DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2026.1740892
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41769337
تاريخ النشر: 2026-02-13
المؤلف: Wenzhen Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الخلايا المناعية في السرطان
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور بروتين Rv1987 من المتفطرة السلية في تحفيز استقطاب M2 للبلعميات المضيفة، مما يخلق بيئة ملائمة لنمو المتفطرات. أشارت النتائج السابقة إلى أن Rv1987 يعزز هذا النمط الشبيه بـ M2؛ ومع ذلك، لم تكن التغيرات الأيضية والمشاركة الإنزيمية خلال هذه العملية مفهومة جيدًا. باستخدام نموذج من M. smegmatis الذي يعبر عن Rv1987 بشكل مفرط، قامت الدراسة بتحليل المستقلبات المتعلقة بأيض الطاقة ووظيفة الشكل M2 من كيناز البيروفات (PKM2)، وهو إنزيم جليكوليتي حاسم.
كشفت النتائج أن البلعميات M2 المستحثة بواسطة Rv1987 أظهرت تعبيرًا معاقًا، ونشاط إنزيمي، وانتقال نووي لـ PKM2. ومن الجدير بالذكر أن تنشيط PKM2 بالمركب TEPP-46 عكس الاستقطاب M2، وزاد من استجابة البلعميات الالتهابية، وقلل من أحمال المتفطرات في أنسجة رئة الفئران. تشير هذه النتائج إلى ارتباط كبير بين PKM2 والاستقطاب M2 المستحث بواسطة Rv1987، مما يبرز PKM2 كهدف علاجي محتمل لاستراتيجيات مكافحة السل تهدف إلى تعديل أيض ووظيفة البلعميات المضيفة.
مقدمة
**مقدمة**
لا يزال مرض السل (TB) السبب الرئيسي للوفاة بسبب عامل معدٍ واحد على مستوى العالم، مع تسجيل 8.2 مليون حالة جديدة و1.25 مليون وفاة في عام 2023 (منظمة الصحة العالمية، 2024). على الرغم من الجهود المبذولة منذ عام 2015، كانت الانخفاضات في معدلات الإصابة والوفيات بسبب السل ضئيلة، مما يبرز الحاجة الملحة لاستراتيجيات علاجية جديدة، بما في ذلك تطوير الأدوية واللقاحات. تشمل منطقة البحث الحرجة فهم التفاعلات بين المتفطرة السلية (Mtb) وخلايا المناعة المضيفة، وخاصة دور البلعميات في مسببات السل. في البداية، تستقطب البلعميات الهوائية إلى نمط مفعّل تقليديًا (M1)، لكنها تنتقل بعد ذلك إلى نمط مفعّل بديل (M2) يدعم نمو Mtb، خاصة في الحالات المقاومة للأدوية المتعددة (Khan et al., 2019; Cho et al., 2020). ومع ذلك، لا تزال الآليات الكامنة وراء هذا الاستقطاب والمكونات البكتيرية المحددة المعنية غير مفهومة جيدًا.
أشارت الدراسات الحديثة إلى أن البروتين الإفرازي Rv1987، المشفر بواسطة الجين rv1987 في جينوم Mtb، يلعب دورًا كبيرًا في تعزيز الاستقطاب M2 من خلال تنشيط مسار الإشارة PI3K/Akt1/mTOR (Sha et al., 2021). لوحظت تغييرات في الأيض الخلوي، بما في ذلك انخفاض مستويات اللاكتات وتغيرات في تعبير الإنزيمات الأيضية الرئيسية مثل الأرجيناز-1 (Arg1)، COX2، وPFKFB3، في البلعميات M2 المستحثة بواسطة Rv1987. تشير هذه النتائج إلى أن المسارات الأيضية حاسمة لاستقطاب البلعميات والنمو اللاحق لـ Mtb. تهدف الدراسة إلى التحقيق في التغيرات الأيضية في البلعميات المصابة بـ Mtb ودور إنزيم الجليكوليسيس كيناز البيروفات M2 (PKM2) في هذه العملية، باستخدام المنشط PKM2 TEPP-46 لاستكشاف إمكانيته في عكس الاستقطاب M2 وتعزيز التأثيرات المضادة للمتفطرات. يمكن أن توفر هذه الأبحاث رؤى جديدة حول تنظيم الأيض المضيف أثناء عدوى Mtb وتوجه استراتيجيات علاجية جديدة للسل.
طرق البحث
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي كواشف، معدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الأساليب الإحصائية، البروتوكولات التجريبية، وأي أدوات حسابية مستخدمة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم حجم العينة ومعايير الاختيار، فضلاً عن أي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. تعتبر هذه المقاربة الدقيقة ضرورية لتأسيس موثوقية النتائج ولتسهيل المقارنات مع الأبحاث المستقبلية. بشكل عام، تم تصميم الطرق المستخدمة لمعالجة أسئلة البحث بفعالية مع الالتزام بالمعايير الأخلاقية في البحث العلمي.
النتائج
تحققت الدراسة في التغيرات في أيض الطاقة ودور كيناز البيروفات M2 (PKM2) في البلعميات الشبيهة بـ M2 المستحثة بواسطة Rv1987. أدى إصابة البلعميات RAW264.7 بـ MS1987، الذي يعبر عن بروتين Rv1987 بشكل مفرط، إلى تغييرات كبيرة في المستقلبات المتعلقة بالطاقة مقارنة بالسلالة الضابطة MSVec. ومن الجدير بالذكر أنه كان هناك زيادة في المستقلبات مثل GMP، GDP، AMP، وADP، إلى جانب انخفاض في الوسائط الجليكولية مثل الفركتوز 1،6-بيسفوسفات واللاكتات، مما يشير إلى انخفاض في توليد الطاقة في البلعميات المصابة بـ MS1987. بالإضافة إلى ذلك، تم اقتراح زيادة التدفق عبر دورة TCA من خلال انخفاض مستويات السكسينات، وحمض الماليك، وα-كيتوجلوتارات، مما تم تأكيده من خلال زيادة نشاط ديهيدروجيناز السكسينات (SDH) وتحليل KEGG الذي يبرز الثراء في المسارات الأيضية المتعلقة بدورة TCA والجليكوليسيس.
كشفت التحليلات الإضافية أن تعبير PKM2 ونشاطه كانا مثبطين بشكل كبير في البلعميات المصابة بـ MS1987، خاصة بعد 6 ساعات من العدوى. تم تأكيد هذا التثبيط من خلال انخفاض مستويات mRNA وتكوين رباعي PKM2، وهو أمر حاسم لنشاطه الإنزيمي. كما لوحظ الانتقال النووي المعاق لـ PKM2، مع انخفاض المستويات المكتشفة في كل من الكسور السيتوبلازمية والنووية للخلايا المصابة بـ MS1987. ونتيجة لذلك، تم تقليل إنتاج السيتوكين الالتهابي IL-1β في هذه البلعميات، مما يشير إلى أن تثبيط انتقال PKM2 قد يساهم في استجابة التهابية منخفضة في الاستقطاب M2 المستحث بواسطة Rv1987.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في دور كيناز البيروفات M2 (PKM2) في استقطاب البلعميات المستحث بواسطة بروتين المتفطرة السلية (Mtb) Rv1987. تشير النتائج إلى أن Rv1987 يعزز الاستقطاب M2 في البلعميات، مما يؤدي إلى تعبير معاق لـ PKM2، ونشاط إنزيمي، وانتقال نووي. أظهر استخدام المنشط PKM2 TEPP-46 أنه يعكس هذا الاستقطاب M2، مما يعزز تعبير علامات M1 والسيتوكينات الالتهابية مثل IL-1β وTNF-α، وبالتالي يسهل إزالة المتفطرات في الجسم الحي. تبرز الدراسة إمكانية PKM2 كهدف علاجي في علاج السل، مما يشير إلى أن تنشيطه يمكن أن يعدل أيض البلعميات واستجابات المناعة لمكافحة عدوى Mtb.
كما تؤكد الأبحاث على تعقيد دور PKM2 في تنظيم المناعة، مشيرة إلى أن تأثيراته قد تختلف بين حالات تنشيط البلعميات المختلفة. بينما عزز TEPP-46 بشكل فعال الاستقطاب M1 في البلعميات المصابة بـ Rv1987، لوحظت نتائج متناقضة في البلعميات المنشطة بـ LPS، مما يشير إلى أن السياق الأيضي يؤثر بشكل كبير على وظيفة PKM2. تدعو الدراسة إلى علاجات موجهة نحو المضيف تستهدف PKM2 لتعزيز الاستجابات المناعية ضد Mtb، مقدمة استراتيجية جديدة لتحسين نتائج علاج السل. ومع ذلك، يعترف المؤلفون بحدود استخدام M. smegmatis كنموذج للكائنات الحية، حيث إنه لا يعكس تمامًا الخصائص الممرضة لـ Mtb.
DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2026.1740892
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41769337
Publication Date: 2026-02-13
Author(s): Wenzhen Wang et al.
Primary Topic: Immune cells in cancer
Overview
The research investigates the role of the Mycobacterium tuberculosis Rv1987 protein in inducing M2 polarization of host macrophages, creating a favorable environment for mycobacterial growth. Previous findings indicated that Rv1987 promotes this M2-like phenotype; however, the metabolic changes and enzyme involvement during this process were not well understood. Utilizing a model of M. smegmatis overexpressing Rv1987, the study analyzed energy metabolism-related metabolites and the function of the M2 isoform of pyruvate kinase (PKM2), a crucial glycolytic enzyme.
The results revealed that Rv1987-induced M2 macrophages exhibited impaired expression, enzyme activity, and nuclear translocation of PKM2. Notably, activation of PKM2 with the compound TEPP-46 reversed the M2 polarization, enhanced macrophage inflammatory responses, and reduced mycobacterial loads in mouse lung tissues. These findings suggest a significant association between PKM2 and Rv1987-induced M2 polarization, highlighting PKM2 as a potential therapeutic target for anti-tuberculosis strategies aimed at modulating host macrophage metabolism and function.
Introduction
**Introduction**
Tuberculosis (TB) continues to be the leading cause of death from a single infectious agent worldwide, with 8.2 million new cases and 1.25 million deaths reported in 2023 (World Health Organization, 2024). Despite efforts since 2015, reductions in TB incidence and mortality rates have been minimal, highlighting the urgent need for new therapeutic strategies, including drug and vaccine development. A critical area of research involves understanding the interactions between Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and host immune cells, particularly the role of macrophages in TB pathogenesis. Initially, alveolar macrophages polarize to a classically activated (M1) phenotype, but subsequently transition to an alternatively activated (M2) phenotype that supports Mtb growth, especially in multidrug-resistant cases (Khan et al., 2019; Cho et al., 2020). However, the mechanisms underlying this polarization and the specific bacterial components involved remain poorly understood.
Recent studies have indicated that the secretory protein Rv1987, encoded by the rv1987 gene in the Mtb genome, plays a significant role in promoting M2 polarization through the activation of the PI3K/Akt1/mTOR signaling pathway (Sha et al., 2021). Alterations in cellular metabolism, including decreased lactate levels and changes in the expression of key metabolic enzymes such as arginase-1 (Arg1), COX2, and PFKFB3, were observed in Rv1987-induced M2 macrophages. These findings suggest that metabolic pathways are crucial for macrophage polarization and the subsequent growth of Mtb. The study aims to investigate the metabolic changes in macrophages infected with Mtb and the role of the glycolytic enzyme pyruvate kinase M2 (PKM2) in this process, utilizing the PKM2 activator TEPP-46 to explore its potential in reversing M2 polarization and enhancing anti-mycobacterial effects. This research could provide new insights into host metabolic regulation during Mtb infection and inform novel therapeutic approaches for TB.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques applied for data collection and analysis, such as statistical methods, experimental protocols, and any computational tools utilized.
Additionally, the section may describe the sample size and selection criteria, as well as any controls implemented to validate the results. This rigorous approach is crucial for establishing the reliability of the findings and for facilitating comparisons with future research. Overall, the methods employed are designed to address the research questions effectively while adhering to ethical standards in scientific inquiry.
Results
The study investigated the alterations in energy metabolism and the role of pyruvate kinase M2 (PKM2) in Rv1987-induced M2-like macrophages. Infection of RAW264.7 macrophages with MS1987, which overexpresses the Rv1987 protein, resulted in significant changes in energy-related metabolites compared to the control strain MSVec. Notably, there was an increase in metabolites such as GMP, GDP, AMP, and ADP, alongside a decrease in glycolytic intermediates like fructose 1,6-bisphosphate and lactate, indicating a reduced energy generation in MS1987-infected macrophages. Additionally, enhanced flux through the TCA cycle was suggested by lower levels of succinate, malic acid, and α-ketoglutarate, corroborated by elevated succinate dehydrogenase (SDH) activity and KEGG analysis highlighting enrichment in metabolic pathways related to TCA cycle and glycolysis.
Further analysis revealed that PKM2 expression and activity were significantly suppressed in MS1987-infected macrophages, particularly at 6 hours post-infection. This suppression was confirmed by reduced mRNA levels and diminished tetramer formation of PKM2, which is crucial for its enzymatic activity. The impaired nuclear translocation of PKM2 was also observed, with lower levels detected in both cytoplasmic and nuclear fractions of MS1987-infected cells. Consequently, the production of the pro-inflammatory cytokine IL-1β was reduced in these macrophages, suggesting that the inhibition of PKM2 translocation may contribute to a diminished inflammatory response in Rv1987-induced M2 polarization.
Discussion
In this study, the role of pyruvate kinase M2 (PKM2) in the polarization of macrophages induced by the Mycobacterium tuberculosis (Mtb) protein Rv1987 was investigated. The findings indicate that Rv1987 promotes M2 polarization in macrophages, leading to impaired PKM2 expression, enzymatic activity, and nuclear translocation. The use of the PKM2 activator TEPP-46 was shown to reverse this M2 polarization, enhancing the expression of M1 markers and inflammatory cytokines such as IL-1β and TNF-α, thereby facilitating the clearance of mycobacteria in vivo. The study highlights the potential of PKM2 as a therapeutic target in tuberculosis treatment, suggesting that its activation can modulate macrophage metabolism and immune responses to combat Mtb infection.
The research also underscores the complexity of PKM2’s role in immune regulation, noting that its effects may differ between various macrophage activation states. While TEPP-46 effectively promoted M1 polarization in Rv1987-infected macrophages, contrasting results were observed in LPS-activated macrophages, indicating that the metabolic context significantly influences PKM2’s function. The study advocates for host-directed therapies that target PKM2 to enhance immune responses against Mtb, presenting a novel strategy to improve tuberculosis treatment outcomes. However, the authors acknowledge the limitations of using M. smegmatis as a model organism, as it does not fully replicate the pathogenic characteristics of Mtb.