腫瘤壞死因子(TNF)介導(dǎo)對(duì)結(jié)核病的耐藥性。過(guò)量產(chǎn)生TNF是有害的，因?yàn)樗鼤?huì)誘導(dǎo)結(jié)核性肉芽腫中感染的巨噬細(xì)胞的致病性壞死，從而將分枝桿菌釋放到細(xì)胞外環(huán)境，促進(jìn)它們的生長(zhǎng)并傳播到新的宿主。過(guò)量的TNF通過(guò)激酶RIP3和線粒體磷酸酶PGAM5增加了分枝桿菌感染的巨噬細(xì)胞線粒體中超氧化物和過(guò)氧化氫等活性氧物種。這些線粒體活性氧啟動(dòng)了一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞器間信號(hào)通路，最終導(dǎo)致巨噬細(xì)胞壞死和分枝桿菌的釋放。

近日，劍橋大學(xué)Lalita Ramakrishnan研究組在Science上發(fā)表題為“Tumor necrosis factor induces pathogenic mitochondrial ROS in tuberculosis through reverse electron transport”的研究論文，該研究利用斑馬魚結(jié)核感染模型發(fā)現(xiàn)，TNF誘導(dǎo)線粒體復(fù)合體的反向電子傳輸(RET)，這反過(guò)來(lái)又驅(qū)動(dòng)線粒體活性氧(mROS)的產(chǎn)生，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞壞死。復(fù)合物I抑制劑二甲雙胍可用于抑制腫瘤壞死因子誘導(dǎo)的斑馬魚和人巨噬細(xì)胞壞死，這表明這種常見(jiàn)的抗糖尿病藥物可能也是一種有用的結(jié)核病輔助治療藥物。
 

通常，在正常呼吸過(guò)程中，代謝途徑產(chǎn)生的還原煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的電子進(jìn)入電子傳遞鏈(ETC)，并通過(guò)正向電子傳遞從復(fù)合體I轉(zhuǎn)移到輔酶Q (CoQ)，產(chǎn)生mro。我們發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有過(guò)量TNF的野生型動(dòng)物中，分枝桿菌感染誘導(dǎo)多種代謝途徑的小幅增強(qiáng)，通過(guò)這一過(guò)程增加了線粒體活性氧。線粒體活性氧的輕微增加并沒(méi)有導(dǎo)致巨噬細(xì)胞壞死。在TNF過(guò)量的動(dòng)物(TNFhi動(dòng)物)中，我們發(fā)現(xiàn)，大量增加的線粒體活性氧不是通過(guò)傳統(tǒng)的正向電子傳遞誘導(dǎo)的，而是通過(guò)反向電子傳遞(RET)誘導(dǎo)的。RET發(fā)生在當(dāng)從各種代謝途徑減少的CoQ (CoQH2)池增加時(shí)——結(jié)合穿過(guò)線粒體內(nèi)膜的高質(zhì)子動(dòng)力——導(dǎo)致電子通過(guò)復(fù)合體I回流而不是進(jìn)入復(fù)合體III。RET可以在復(fù)合體I產(chǎn)生大量的線粒體活性氧。我們發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合體II上琥珀酸的氧化增加是導(dǎo)致RET 線粒體活性氧的原因，而這種代謝物是CoQH2積累的來(lái)源。琥珀酸是在克雷布斯循環(huán)中產(chǎn)生的，因此我們研究了它的代謝來(lái)源。我們發(fā)現(xiàn)，TNF增加了谷氨酰胺進(jìn)入細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)谷氨酰胺水解，從而增加了α-酮戊二酸池供應(yīng)到克雷布斯循環(huán)，導(dǎo)致琥珀酸增加。
 

分枝桿菌在腫瘤壞死誘導(dǎo)的兩個(gè)不同的步驟中發(fā)揮關(guān)鍵作用。它們需要與TNF一起增加谷氨酰胺水解，然后再與產(chǎn)生的線粒體活性氧一起誘導(dǎo)壞死。相比之下，TNF在壞死途徑中除了誘導(dǎo)線粒體活性氧外沒(méi)有其他作用。因此，毒性分枝桿菌已經(jīng)進(jìn)化出多種精心策劃的機(jī)制，利用宿主的遺傳脆弱性(即失調(diào)的TNF水平)介導(dǎo)巨噬細(xì)胞壞死，作為增加傳播的一種方式，這對(duì)其生存至關(guān)重要。對(duì)tnf誘導(dǎo)的RET 線粒體活性氧通路的描述確定了幾種藥物，它們已經(jīng)被批準(zhǔn)用于其他疾病，在不同的步驟抑制該通路。這些藥物還抑制了tnf誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞壞死和動(dòng)物對(duì)感染的超敏性。

RET，長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是一種體外偽現(xiàn)象，現(xiàn)在被認(rèn)為通過(guò)適度增加線粒體活性氧發(fā)揮重要的體內(nèi)平衡作用。然而，過(guò)量RET已被證明可介導(dǎo)心肌梗死和中風(fēng)中缺血-再灌注損傷相關(guān)的病理。我們的研究表明，RET 線粒體活性氧也介導(dǎo)結(jié)核病的病理。矛盾的是，這意味著關(guān)鍵的宿主決定因子TNF可以根據(jù)相對(duì)濃度、環(huán)境以及它對(duì)宿主代謝的調(diào)節(jié)程度從保護(hù)性轉(zhuǎn)變?yōu)橹虏⌒?。我們之前的工作已?jīng)表明，失調(diào)的TNF在人類結(jié)核病中也是致病性的。因此，我們發(fā)現(xiàn)的途徑抑制藥物是有希望的宿主靶向治療結(jié)核病的輔助藥物，無(wú)論是藥物敏感還是藥物耐藥。二甲雙胍是一種廣泛使用、耐受性良好的抗糖尿病藥物，也是一種復(fù)合物I抑制劑。

TNF是炎癥因子，這種炎癥因子可以導(dǎo)致線粒體電子逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致線粒體釋放大量活性氧，活性氧導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這里存在一個(gè)邏輯關(guān)系，就是炎癥和氧化應(yīng)激的關(guān)系，有炎癥就有氧化應(yīng)激是早就發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，這一研究從分子細(xì)節(jié)上，更清楚地給我們展示了炎癥和氧化應(yīng)激的關(guān)系。那么控制氧化應(yīng)激，對(duì)緩解炎癥帶來(lái)的毒性也就成為基本邏輯了。這一研究也暗示，能控制氧化應(yīng)激的藥物，可能對(duì)于控制結(jié)核病的病理過(guò)程有一定意義。