线粒体通过竞争叶酸代谢抵御弓形虫感染的分子机制研究

面对细胞内病原体与宿主争夺营养的难题，来自美国的研究团队揭示了线粒体代谢在宿主防御中的新机制。研究发现，弓形虫(Toxoplasma gondii)感染会通过HRI激酶激活整合应激反应(ISR)，促使转录因子ATF4上调线粒体单碳代谢酶MTHFD2/SHMT2的表达，通过消耗叶酸(folate)限制寄生虫合成脱氧胸苷单磷酸(dTMP)，从而抑制其增殖。该研究为抗感染治疗提供了新靶点。

　　

当狡猾的弓形虫(Toxoplasma gondii)入侵宿主细胞时，一场关于营养争夺的"生化攻防战"就此展开。科学家们发现，作为细胞"能量工厂"的线粒体竟然还能化身"防御堡垒"——通过激活整合应激反应(integrated stress response, ISR)通路，宿主细胞能敏锐感知寄生虫效应蛋白引发的线粒体应激。

这场防御战的关键指挥官是转录因子ATF4。当ISR激酶HRI被激活后，ATF4会迅速启动"代谢重编程"：一方面促进线粒体DNA(mtDNA)复制，另一方面上调线粒体单碳代谢(mito-1C)关键酶MTHFD2和SHMT2的表达。这些酶就像"代谢黑洞"，疯狂消耗细胞内的叶酸(folate)资源。

对弓形虫而言，这无疑是致命打击。这种专性寄生物需要叶酸来合成脱氧胸苷单磷酸(dTMP)——DNA复制的必需原料。实验显示，当人为阻断ATF4通路或用药物甲氨蝶呤(methotrexate)抑制线粒体单碳代谢时，寄生虫的dTMP合成和增殖能力明显增强。

更有趣的是，这种防御策略在活体实验中也得到验证：通过药物抑制ISR通路，小鼠体内的寄生虫载量显著升高。该研究不仅揭示了线粒体作为"代谢守门人"的新角色，更为抗感染治疗提供了新思路——或许可以通过调控宿主代谢来"饿死"病原体。