Statins, which inhibit both cholesterol biosynthesis and protein prenylation branches of the mevalonate pathway, increase anti-tubercular antibiotic efficacy in animal models. We investigated the mechanism of anti-tubercular action of simvastatin in Mycobacterium tuberculosis-infected human monocytic cells. We found that the anti-tubercular activity of statins was phenocopied by cholesterol-branch but not prenylation-branch inhibitors. Moreover, statin treatment blocked activation of mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1), activated AMP-activated protein kinase (AMPK) through increased intracellular AMP:ATP ratios, and favored nuclear translocation of transcription factor EB (TFEB). These mechanisms all induce autophagy, which is anti-mycobacterial. The biological effects of simvastatin on the AMPK-mTORC1-TFEB-autophagy axis were reversed by adding exogenous cholesterol to the cells. Overall, our data demonstrate that the anti-tubercular activity of simvastatin requires inhibiting cholesterol biosynthesis, reveal novel links between cholesterol homeostasis, AMPK-mTORC1-TFEB axis, and intracellular infection control, and uncover new anti-tubercular therapy targets.

Foam cells are dysfunctional, lipid-laden macrophages associated with chronic inflammation of infectious and non-infectious origin. For decades, the paradigm underlying foam cell biology has been based on atherogenesis, a disease in which macrophages are cholesterol-enriched. Our previous work showed that foam cells in tuberculous lung lesions surprisingly accumulate triglycerides, suggesting multiple modalities of foam cell biogenesis. In the present study, we used matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging to assess the spatial distribution of storage lipids relative to foam-cell-rich areas in murine lungs infected with the fungal pathogen Cryptococcus neoformans and in human papillary renal cell carcinoma resection tissues. We also analyzed neutral lipid content and the transcriptional program of lipid-laden macrophages generated under corresponding in vitro conditions. The in vivo data were consistent with in vitro findings showing that C. neoformans-infected macrophages accumulated triglycerides, while macrophages exposed to human renal cell carcinoma-conditioned medium accumulated both triglycerides and cholesterol. Moreover, macrophage transcriptome analyses provided evidence for condition-specific metabolic remodeling. The in vitro data also showed that although both Mycobacterium tuberculosis and C. neoformans infections induced triglyceride accumulation in macrophages, they did so by different molecular mechanisms, as evidenced by different sensitivity of lipid accumulation to the drug rapamycin and the characteristics of macrophage transcriptome remodeling. Collectively, these data demonstrate that the mechanisms of foam cell formation are specific to the disease microenvironment. Since foam cells have been regarded as targets of pharmacological intervention in several diseases, recognizing that their formation is disease-specific opens new research directions of biomedical significance.

Abstract Triglyceride rich macrophages (foam cells) are a hallmark of necrotic granulomas in tuberculosis, and multiple antimicrobial functions are down-regulated in these cells. In this study, we assessed the ability of two different compounds to reduce triglyceride content and intracellular burden in Mycobacterium tuberculosis (Mtb)-infected macrophages: A-922500 (DGATi), an inhibitor of diacylglycerol acyltransferase 1, an enzyme involved in triglyceride synthesis; and LY2584702 (p70S6Ki), an inhibitor of p70 S6 kinase, a serine/threonine kinase involved in mTORC-1dependent lipid biogenesis. Additionally, we evaluated the adjunctive activity of these inhibitors as host-directed therapies against chronic Mtb infection in C3HeB/FeJ mice. DGATi and p70S6Ki significantly reduced the lipid content and bacillary burden in Mtb-infected human monocyte-derived macrophages. In Mtb-infected mice, each inhibitor reduced the triglyceride content (P≤ 0.0001) in cells from bronchoalveolar lavage samples. Adjunctive treatment of DGATi with isoniazid and p70S6Ki monotherapy reduced the lipid droplet content (P≤ 0.05) within lung macrophages of Mtb-infected mice. However, neither inhibitor reduced the lung bacterial burden in Mtb-infected mice alone or in combination with isoniazid, and they did not alter lung inflammation. These findings provide further insights into the role of foam cells in tuberculosis pathogenesis and the utility of interventions targeting these cell populations as adjunctive host-directed therapies.