STAT1 介导的肺泡巨噬细胞死亡是高致病性克雷伯氏肺炎菌引发急性肺损伤的关键机制

肺炎克雷伯氏菌（尤其是高毒力菌株hvKp）可引发肺炎、脓毒症等重症快速进展性感染，常导致急性肺损伤（ALI）与高死亡率，对全球公共卫生构成重大威胁。尽管过度炎症反应与细胞因子风暴在hvKp致病过程中的作用已被证实，但免疫过度激活与致死性组织损伤之间的具体关联机制仍不明确。本研究发现，hvKp感染可诱导肺部一线免疫细胞——AM发生协同性炎症细胞死亡，即泛凋亡。研究确定转录因子STAT1是该过程的核心调控因子，其激活由细胞因子微环境协同驱动，其中IFN-γ发挥关键作用。

本研究阐明了hvKp诱导细胞因子释放、STAT1介导泛凋亡、巨噬细胞耗竭直至肺功能衰竭的直接分子通路。该研究不仅深化了对hvKp毒力机制的认知，还指出宿主信号通路与特定细胞因子可作为潜在治疗靶点，通过调控免疫病理反应改善重症肺炎克雷伯菌感染的预后。

关键词

#肺炎克雷伯杆菌、#肺泡巨噬细胞、#泛凋亡、#细胞因子、#STAT1

介绍

肺炎克雷伯菌（Kp）是一种革兰氏阴性荚膜菌，属于机会致病菌。该菌可引发宿主多种疾病，是院内获得性肺炎与脓毒症的主要致病菌之一。值得注意的是，Kp感染约占所有革兰氏阴性菌感染的三分之一，占革兰氏阴性菌诱发脓毒症病例的5%~20%。但随着携带bla KPC-2、bla VIM、bla NDM-1等外源性抗生素耐药基因的碳青霉烯耐药Kp（CR-Kp）出现，其对碳青霉烯类及多种抗生素产生耐药性，肺炎克雷伯菌感染的治疗方案受限，对全球公共卫生造成威胁。除多重耐药性外，Kp还具备分子模拟、免疫调控、生物膜形成等多种逃逸宿主免疫应答的策略。这些机制使其能够逃避宿主的识别与清除，常导致免疫系统过度激活。而这种过度激活会引发白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎细胞因子大量释放，二者均与肺损伤及多器官衰竭直接相关。

急性肺损伤（ALI）是由急性肺炎、脓毒症、严重创伤、急性胰腺炎等多种致病因素引发的临床综合征，初期以肺部炎症与微血管通透性增加为特征，可进展为急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。肺部在脓毒症期间极易受损，超过50%的ALI患者的主要危险因素为脓毒症。但Kp诱发ALI的病理生理与发病机制尚未完全阐明。巨噬细胞是稳态下肺部数量最丰富的免疫细胞，在脓毒症诱导的ALI的发生发展中起着至关重要的作用。肺泡巨噬细胞（AM）占气道白细胞的近95%，是最先接触肺部病原体的免疫细胞。因此，其对感染的应答对感染性疾病预后具有决定性影响。在这种情况下，新出现的证据表明，AM死亡在肺部感染发病机制中的作用至关重要。

已有研究证实泛凋亡与肺损伤密切相关。泛凋亡已被证实参与正常发育、微生物感染、自身免疫病、细胞因子风暴、癌症等多种生理病理过程。例如，SRAS-CoV-2感染患者常出现不同程度的全身症状，泛凋亡会加剧肺部细胞因子风暴，推动COVID-19相关性肺炎进展为ARDS。研究表明，Kp感染可激活细胞焦亡、凋亡、坏死性凋亡等多种程序性死亡通路，共同影响疾病严重程度与免疫应答调控。因此，明确细胞死亡机制与ALI的相互作用，对研发Kp感染的有效治疗手段至关重要。近期研究证实，hvKp相关高死亡率主要由该病原菌诱发的细胞因子风暴导致。鉴于重症炎症、细胞死亡过程与组织损伤之间存在关联，且hvKp感染中该关联机制尚不明确，亟需阐明宿主抵御Kp感染过程中组织损伤的相关通路机制，及其在Kp致病过程中的作用。

图1 Kp感染中AM发生泛凋亡。

（a）代表性双变量流式细胞图：显示从匹配肺组织样本中获得的活CD45+Ly6G−细胞上CD11b和SiglecF的表达。

（b）定量分析：假手术组与hvKp处理组小鼠肺中SiglecF+CD11b−细胞的数量。n=5/组。

（c）Go富集分析：显示AM中变化的信号通路。

（d和e）热图：展示Kp感染组与假手术组肺组织（d）、以及假手术组与Kp处理组THP-1细胞（e）中细胞焦亡、凋亡和坏死性凋亡标志基因的表达水平。

（f和g）基因表达变化倍数：肺细胞（f）和THP-1细胞（g）中与泛凋亡标志物相关基因的表达变化倍数。n=5/组。

（h和i）感染后24、36、48小时的BMDM细胞和THP-1细胞（i）中，pro-Casp1与Casp1、pro-IL-1β与IL-1β、GSDMD、总MLKL与磷酸化MLKL、pro-Casp3与Casp3、pro-Casp7与Casp7、pro-Casp8与Casp8，以及β-actin的免疫印迹分析。SP，上清液。CL，细胞裂解液。数据以平均值±SEM表示。**P < 0.01，****P < 0.0001。

论文信息

论文标题：

Cytokine-driven PANoptosis of alveolar macrophages mediated by STAT1 underlies acute lung injury in hypervirulent Klebsiella pneumoniae infection

关键词：

#肺炎克雷伯杆菌、#肺泡巨噬细胞、#泛凋亡、#细胞因子、#STAT1

作者：

Qi Xu，Xiaoxuan Liu，Heng Heng，Han Wang，Wenxing Zhao，Mei Luo，Guan Yang，Mingxiu Peng，Edward Wai-Chi Chan，Sheng Chen

机构：

1. 武汉科技大学

2. 香港理工大学科学学院食品科学与营养学系

3.香港城市大学赛马会动物医学及生命科学院传染病与公共卫生学系

4.香港理工大学应用生物与化学工艺学系化学生物学及药物研发国家重点实验室