由结核分枝杆菌感染引起的结核病（Tuberculosis，TB）仍然是严重威胁人类健康的重大传染性疾病之一。据统计，2022年全球结核病死亡人数达130万——这意味着每天有超过3500人死于结核病，在COVID-19之后重新回到“世界头号传染病杀手”。作为一种进化上极其成功的细胞内病原体，阐释Mtb促进胞内存活的免疫逃逸策略，对于理解结核病的发病机制，开发新的抗结核疫苗及药物至关重要。既往研究都是集中在阐明结核分枝杆菌如何利用一系列毒力因子（如细胞壁组份、分泌蛋白和代谢产物等）来逃避或抑制宿主的固有免疫杀菌机制，从而实现有效存活。CD8⁺ T细胞是介导适应性免疫应答的重要免疫细胞，在抵御包括结核分枝杆菌（M.tuberculosis）在内等各种病原体感染的宿主免疫反应过程中发挥非常关键的作用，但结核杆菌如何逃避CD8⁺ T细胞等适应性免疫具体机制尚不明确。

5月28日，同济大学戈宝学、杨华及第三军医大学叶丽林共同通讯在《自然微生物学》（Nature Microbiology）杂志在线发表题为“Mycobacterium tuberculosis produces D-serine under hypoxia to limit CD8⁺ T cell-dependent immunity in mice”的研究论文。该研究报道厌氧条件下，结核分枝杆菌诱导磷酸丝氨酸氨基转移酶Rv0884c的表达，Rv0884c通过其酶活性促进了D型丝氨酸的分泌。D型丝氨酸通过抑制CD8⁺ T细胞中mTORC1信号通路的活化，降低其IFN-γ的表达，从而抑制了宿主的抗结核免疫，促进细菌体内存活。首次提出了结核杆菌逃避CD8⁺ T细胞这一适应性免疫新概念机制。

机制上，D型丝氨酸与CD8⁺ T细胞中GATOR2复合体的WDR24亚基直接相互作用，破坏GATOR2复合体的形成，进而抑制了mTORC1信号通路介导的T-bet转录因子表达，从而显著降低CD8⁺ T细胞的IFN-γ表达水平，间接下调巨噬细胞的抗菌活性。总之，该研究结果揭示了结核分枝杆菌响应宿主厌氧压力，通过分泌代谢产物D型丝氨酸，靶向抑制CD8+ T细胞效应功能的免疫逃逸新机制，并为针对结核分枝杆菌关键代谢通路开发抗结核药物和疫苗提供了新的见解和潜在靶点。

该研究揭示了Mtb适应厌氧进而抑制适应性免疫细胞功能的逃逸新机制。结核分枝杆菌感染宿主后主要形成了一种包含中央坏死区域和周围淋巴细胞层的肉芽肿结构。作为结核病的典型病理特征，肉芽肿通常处于厌氧状态。在肉芽肿中，结核分枝杆菌主要存在于单核细胞衍生的巨噬细胞、泡沫样巨噬细胞、上皮样细胞和多核巨细胞内。研究显示，被结核分枝杆菌感染的巨噬细胞也往往处于厌氧状态。鉴于结核分枝杆菌是需氧微生物，却能够在宿主的厌氧微环境中存活，这表明结核分枝杆菌可能已进化出逃避宿主厌氧环境压力的多种机制。该研究通过代谢组学及蛋白组学分析，发现结核分枝杆菌可以通过调控自身丝氨酸代谢应对厌氧压力，进而将不利的环境压力转变为触发免疫抑制机制的全新策略。为理解肿瘤等同样形成厌氧微环境并抑制免疫应答的机制提供了新的思路。

该研究发现了Mtb通过自身氨基酸代谢抑制CD8⁺ T细胞效应功能的分子机制。CD8⁺ T细胞，又称为细胞毒性T细胞，是机体适应性免疫应答的重要组成部分，在结核分枝杆菌感染情况下，受到抗原提呈细胞活化的CD8⁺ T细胞主要通过释放IFN-γ、IL-6、IL-1和TNF-α等细胞因子激活天然免疫细胞的杀菌能力，或者通过细胞毒机制直接杀伤结核分枝杆菌感染的巨噬细胞或者结核分枝杆菌。但在结核分枝杆菌感染小鼠模型中，CD8⁺ T细胞提供的保护效果明显低于CD4⁺ T细胞，且抗原特异性CD8⁺ T细胞对结核分枝杆菌感染巨噬细胞的识别能力较差。该研究发现阻断Rv0884c表达或功能后，CD8+ T细胞可为宿主清除结核分枝杆菌发挥重要作用，从功能上确认了CD8+ T细胞在宿主抗结核免疫中的重要作用，并鉴定到结核分枝杆菌抑制CD8⁺ T细胞免疫功能的毒力因子与代谢产物。明确了Mtb氨基酸代谢关键酶对宿主免疫细胞关键效应分子转录的抑制功能和调控机制，进一步拓展了氨基酸分子及其代谢通路在细菌感染致病过程中的功能认识，对于阐明氨基酸代谢免疫在感染性疾病中的关键作用具有重要价值。同时，为靶向Mtb关键代谢通路开发宿主靶向抗结核药物提供了新的策略。

此外，该研究还揭示了D型氨基酸引起mTORC1失活的新功能。mTOR信号通路对于T细胞活化和功能至关重要，抑制mTORC1激活可以显著抑制CD8⁺ T细胞的分化。氨基酸作为细胞生长和增殖的必要条件，对mTORC1正常发挥功能起着关键作用，如精氨酸与GATOR2复合物的负调分子CASTOR结合，促进GATOR2复合体功能；亮氨酸与GATOR2复合物的负调分子SESTRIN和SAR1B结合，激活GATOR2复合体，通过抑制GATOR1复合体激活mTORC1信号通路。与上述氨基酸对mTORC1的激活作用截然相反，该研究发现，D型丝氨酸通过直接与WDR24相互作用，破坏GATOR2复合体的形成，抑制了mTORC1的激活，进而下调CD8⁺ T细胞中IFN-γ的表达。揭示了氨基酸对mTORC1活性调节的新功能及新机制，为进一步认识细胞生长关键信号mTORC1的调控机制作出了重要贡献。

同济大学附属上海市肺科医院程红玉博士为论文的第一作者，同济大学医学院季哲副教授为共同第一作者。同济大学附属上海市肺科医院戈宝学教授、杨华研究员，第三军医大学叶丽林教授为论文的共同通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01701-1