人类肺泡巨噬细胞对结核分枝杆菌的免疫应答特征：揭示个体差异背后的关键基因网络

本研究针对结核病(TB)个体易感性差异的科学难题，通过分析28名健康成人肺泡巨噬细胞(HAMs)感染结核分枝杆菌(M.tb)后的转录组和蛋白质组变化，首次系统鉴定了324个差异表达且具有高度个体变异性(VE)的基因。研究发现IL1B-STAT1-IRF1-IDO1构成的枢纽网络与TB免疫应答密切相关，其中9个VE基因编码的分泌蛋白在感染2小时内即出现显著差异。该成果为开发个体化TB风险预测标志物提供了新靶点，发表于《Communications Biology》。

　　

结核病(TB)至今仍是全球重大公共卫生威胁，尽管全球约四分之一人口感染结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, M.tb)，但仅5-15%会发展为活动性结核病。这种巨大的个体差异背后隐藏着怎样的免疫机制？为何BCG疫苗保护率仅50%？这些问题的答案对开发精准诊疗策略至关重要。肺泡巨噬细胞(HAMs)作为M.tb入侵的第一道防线，其免疫应答特性被认为是决定感染结局的关键，但人类HAMs对M.tb感染的响应模式及其个体差异一直缺乏系统研究。

为破解这一难题，Wolfgang Sadee和Larry S.Schlesinger领衔的国际团队在《Communications Biology》发表了突破性研究成果。研究人员从28名健康成人获取原代HAMs，使用发光标记的M.tb H37Rv株（MOI 2:1和10:1）进行感染实验，通过AmpliSeq转录组测序、27种免疫相关蛋白的多重检测以及生物发光技术（RLU）监测细菌负载，结合来自南非流行区的验证队列，首次绘制了HAMs响应M.tb感染的个体差异全景图。

关键技术方法包括：1）从28名健康非吸烟者（14男/14女，涵盖4个种族）获取原代HAMs进行M.tb感染实验；2）采用工程化发光M.tb H37Rv株通过RLU值动态监测细菌摄取和生长；3）AmpliSeq技术检测20,804个RNA转录本（含2,228个非编码RNA）；4）Meso Scale Discovery平台定量27种分泌蛋白；5）南非队列9名接触者的HAMs进行RNA-Seq验证。

Heterogeneity in M.tb uptake, adaptation and growth in HAMs among donors
研究发现HAMs对M.tb的摄取和胞内生长存在惊人的个体差异——72小时时细菌负载（RLU值）相差近10倍。这种差异在感染后2小时即显现，且与感染剂量（MOI 2:1 vs 10:1）无关，提示宿主固有因素主导了早期应答差异。

HAM-secreted proteins capture the immune response to M.tb infection
27种检测蛋白中25种（92.6%）在感染72小时内分泌显著增加。其中CCL3、CSF2和MMP2在感染2小时即显著升高，而IL1B、TNF等经典炎症因子在24小时才明显增加。值得注意的是，MMP2蛋白在2小时即大量分泌，但其mRNA到24小时才上调，提示存在翻译后调控机制。

Transcriptomes of uninfected control and M.tb-infected HAMs reveal DE gene profiles
感染引发显著的转录组重编程：2小时检出62个差异表达基因（DE genes），24小时达2,177个，72小时增至3,662个。36个基因在所有时间点持续差异表达（34个上调），包括IL1A、IL1B、TNF等促炎因子和GPR84（短链脂肪酸受体）。尽管M1/M2极化分类过于简化，但72小时数据显著富集M1样模块基因（如STAT1）。

DE genes display the most variable expression in HAMs between donors(VE genes)
通过Levene检验从DE基因中鉴定出324个具有高度个体变异性（VE）的基因，这些基因仅在感染细胞中出现。其中14个是持续表达的VE基因（如CCL2、CCL20、IL1B），表明个体差异特征在感染2小时即确立。IDO1（吲哚胺2,3-双加氧酶）作为已知TB标志物，仅在8-10名供体的HAMs中高表达，并与IL1B（R²=0.81）、STAT1等形成紧密共表达网络。

Relationships between protein secretion at 2h and transcript profiles of VE genes
2小时的蛋白分泌与24小时VE基因表达呈现复杂相关性：CCL3等蛋白与ISG20等mRNA在感染细胞中正相关（R=0.56），但在对照细胞中无关联；相反，CCL3与VDR在对照细胞中相关（R=0.52）而在感染细胞中消失（R=0.08），表明M.tb重编程了早期信号传导网络。

Replication study of freshly isolated HAMs in a different population using RNA-Seq
南非队列验证显示：72小时DE基因中60.1%与主研究重叠，其中34%是VE基因（如IDO1共表达模块）。尽管样本量较小，这支持了VE基因在TB流行区的普遍重要性。

这项研究通过多组学整合分析，首次系统揭示了人类HAMs响应M.tb感染的"分子指纹"及其个体差异规律。IL1B-STAT1-IRF1-IDO1枢纽网络的发现为理解TB易感性差异提供了新框架：1）VE基因可能反映宿主遗传/表观遗传背景；2）早期（2小时内）分泌蛋白（如MMP2）可能决定后续应答轨迹；3）IDO1^high与IDO1^low个体的存在暗示了不同的免疫代谢调控模式。这些发现不仅为开发个体化TB风险预测模型（如基于RISK6签名）提供了候选靶点，也为疫苗和药物研发提供了新思路——针对VE基因网络干预或许能缩小个体疗效差异。研究采用的"健康供体原代HAMs"模型克服了永生化细胞系的局限性，其与南非队列的呼应增强了结论的普适性，为后续机制研究和转化应用奠定了坚实基础。