Pathogenic effects of inhibition of mTORC1/STAT3 axis facilitates Staphylococcus aureus-induced pyroptosis in human macrophages

一、引言

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，简称S. aureus）作为一种常见的革兰氏阳性菌，能够引发多种感染，包括皮肤感染、肺炎、心内膜炎以及严重的败血症等。近年来，关于S. aureus感染诱导的巨噬细胞焦亡的研究逐渐增多，为揭示其感染机制提供了新的视角。巨噬细胞焦亡是一种新型的程序性细胞死亡方式，主要特征包括细胞膜破裂、细胞内容物释放以及强烈的炎症反应。

二、背景与意义

巨噬细胞作为免疫系统的重要组成部分，在抵御病原体感染中发挥着关键作用。然而，当巨噬细胞被S. aureus感染后，其死亡方式可能转变为焦亡，从而引发强烈的炎症反应和组织损伤。这一过程不仅加剧了感染的严重程度，还可能促进病原体的传播和耐药性的产生。因此，深入研究S. aureus诱导巨噬细胞焦亡的机制，对于开发新的治疗策略具有重要意义。

近年来，mTORC1/STAT3轴在调节细胞代谢、免疫应答和肿瘤发生等方面的作用备受关注。本研究发现，mTORC1/STAT3轴的抑制作用能够促进S. aureus诱导的巨噬细胞焦亡，为揭示其感染机制提供了新的线索。本研究不仅有助于深化对S. aureus感染机制的理解，还可能为开发针对该病原体的新型治疗策略提供理论基础。

三、实验材料与方法

本研究采用了多种实验技术和方法，包括细胞培养、细菌感染、蛋白质印迹分析、免疫组织化学染色、激光共聚焦显微镜观察等，以全面解析S. aureus诱导巨噬细胞焦亡中mTORC1/STAT3轴的抑制作用。具体实验步骤包括：

1. 细胞培养：将巨噬细胞置于含有适宜生长因子的培养基中，在适宜的温度和湿度条件下进行培养。

2. 细菌感染：将一定浓度的S. aureus悬液加入巨噬细胞培养体系中，感染一定时间后收集细胞进行后续实验。

3. 蛋白质印迹分析：利用特异性抗体检测细胞中相关蛋白的表达水平，包括NLRP3、Caspase-1、GSDMD等焦亡相关蛋白以及mTORC1、STAT3等信号通路蛋白。

4. 免疫组织化学染色：将细胞固定、切片后进行免疫组织化学染色，观察相关蛋白在细胞中的定位和表达情况。

5. 激光共聚焦显微镜观察：利用激光共聚焦显微镜观察细胞形态变化、细菌内化情况以及焦亡细胞的形成过程。

四、实验结果与解析

（一）S. aureus感染诱导巨噬细胞焦亡

实验结果显示，S. aureus能够成功内化至巨噬细胞内，并在细胞内大量繁殖。随着感染时间的延长，巨噬细胞逐渐发生焦亡，表现为细胞膜破裂、细胞内容物释放以及强烈的炎症反应。同时，焦亡相关蛋白NLRP3、Caspase-1和GSDMD的表达水平显著升高，进一步证实了巨噬细胞焦亡的发生。

（二）mTORC1/STAT3轴抑制作用促进巨噬细胞焦亡

为了探究mTORC1/STAT3轴在S. aureus诱导巨噬细胞焦亡中的作用，本研究利用特异性抑制剂雷帕霉素和Stattic分别抑制mTORC1和STAT3的活性。实验结果显示，当mTORC1或STAT3被抑制后，巨噬细胞对S. aureus的敏感性增加，焦亡程度显著加剧。同时，焦亡相关蛋白的表达水平也进一步升高。这表明mTORC1/STAT3轴的抑制作用能够促进S. aureus诱导的巨噬细胞焦亡。

（三）mTORC1/STAT3轴调节巨噬细胞焦亡的机制

进一步的研究发现，mTORC1能够调控STAT3的核定位，从而影响焦亡相关基因的表达。当mTORC1被抑制时，STAT3的核定位减少，导致焦亡相关基因的表达上调。此外，mTORC1还能够通过其他途径调节巨噬细胞的代谢状态和炎症反应，进而影响其对焦亡的敏感性。这些发现揭示了mTORC1/STAT3轴在调节巨噬细胞焦亡中的复杂机制。

五、病理效应与临床应用前景

（一）病理效应

S. aureus诱导的巨噬细胞焦亡不仅加剧了感染的严重程度，还可能促进病原体的传播和耐药性的产生。焦亡细胞释放的炎症因子和趋化因子能够吸引更多的免疫细胞聚集到感染部位，形成炎症反应。然而，过度的炎症反应可能导致组织损伤和器官功能障碍。此外，焦亡细胞释放的细胞内容物可能为S. aureus提供营养和支持其生长的环境，从而加剧感染过程。

（二）临床应用前景

本研究揭示了mTORC1/STAT3轴在S. aureus诱导巨噬细胞焦亡中的抑制作用及其机制，为开发针对该病原体的新型治疗策略提供了理论基础。例如，通过调节mTORC1/STAT3轴的活性来抑制巨噬细胞焦亡的发生和发展，可能有助于减轻感染症状、降低炎症反应和组织损伤。此外，针对mTORC1/STAT3轴的抑制剂也可能成为治疗S. aureus感染的新药物靶点。然而，需要注意的是，mTORC1/STAT3轴在人体内具有广泛的生理功能，因此在使用相关抑制剂时需要谨慎评估其安全性和有效性。

六、结论与展望

本研究深入解析了S. aureus诱导巨噬细胞焦亡中mTORC1/STAT3轴的抑制作用及其机制，揭示了其病理效应和临床应用前景。未来，将进一步探索mTORC1/STAT3轴在调节巨噬细胞焦亡中的其他作用途径和机制，以及开发针对该轴的新型治疗策略。同时，也将关注其他病原体感染诱导的巨噬细胞焦亡及其相关机制的研究进展，以期为揭示感染与免疫应答的复杂关系提供新的视角和思路。

名称	货号	规格
Phospho-4E-BP1 (Thr37/46) (236B4) Rabbit mAb	2855S	100ul
Phospho-Stat3 (Tyr705) (M9C6) Mouse mAb	4113T	20ul
Stat3 (79D7) Rabbit mAb	4904S	100ul
ALEXA FLUOR 594 PHALLO	A12381	300U