化MLKL（p-S³⁴⁵-MLKL）则在线粒体出现。非还原电泳进一步检测到分子量大于250 kDa的GSDMD寡聚体，证实孔形成蛋白在线粒体的功能性组装。

Functional consequences in bacterial defense
沙门氏菌感染模型显示，5Z-7-oxozeaenol（5ZOZ）处理使胞内细菌载量下降10倍，该效应在MLKL/GSDME双敲除细胞中被完全逆转。线粒体膜电位检测和耗氧率（OCR）分析表明，TAK1抑制使基础呼吸降低45%，最大呼吸容量下降62%，这种代谢重编程依赖于孔形成蛋白的线粒体定位。

这项研究颠覆了传统认知：当病原体通过效应蛋白抑制TAK1时，宿主并非被动接受免疫抑制，而是主动激活MLKL和gasdermin家族蛋白，使其转位至线粒体膜上形成孔道。这些孔道通过破坏电子传递链（ETC）的质子梯度，促使线粒体产生大量ROS，在细胞死亡前创造不利于细菌生存的微环境。该发现不仅解释了TAK1缺陷导致炎症的悖论，更揭示了细胞死亡通路在宿主防御中的双重角色——既可作为"自杀武器"消灭被感染的细胞，又能通过线粒体调控发挥"抗菌陷阱"功能。从转化医学角度看，该机制为开发针对胞内病原体的新型免疫调节策略提供了潜在靶点，特别是针对已产生TAK1抑制效应的耐药菌株。