Microbial stimulation of different Toll-like receptor signalling pathways induces diverse metabolic programmes in human monocytes

TLR2型 氧化磷酸化 细胞生物学 CD14型 生物 糖酵解 柠檬酸循环 脂多糖 先天免疫系统 Toll样受体 刺激 吞噬作用 代谢途径 受体 TLR4型 免疫系统 信号转导 生物化学 新陈代谢 免疫学 内分泌学
作者
Ekta Lachmandas,Lily Boutens,Jacqueline M. Ratter,Anneke Hijmans,Guido Hooiveld,Leo A. B. Joosten,Richard J. Rodenburg,Jack Fransen,Riekelt H. Houtkooper,Reinout van Crevel,Mihai G. Netea,Rinke Stienstra
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:2 (3): 16246-16246 被引量:304
标识
DOI:10.1038/nmicrobiol.2016.246
摘要

Microbial stimuli such as lipopolysaccharide (LPS) induce robust metabolic rewiring in immune cells known as the Warburg effect. It is unknown whether this increase in glycolysis and decrease in oxidative phosphorylation (OXPHOS) is a general characteristic of monocytes that have encountered a pathogen. Using CD14+ monocytes from healthy donors, we demonstrated that most microbial stimuli increased glycolysis, but that only stimulation of Toll-like receptor (TLR) 4 with LPS led to a decrease in OXPHOS. Instead, activation of other TLRs, such as TLR2 activation by Pam3CysSK4 (P3C), increased oxygen consumption and mitochondrial enzyme activity. Transcriptome and metabolome analysis of monocytes stimulated with P3C versus LPS confirmed the divergent metabolic responses between both stimuli, and revealed significant differences in the tricarboxylic acid cycle, OXPHOS and lipid metabolism pathways following stimulation of monocytes with P3C versus LPS. At a functional level, pharmacological inhibition of complex I of the mitochondrial electron transport chain diminished cytokine production and phagocytosis in P3C- but not LPS-stimulated monocytes. Thus, unlike LPS, complex microbial stimuli and the TLR2 ligand P3C induce a specific pattern of metabolic rewiring that involves upregulation of both glycolysis and OXPHOS, which enables activation of host defence mechanisms such as cytokine production and phagocytosis.
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