腫瘤壞死因子(TNF)介導對結核病的耐藥性。過(guò)量產(chǎn)生TNF是有害的，因為它會(huì )誘導結核性肉芽腫中感染的巨噬細胞的致病性壞死，從而將分枝桿菌釋放到細胞外環(huán)境，促進(jìn)它們的生長(cháng)并傳播到新的宿主。過(guò)量的TNF通過(guò)激酶RIP3和線(xiàn)粒體磷酸酶PGAM5增加了分枝桿菌感染的巨噬細胞線(xiàn)粒體中超氧化物和過(guò)氧化氫等活性氧物種。這些線(xiàn)粒體活性氧啟動(dòng)了一個(gè)復雜的細胞器間信號通路，最終導致巨噬細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(yú)結核感染模型發(fā)現，TNF誘導線(xiàn)粒體復合體的反向電子傳輸(RET)，這反過(guò)來(lái)又驅動(dòng)線(xiàn)粒體活性氧(mROS)的產(chǎn)生，導致巨噬細胞壞死。復合物I抑制劑二甲雙胍可用于抑制腫瘤壞死因子誘導的斑馬魚(yú)和人巨噬細胞壞死，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)正向電子傳遞從復合體I轉移到輔酶Q (CoQ)，產(chǎn)生mro。我們發(fā)現，在沒(méi)有過(guò)量TNF的野生型動(dòng)物中，分枝桿菌感染誘導多種代謝途徑的小幅增強，通過(guò)這一過(guò)程增加了線(xiàn)粒體活性氧。線(xiàn)粒體活性氧的輕微增加并沒(méi)有導致巨噬細胞壞死。在TNF過(guò)量的動(dòng)物(TNFhi動(dòng)物)中，我們發(fā)現，大量增加的線(xiàn)粒體活性氧不是通過(guò)傳統的正向電子傳遞誘導的，而是通過(guò)反向電子傳遞(RET)誘導的。RET發(fā)生在當從各種代謝途徑減少的CoQ (CoQH2)池增加時(shí)——結合穿過(guò)線(xiàn)粒體內膜的高質(zhì)子動(dòng)力——導致電子通過(guò)復合體I回流而不是進(jìn)入復合體III。RET可以在復合體I產(chǎn)生大量的線(xiàn)粒體活性氧。我們發(fā)現，在復合體II上琥珀酸的氧化增加是導致RET 線(xiàn)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，TNF增加了谷氨酰胺進(jìn)入細胞的轉運，促進(jìn)谷氨酰胺水解，從而增加了α-酮戊二酸池供應到克雷布斯循環(huán)，導致琥珀酸增加。
 

分枝桿菌在腫瘤壞死誘導的兩個(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(xiàn)粒體活性氧一起誘導壞死。相比之下，TNF在壞死途徑中除了誘導線(xiàn)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制，利用宿主的遺傳脆弱性(即失調的TNF水平)介導巨噬細胞壞死，作為增加傳播的一種方式，這對其生存至關(guān)重要。對tnf誘導的RET 線(xiàn)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誘導的巨噬細胞壞死和動(dòng)物對感染的超敏性。

RET，長(cháng)期以來(lái)被認為是一種體外偽現象，現在被認為通過(guò)適度增加線(xiàn)粒體活性氧發(fā)揮重要的體內平衡作用。然而，過(guò)量RET已被證明可介導心肌梗死和中風(fēng)中缺血-再灌注損傷相關(guān)的病理。我們的研究表明，RET 線(xiàn)粒體活性氧也介導結核病的病理。矛盾的是，這意味著(zhù)關(guān)鍵的宿主決定因子TNF可以根據相對濃度、環(huán)境以及它對宿主代謝的調節程度從保護性轉變?yōu)橹虏⌒?。我們之前的工作已?jīng)表明，失調的TNF在人類(lèi)結核病中也是致病性的。因此，我們發(fā)現的途徑抑制藥物是有希望的宿主靶向治療結核病的輔助藥物，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，也是一種復合物I抑制劑。

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