探秘结核分枝杆菌，解析机体与它的免疫攻防战
前 言
结核分枝杆菌复合群（MTBC）是一组具有高度相似基因组的分枝杆菌，会导致结核病的产生，主要包括结核分枝杆菌（MTB）、非洲分枝杆菌、卡氏分枝杆菌、牛分枝杆菌、田鼠分枝杆菌等，其中，MTB为是人结核病的主要病原菌。
结核分枝杆菌发现史
1650年，法国学者雪尔福（Sylvius）根据解剖死于“痨病”的患者尸体，发现肺脏及其它器官有颗粒状的病变，根据形态特征为其命名为“结核（tuberculosis）”，并延用至今。
1882年3月24日，微生物学奠基人之一的德国科学家海因里希·赫尔曼•罗伯特•科赫（Heinrich Hermann Robert Koch）向世界宣布发现结核分枝杆菌，证明结核分枝杆菌为人类结核病的病原菌，并将其分为人型、牛型、鸟型和鼠型4型，其中人型菌是人类结核病的主要病原体。
罗伯特·科赫
图片来源于https://www.nobelprize.org/
1995年，世界卫生组织（WHO）宣布，每年的3月24日被确定为“世界防治结核病日（World Tuberculosis Day）”——既是提醒公众加深对结核病的认识，也是为了纪念罗伯特•科赫在结核病研究方面的卓越贡献。
结核分枝杆菌的构成
MTB胞壁脂质含量丰富，包括磷脂、索状因子、蜡质D、硫酸脑苷脂等，约占细胞壁干重的60%，脂质含量与结核分枝杆菌的毒力呈平行关系，含量越高毒力越强。其中，磷脂能刺激单核细胞增生，使炎症灶中的巨噬细胞转变为类上皮细胞，并可抑制蛋白酶对病灶组织的分解作用，形成结核结节和干酪样坏死，且能抑制粒细胞游走和引起慢性肉芽肿。索状因子是分枝菌酸和海藻糖结合的糖脂，能损伤细胞的线粒体膜，影响细胞呼吸，抑制白细胞游走和引起慢性肉芽肿。蜡质D是分枝菌酸与肽糖脂的复合物，可激发机体产生迟发型超敏反应。硫酸脑苷脂存在于有毒株的细胞壁中，能抑制吞噬细胞溶酶体和吞噬体的结合，使细菌在细胞内长期存活。
◆结合分枝杆菌细胞壁构成
MTB细胞壁的核心结构由三种主要成分构成：分枝菌酸（MA）、阿拉伯半乳糖聚糖（AG）以及肽聚糖（PG）。其中，MA是MTB外膜的主要成分，形成分枝杆菌特有的厚亲脂膜，与MTB的毒力、抗酸性密切相关；AG是一种聚合糖，与PG糖部分以共价键连接，跨越整个细胞壁的大部分，并最终分支出来与分枝菌酸连接；PG几乎存在于所有的细菌中，为革兰氏阴性和阳性细菌提供形状、硬度和渗透稳定性。PG作为重要的病原体相关分子模式（PAMP），是细菌感染中先天免疫受体的直接靶标。而MTB的PG特征在于几种独特的修饰，例如酰胺酸的N-糖基化和D-异谷氨酸酰胺化，表型分析证实了D-异谷氨酸酰胺化对分枝杆菌存活的重要性。D-异谷氨酸酰胺化影响异烟肼的耐药性。另外，MTB细胞壁上的脂阿拉伯甘露聚糖（ManLAM）其作为一种毒力因子，支持MTB的存活，并通过几种方式影响宿主的免疫反应，包括促进吞噬体成熟、抗原呈现、T细胞活化和细胞因子调节。
结合分枝杆菌细胞壁结构[2]
◆结核分枝杆菌基因特点及表面抗原
在M.bovis经连续传代获得减毒株-BCG疫苗的传代过程中缺失了十多个基因簇，这些基因簇被称为差异区域。基于血清学样本，国内外已报道的具有抗原性基因组差异区域（RD）蛋白有38个，其中RD1和RD2区的抗原较多。由两种基因组编码的三种蛋白质ESAT-6、CFP-10和EspC已被广泛应用作为重组诊断试剂，因为它们作为特异性有效的T细胞诱导剂可诱导T淋巴细胞产生较高INF-γ，具有较高的特异性。
结核分枝杆菌感染及免疫逃逸
◆结核分枝杆菌感染与免疫
MTB通过呼吸道侵入机体后，在肺泡内与先天免疫系统接触。肺泡巨噬细胞（AM）可以将其摄取，但是由于它们处于非活化状态，因此无法有效地将其清除掉；树突状细胞也可以捕获它们，并将其从炎症部位转移至肺部引流淋巴结，从而刺激初始T细胞的分化、活化和增殖，从而激活免疫应答，产生特异性的抗MTB免疫反应；效应T细胞再进入炎症区域，与AM相互作用，促进AM细胞的充分活化，从而有效地消灭结核分枝杆菌；AM还可以将结核病毒的抗原传递给T细胞，从而促进抗原递呈细胞（APC）进一步活化、增殖和分泌多种细胞因子，如IFN-7和IL-12等，从而有效地抵御结核病毒的侵袭。
MTB主要通过气溶胶进行传播，感染宿主后，大多数宿主的固有免疫和适应性免疫应答能有效控制结核感染，感染程度因机体免疫力、结核分枝杆菌的数量及毒力不同而有异，结局可为：被宿主免疫系统完全清除，结核潜伏感染，活动性结核病，非活动性结核病。
宿主对结合分枝杆菌的免疫调控[3]
◆结核分枝杆菌免疫逃逸
结核分枝杆菌能够利用多种方式阻止巨噬细胞的自身免疫反应，包括阻止其形成吞噬溶酶体、减少其产生的有害物质、干扰其抗原的传输，从而使其无法被正常的细胞所清除，从而使其能够在细胞内增殖，并最终引发结核病。
Nature Communications的一项研究表明，结核分枝杆菌可以通过宿主细胞中的表观遗传机制诱导宿主细胞铁死亡，从而促进病原体的致病性和传播。表观遗传学是研究除DNA序列变化外的其他机制引起的细胞表型和基因表达的可遗传的改变，主要通过DNA甲基化修饰、组蛋白修饰和RNA甲基化修饰等在转录水平调控基因表达。谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）为细胞主要的铁中毒防御系统。Gan B等研究表明，Mtb分泌的蛋白酪氨酸磷酸酶A（PtpA）通过与Ran-GDP相互作用进入宿主细胞核，然后与蛋白精氨酸甲基转移酶6（PRMT6）相互作用，促进PRMT6的甲基转移酶活性，进而促进PRMT6介导的组蛋白H3在精氨酸2处的不对称二甲基化（H3R2me2a）并抑制GPX4基因表达。这种已知与基因抑制相关的表观遗传调控导致GPX4转录受抑制并诱导铁变态反应最终导致细胞死亡。
参考来源：
[1]肖锐,许瑞,杜先智.结核分枝杆菌特点及诊断新进展. [J]临床医学进展, 2023, 13(8), 12489-12496.
[2]Zhang L, Rao Z. Structural biology and inhibition of the Mtb cell wall glycoconjugates biosynthesis on the membrane. Curr Opin Struct Biol. 2023 Oct;82:102670.
[3]Chai Q, Lu Z, Liu CH. Host defense mechanisms against Mycobacterium tuberculosis. Cell Mol Life Sci. 2020 May;77(10):1859-1878.