第二节　结核分枝杆菌代谢功能的研究

一、结核分枝杆菌营养适应性的代谢通量

M. tb的持续感染需要依赖共代谢宿主来源的多种碳源，然而M. tb的代谢可塑性和代谢网络复杂性阻碍了进行治疗性干预的代谢节点的鉴定。

（1）目的：

通过比较不同营养状态下M. tb的代谢表型来揭示其代谢适应性以及调控的代谢节点。

（2）方法：

对稳定状态下缓慢生长的M. tb进行同位素¹³C-代谢流分析和脂质指纹图谱分析，比较恒化培养系统下分别补充胆固醇/乙酸或者补充甘油/吐温-80可用碳源条件下的代谢流谱。

（3）结果：

当缓慢生长在胆固醇/乙酸条件下，M. tb利用完整的三羧酸循环并结合乙醛酸旁路进行能量代谢而很少需要甲基化三羧酸循环（丙酰辅酶A来源的胆固醇偏向于整合入脂质）；相反，当缓慢生长在甘油/吐温-80条件下，M. tb则利用不完整的三羧酸循环且需要甲基化三羧酸循环提供丙酰辅酶A来合成毒力性脂质。

（4）结论：

M. tb在二碳底物存在的前提下，可以有效地共代谢甘油或者胆固醇来产生生物大分子。三羧酸循环和乙醛酸旁路的代谢流分割结合可逆性的甲基化三羧酸循环是调控M. tb营养适应性的关键代谢节点。

二、结核分枝杆菌在酸性pH下的生长依赖于脂质同化，并伴随甘油醛-3-磷酸脱氢酶活性降低

体外酸性培养条件下（pH ＜ 5.8）M. tb的生长即会受到抑制，然而在体内更低的pH环境中（pH 4.5～5），M. tb依然能够存活并缓慢生长。导致这种差异性生长的机制是什么，M. tb是如何适应酸性环境并维持生长和促进疾病进展的，当前仍不清楚。

（1）目的：

解析M. tb在感染过程适应酸性环境的代谢机制。

（2）方法：

在M. tb体外酸性培养条件下添加体内生理性相关的碳源——脂质（油酸），然后使用代谢组学（¹³C同位素标记）、遗传学和生化检测手段分析M. tb生长状态下pH驱动的脂质利用。

（3）结果：

添加宿主相关的脂质为碳源后，野生型M. tb在pH 5.5甚至更低的pH值下（pH 4.5）依然能维持生长。而缺乏脂质同化相关的关键酶——磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶和异柠檬酸裂合酶，在油酸存在的酸性环境下，对M. tb具有杀灭作用。代谢组学分析显示在油酸存在的酸性环境中，M. tb会改变自身代谢并更倾向于同化脂质（油酸）而非碳水化合物（甘油），以此响应酸性环境。酸性暴露下的M. tb代谢还会产生活性氧，进而损害甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）活性，以此降低糖酵解代谢通量。

（4）结论：

M. tb在感染过程中遭遇酸性环境时会利用脂质为碳源，从而适应酸性压力下的存活和生长。

［专家点评］

M. tb的生理代谢包括M. tb获得营养、将这些营养成分转化为低分子量的代谢中间产物，然后进一步组装成为M. tb增殖所需要的大分子。研究M. tb的生理代谢机制对于结核病的预防、治疗和药物靶标的设计是非常重要的。

Khushboo Borah等解析了M. tb适应营养的代谢机制，找到M. tb营养适应性的关键代谢节点，对于抗结核治疗性干预具有重要意义。应用稳定同位素和脂质指纹的代谢通量分析是研究稳态系统中缓慢生长的M. tb代谢网络有效的方法。

Alexandre Gouzy等解析了M. tb适应酸性环境的代谢机制。了解感染过程中M. tb的代谢状态对于识别事关M. tb生存的新药物靶点至关重要。M. tb的脂质利用不仅是开发结核药物的一个有吸引力的途径，而且还会影响药物疗效和M. tb的耐药性。本研究建立的脂肪酸补充模型——连续补充脂肪酸酸性pH值是研究代谢状态下M. tb的一种简单而有效的工具。

点评专家：梁艳