发现对抗结核病的潜在治疗靶点这是一种被破坏的NAD稳态

目前尚不清楚结核分枝杆菌如何改变人类的免疫反应，但有证据表明宿主免疫代谢——免疫细胞代谢与其免疫功能之间的内在联系。已知病原体结核分枝杆菌会通过一种尚不清楚的机制破坏受感染的骨髓细胞(包括巨噬细胞)中称为糖酵解的代谢途径。

更准确地了解这种致病机制可以提供针对这种细菌的靶标，这种细菌在2021 年导致 160 万人死亡，每年新增 1000 万结核病病例。

现在，伯明翰阿拉巴马大学和非洲健康研究所 (AHRI)的研究人员在《自然通讯》上发表的一项研究表明，结核分枝杆菌如何扰乱高能分子 NADH 的稳态，并重新编程骨髓细胞中的糖酵解。这凸显了糖酵解作为对抗世界主要传染病杀手的潜在治疗靶点。

糖酵解是将葡萄糖转化为丙酮酸，同时形成高能分子 ATP 和 NADH 的途径。但该途径可以向任一方向运行，研究人员利用这一点应用更具选择性的方法来抑制糖酵解通量。之前的实验采用了更像大锤的方法，例如使用一种抑制剂来阻止骨髓细胞摄取葡萄糖。

乳酸发酵的可逆过程由乳酸脱氢酶(LDH)催化。LDH 有四个亚基，LDHA 和 LDHB 亚基的混合。当 LDH 主要由 LDHA 亚基(主要在骨髓细胞中表达)组成时，它优先将丙酮酸转化为乳酸，将 NADH 转化为 NAD +。然而，由 LDHB 亚基组成的 LDH 则有利于相反的反应。

LHDA 在结核病发病机制中的作用尚不清楚。UAB 和 AHRI 研究人员观察了肺结核患者的切除肺组织，发现骨髓细胞、支气管上皮细胞和淋巴细胞呈 LDHA 染色阳性，因为它们参与了肉芽肿形成和肺泡炎等独特的免疫现象。“这些数据表明 LDHA 是人类结核病灶免疫反应中的一种重要代谢蛋白，”该研究的资深作者 Adrie Steyn 博士说。

Steyn 及其同事知道 NADH/NAD +在确定的步骤中调节糖酵解，因此推测骨髓细胞中 NAD(H) 介导的糖酵解通量可保护宿主免受结核分枝杆菌感染。为了测试这一点，他们创造了骨髓细胞中缺乏 LDHA 亚基的小鼠。这些细胞的糖酵解能力降低，因为仅由 LDHB 亚基组成的 LDH 功能改变，降低了它们在丙酮酸存在的情况下从 NADH再生 NAD +的能力。

LDHA缺陷的小鼠在感染低剂量的结核分枝杆菌时，更容易受到感染，并且存活时间显着缩短。此外，LDHA 缺陷小鼠的肺部大体病理学和组织病理学更差。此外，野生型小鼠最初针对结核分枝杆菌感染产生强烈的炎症反应，作为一种保护性免疫反应，而 LDHA 缺陷型小鼠则明显缺乏早期炎症。

“这表明 LDHA 对于预防结核病是必要的，并且骨髓细胞中的糖酵解通量对于控制结核分枝杆菌感染和疾病至关重要，”Steyn 说。

尽管有证据表明免疫反应减弱，但当研究人员量化 LDHA 缺陷小鼠肺部的基因表达时，他们发现与炎症过程相关的 mRNA 最为丰富，尤其是强大的干扰素-γ 基因集。Steyn 说：“免疫反应较弱的易感小鼠中强大的干扰素 γ 基因表达特征特别令人感兴趣，因为干扰素 γ 是一种不可或缺的抗分枝杆菌细胞因子，被广泛认为对结核病具有保护作用。”

这个难题通过生物能学实验得到了解决，该实验表明小鼠巨噬细胞需要 LDHA 及其 LDH 介导的 NAD +再生来实现对干扰素 γ 的代谢反应。

由于 NAD +消耗似乎是结核分枝杆菌引起的糖酵解抑制的核心，因此研究人员询问添加 NAD +前体烟酰胺是否会改变巨噬细胞发起免疫反应的能力。

研究发现烟酰胺可以增加结核分枝杆菌感染的骨髓来源巨噬细胞的糖酵解能力。研究人员推测，烟酰胺通过 NAD +挽救途径转化为 NAD(H)，从而增强结核分枝杆菌感染的巨噬细胞中的糖酵解，从而起到宿主定向治疗的作用。

他们在体外实验中发现烟酰胺是治疗结核病的有效方法，他们用表达荧光素酶的结核分枝杆菌感染巨噬细胞。受感染的巨噬细胞显示，烟酰胺在感染后48小时内发光减少，呈剂量依赖性，并且病原菌的这种减少取决于糖酵解。在小鼠模型中，从感染后三天或 28 天开始给小鼠喂食烟酰胺四个星期，结果显示肺部结核分枝杆菌负担减少了十倍，而且还减少了肺部炎症。

烟酰胺在 20 世纪 40 年代首次被描述为通过不同机制治疗结核病。但当在抗生素的黄金时代发现更有效的药物时，它基本上被放弃了。

然而，过去 60 年来，结核病形势发生了巨大变化。Steyn 说，结核病的发病率每年增加到超过 1000 万新病例，并且病原体已经对取代烟酰胺的一线药物产生了耐药性。

Steyn 在谈到当前的研究时表示：“我们提供了进一步的证据，证明烟酰胺具有宿主依赖性作用、其活性的代谢要求，以及使用两种体内治疗方案证明其治疗结核病的功效。” 。“从逻辑上讲，烟酰胺满足世界卫生组织制定的最佳新型结核病治疗方案的许多标准。它价格便宜、口服生物可利用、储存稳定、非常安全和耐受，并且经过充分研究并常规用于人类的各种适应症。最终，这些特性使得烟酰胺作为现代环境中的一种古老工具颇具吸引力。”

斯泰恩说，还有一个悬而未决的问题。结核分枝杆菌如何消耗 NAD(H) 水平?研究人员表示，部分解释可能是结核分枝杆菌分泌结核坏死毒素(TNT)，一种 NAD +糖水解酶。这种毒素由 UAB 的 Michael Niederweis 博士于 2015 年报道，是 132 年研究中在结核分枝杆菌中发现的第一种毒素。野生型结核分枝杆菌中的 TNT 显着降低受感染巨噬细胞中的 NAD +丰度。

Steyn 是阿拉巴马大学微生物学教授，负责管理阿拉巴马大学和南非夸祖鲁纳塔尔省德班的 AHRI 实验室，该地区是全球结核病感染的中心。Niederweis 是阿拉巴马大学微生物学系的教授。

该研究的第一作者是阿拉巴马大学微生物学系的 Hayden T. Pacl 医学博士、哲学博士，“NAD(H) 稳态是结核病中糖酵解髓样细胞介导的宿主保护的基础”。

Steyn 和 Pacl 的合著者包括 UAB 微生物学系的 Krishna C. Chinta、Vineel P. Reddy、Sajid Nadeem、Ritesh R. Sevalkar 和 Joel N. Glasgow;Anupam Agarwal，UAB医学系肾内科;以及南非德班夸祖鲁纳塔尔大学 AHRI 的 Kievershen Nargan、Kapongo Lumamba 和 Threnesan Naidoo。奈杜还在南非东开普省沃尔特西苏鲁大学任职。

支持来自国立卫生研究院拨款 Al111940、AI134810、AI137043、AI138280、A127182 和 DK079337。部分资金来自 Wellcome 战略核心奖 201433/Z/16/A。

在 UAB，微生物学和医学系属于Marnix E. Heersink 医学院，Niederweis 拥有 Triton 细菌学教授职位。阿加瓦尔是阿拉巴马大学赫尔辛克医学院院长。Pacl 毕业于 UAB医学科学家培训项目，目前是康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学医学院医师科学家培训项目的内科住院医师。