研究發現李斯特菌劫持巨噬細胞線粒體自噬新機制

2月25日，國際學術期刊《自然-免疫學》（Nature Immunology）在線發表了中國科學院上海營養與健康研究所錢友存課題組的最新研究成果「Listeria hijacks host mitophagy through a novelmitophagy receptor to evade killing」。該研究發現單增李斯特菌通過誘導巨噬細胞發生線粒體自噬反應來促進自身的存活，並且鑒定出一個新型線粒體自噬受體NLRX1。

線粒體自噬（mitophagy）是一類選擇性自噬過程，通過特異性降解細胞內受損的或者多餘的線粒體從而完成對細胞代謝水平和命運決定的調控。然而生理或者病理條件下哪些物質可以誘發線粒體自噬反應，又由哪些分子特異性介導了線粒體自噬通路的激活，是該研究領域仍亟需解答的關鍵科學問題。錢友存課題組多年來圍繞先天免疫家族NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）開展研究探索工作，前期研究成果發現，NLR家族成員NLRC5通過調節組織相容性複合體蛋白MHC class I基因的表達促進機體抵抗李斯特菌感染（Yao, et al.,Cell Research2012），而NLRP3炎症小體可以被殺傷性T細胞中的Perforin激活進而促進抗腫瘤免疫（Yao, et al.,Nature Communications2017）。然而作為唯一定位於線粒體的NLR家族成員NLRX1的功能仍不清楚。

為了探究細菌感染能否激活線粒體自噬通路，研究人員分別利用胞內菌（李斯特菌、沙門氏菌）和胞外菌（大腸桿菌、檸檬酸桿菌）感染巨噬細胞並系統性分析了線粒體自噬發生情況，結果表明胞內菌感染可以顯著誘導巨噬細胞發生線粒體自噬反應。進一步研究發現李斯特菌通過分泌溶血素O（listeriolysin O, LLO），誘導細胞發生鈣離子內流、線粒體損傷和線粒體自噬。通過生物信息學預測和RNA干擾等手段研究人員發現NLRX1的NACHT（nucleotide binding and oligomerization domain）結構域中含有一個保守的自噬標記物LC3結合位點（LC3-interacting region, LIR），並且依賴於此位點特異性介導了李斯特菌和LLO誘導的線粒體自噬過程。在生理功能層面，通過利用NLRX1基因全身性敲除和巨噬細胞特異性敲除小鼠，以及線粒體自噬抑製劑Mdivi-1，研究證實抑制線粒體自噬通路的激活會導致細胞內線粒體活性氧的累積，從而抑制了李斯特菌的存活。在機制層面，靜息狀態下NLRX1的LRR（leucine-rich repeat）結構域與NACHT結構域發生相互作用，形成穩定單體狀態，封閉其LIR與LC3的結合；而李斯特菌感染或LLO刺激會導致細胞內NLRX1發生多聚化，促進其LIR結構域與LC3的結合進而介導線粒體自噬的發生。

綜上所述，此研究首次報道了NLR家族成員NLRX1作為新型的線粒體自噬受體參與線粒體穩態調控，同時也深化了人們對於線粒體自噬生理學功能的理解，為抗感染治療提供新的分子靶點和治療思路。

營養與健康所助理研究員張一凡和博士後姚依昆為論文共同第一作者，研究員錢友存為通訊作者。該研究得到加拿大多倫多大學教授Stephen E. Girardin、浙江農林大學教授宋厚輝和蘇州大學教授王建榮的幫助和支持。經費支持來自科技部、國家自然科學基金委、中科院等，同時該研究得到營養與健康所公共技術平台和動物平台的支持和幫助。

圖：李斯特菌通過其分泌的毒素蛋白LLO誘導線粒體損傷，促進NLRX1發生多聚化並與自噬蛋白LC3結合進而促進線粒體自噬通路的激活。

來源：中國科學院上海營養與健康研究所

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