Regulation of pyruvate metabolism

抗感染的第一道防线涉及感染部位的主动招募吞噬细胞。招募的细胞包括多核白细胞（PMN）（即中性粒细胞）和单核细胞/巨噬细胞，它们共同作为先天免疫哨兵发挥作用（Underhill DM & Ozinsky A 2002; Stuart LM & Ezekowitz RA 2005; Flannagan RS et al. 2012）。树突状细胞也存在，在随后的适应性免疫应答中作为抗原呈递的重要参与者（Savina A & Amigorena S 2007）。这些细胞类型能够结合并吞噬入侵的微生物形成膜封闭的溶酶体 - 吞噬体，这一过程称为吞噬。吞噬定义为直径大于 0.5 微米的颗粒的受体介导的吞噬。它是由宿主细胞膜受体与靶表面上的配体交叉连接后启动的（Underhill DM & Ozinsky A 2002; Stuart LM & Ezekowitz RA 2005; Flannagan RS et al. 2012）。当被吞噬的微生物暴露于吞噬体内产生的多种宿主防御抗菌事件时，包括由特化酶产生的活性氧和氮物种（ROS 和 RNS，RONS）（Fang FC et al. 2004; Kohchi C et al. 2009; Gostner JM et al. 2013; Vatansever F et al. 2013）。NADPH 氧化酶（NOX）复合物消耗氧气产生超氧阴离子（O2.-）和过氧化氢（H2O2）（Robinson et al. 2004）。诱导的 NO 合成酶（iNOS）参与 NO 的产生，NO 是所有生物系统中 RNS 的主要来源（Evans TG et al. 1996）。吞噬细胞的 NADPH 氧化酶和 iNOS 在 PMN 和单核细胞中表达，这两种细胞类型都具有溶酶体爆发活性。然而，中性粒细胞中 ROS 生成的幅度远大于巨噬细胞（VanderVen BC et al. 2009）。巨噬细胞被认为产生的 RNS 比中性粒细胞多得多（Fang FC et al. 2004; Nathan & Shiloh 2000）。具有相对较低反应性的 RONS，如 H2O2、O2.- 或 NO，对生物环境没有有害影响（Attia SM 2010; Weidinger A & and Kozlov AV 2015）。它们的活性由氧化应激诱导的自溶酶和自溶酶抑制剂控制。然而，相对较低的反应性物种可以引发一系列反应，生成更有害的“次级”物种，如羟基自由基（•OH）、单线态氧或过氧亚硝酸盐（Robinson JM 2008; Fang FC et al. 2004）。这些“次级”RONS 极其有毒，对所有类生物分子造成不可逆损伤（Weidinger A & and Kozlov AV 2015; Fang FC et al. 2004; Kohchi C et al. 2009; Gostner JM et al. 2013; Vatansever F et al. 2013）。尽管巨噬细胞和中性粒细胞使用相似的机制对内化目标，但在吞噬过程和最终结果方面存在差异（Tapper H & Grinstein S 1997; Vierira OV et al. 2002）。一旦形成，吞噬体经历广泛的成熟过程，发展成为能够消除入侵病原体的抗菌器官。成熟涉及重塑吞噬体的膜及其腔内内容物（Vierira OV et al. 2002）。在巨噬细胞中，吞噬体形成和成熟遵循一系列严格协调的吞噬体和内/溶酶体网络分生/融合事件，逐渐将新生吞噬体转化为具有强大抗菌特性的吞噬溶酶体（Zimmerli S et al. 1996; Vierira OV et al. 2002）。相比之下，中性粒细胞含有大量预形成的颗粒，如嗜天青颗粒和特异性颗粒，这些颗粒可以迅速与吞噬体融合，递送抗菌物质（Karlsson A & Dahlgren C 2002; Naucler C et al. 2002; Nordenfelt P and Tapper H 2011）。溶酶体 pH 动力学也可能通过调节膜交通事件参与成熟过程。巨噬细胞的抗菌活性特征为腔内逐渐酸化（低至 pH 4-5），这是质子泵 vATPase 的结果。低 pH 是大多数在巨噬细胞中报告的晚期内体/溶酶体水解酶发挥最佳酶活性的前提条件（Nordenfelt P and Tapper H 2011; Winterbourn CC et al. 2016）。与巨噬细胞相比，中性粒细胞溶酶体 pH 调节存在显著差异（Nordenfelt P and Tapper H 2011; Winterbourn CC et al. 2016）。氧化爆发的大规模激活被认为是中性粒细胞溶酶体早期碱化的结果，这与生成过氧化氢时的质子消耗有关（Segal AW et al. 1981; Levine AP et al. 2015）。其他研究表明，中性粒细胞溶酶体在 pH 逐渐降低之前保持了中性 pH 值，而 NADPH 氧化酶的激活则启动了质子泄漏，并抵消了溶酶体的酸化（Jankowski A et al. 2002）。Reactome 模块描述了吞噬细胞中 ROS 和 RNS 的产生。该模块包括细胞类型特异性事件，例如中性粒细胞中由髓过氧化物酶（MPO）介导的次氯酸产生。它还突出了中性粒细胞和巨噬细胞中溶酶体 pH 动力学之间的差异。该模块描述了选择性 RONS（如羟基自由基或过氧亚硝酸盐）的抗菌活性。然而，在吞噬体环境中检测任何这些物种都受到许多不确定性的限制（Nüsse O 2011; Erard M et al. 2018）。在吞噬免疫细胞中，活性氧/氮物种如何杀死病原体在机制上仍未完全理解。