武汉大学黄卫华课题组纳米传感器监测巨噬细胞溶酶体pH对ROS/RNS稳态的调控作用

研究背景

溶酶体是真核细胞中重要的细胞器，参与并调控物质降解、内含物分泌、信号传导和能量代谢等诸多生命过程。巨噬细胞识别外源性病原物形成吞噬体后，溶酶体与吞噬体融合形成吞噬溶酶体，并利用ROS/RNS和溶酶体水解酶高效降解病原物。研究表明，巨噬细胞病原杀伤过程严格依赖于溶酶体pH值，药物调节溶酶体pH值改变会进一步影响巨噬细胞的吞噬功能、细胞表型和杀菌活性。然而，溶酶体pH值对巨噬细胞ROS/RNS的稳态调控作用机制尚不清晰。

研究进展

团队之前的Nat. Nanotechnol.研究中发现，沮丧吞噬玻璃纤维的巨噬细胞会形成大体积的吞噬腔结构并将纳米传感器置于吞噬口处定量监测到ROS/RNS泄露。基于这一研究基础，团队成员进一步利用沮丧吞噬模探究溶酶体pH对ROS/RNS的调控作用。共聚焦染色显示，巨噬细胞沮丧吞噬玻璃纤维后，溶酶体存在沿纤维轴向分布的现象，这表明其吞噬腔内微环境受溶酶体pH影响。

团队首先对巨噬细胞孵育溶酶体pH酸化药物EN6，将溶酶体pH从5.39调节为4.92；并利用碱化药物monensin, chloroquine（CQ）和bafilomycin A1（Baf-A1）分别改变溶酶体pH值为5.82、5.96和6.14。随后，团队将铂黑纳米线传感器定位于巨噬细胞吞噬口处，实时动态监测药物作后巨噬细胞吞噬口处4种主要ROS/RNS（ONOO^-，H₂O₂，NO和NO₂^-）的生成速率。安培检测结果表明，溶酶体酸化药物（EN6）刺激会促进祖代O₂^•-与酸性环境内更多的H⁺结合生成H₂O₂；而碱化药物（Monensin, CQ, Baf-A1）则会增强iNOX的表达，引起祖代NO生成速率显著提升，进而促进NO和O₂^•-耦合，最终表现为大量ONOO^-生成和NO₂^-的转化。

上述结果表明，溶酶体pH通过调节ROS/RNS的生成化学反应参与巨噬细胞ROS/RNS稳态调控，酸化（pH<5.0）利于H₂O₂生成，而碱化（pH>6.0）则利于RNS生成（图3）。随后，团队进一步探究了药物介导溶酶体酸/碱化后促炎细胞因子（IFN-γ、IFN-γ和TNF-α）的释放情况。结果表明，溶酶体酸化对促炎因子的产生无显著影响，而碱化则显著增加了炎性因子水平。这也进一步证实，溶酶体碱化可以通过促进RNS释放和细胞因子产生进而增强巨噬细胞的免疫活性。

未来展望

该发现为溶酶体pH值对ROS/RNS的免疫过程调节功能提供了定量信息，这一系列的结果加深了人们对于溶酶体pH值对免疫调节作用的理解。其研究结果有助于研究人员发展靶向溶酶体pH调控的疾病治疗新策略，对自身免疫病、炎症、癌症等溶酶体相关疾病的检测和治疗具有潜在促进作用。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0733