GPLs의 구성과 농도는 집락 형태(colony phenotype)에 영향을 미친다. M. abscessus에서 nsGPL이 있는 경우 smooth phenotype을 보이며 nsGPL이 없는 경우 rough phenotype으로 나타난다[22]. Smooth phenotype의 M. abscessus는 환경에서 생존하고 비침습적이며 보통 감수성(susceptible) 숙주에서 감염이 시작된다. 선천면역세포에 존재하는 TLR2에 의한 인식을 억제하기 위하여 smooth phenotype M. abscessus의 GPL은 항산균에 존재하는 TLR2 ligand인 PIMs를 덮는 외부층을 형성하여 PIMs가 TLR2에 의해 인식되는 것을 효과적으로 차단한다(Fig. 3) [12]. 그 결과 염증을 예방하고 숙주 면역 반응을 지연시킨다. Smooth phenotype과 rough phenotype의 M. abscessus를 human monocyte와 마우스 폐에 감염시켰을 때 smooth phenotype보다 rough phenotype M. abscessus가 훨씬 더 많이 증식하였다[22]. 임상 및 역학 데이터에서도 역시 rough phenotype M. abscessus가 더 심한 NTM 폐질환의 위험 인자로 밝혀졌다[23].

M. avium의 경우 세 가지 colony phenotype을 가지는데 smooth opaque (SmO), smooth transparent (SmT), rough (Rg)로 나뉜다[24]. 이 phenotype과 발병력의 상관관계에 대해서는 의견이 분분하다. Pedrosa 등[25]은 SmT colony phenotype이 가장 독성이 강한 표현형이라고 보고한 반면 Schaefer 등[26]은 Rg, SmT, SmO 순서로 독성이 강하다고 보고하였다. 최근 Nishimura 등[27]도 M. avium subspecies hominissuis 104를 감염시켰을 때 Rg colony phenotype이 SmO, SmT에 비해서 더 심한 폐렴을 보인다고 보고하였다[27]. 하지만 이에 대한 GPLs와의 관련성은 아직 뚜렷하지 않다. MAC에서 ssGPL은 세포 내 생존에 필요하며 cytokine 반응에 영향을 미친다[28]. M. avium의 ssGPL의 면역 조절 활동(immunomodulatory activities)은 추출된 혈청형(serovar)에 따라 다양하게 나타난다. 예를 들면 serovar-4 GPL은 식균작용(phagocytosis)을 촉진하고 포식소체-용해소체 융합(phagosome-lysosome fusion, P-L fusion)을 억제하는 반면 serovar-16 GPL은 식균작용 및 P-L fusion에 영향을 미치지 않았으며 serovar-8 GPL은 두 가지 모두 촉진하는 결과를 보였다[29]. 또 다른 연구에서 wild type (wt) serovar-2, serovar-8 및 serovar-null strain을 murine macrophage에 감염시켰을 때 serovar-2 감염은 TNF-α 생산을 활성화하며 생존율을 증가시키고 serovar-2 null strain인 경우 세포 내에서 살아남지 못하였다. Serovar-8 감염의 경우 강한 전염증성 반응을 유발함에도 wt serovar 및 serovar-null strain 모두 대식 세포에서 생존하였는데 이는 아마도 serovar-2에서는 생산되지 않는 anti-inflammatory cytokine인 IL-10의 생산 때문으로 생각되었다. 하지만 생존한 M. avium의 colony forming unit (CFU)은 wt serovar-8 감염에서 serovar-null strain보다 의미있게 높았다[30]. 결과적으로 M. avium ssGPL이 발병 기전의 핵심이라는 사실 및 특정 M. avium serovar의 발병 기전이 다른 serovar에 적용될 수 없다고 결론지을 수 있었다.

대식세포는 NTM을 인식하고 면역 반응을 개시하는 최초의 숙주세포이다. 일반적으로 대식세포의 NTM 인지는 대식 세포 표면의 PRRs가 NTM 표면의 하나 이상의 특정 병원체 관련 PAMPs를 인식함으로써 시작된다. PRRs는 위치에 따라 세포 표면에 존재하여 세포 외 미생물 검출, 소낭에서 섭취된 미생물 성분 검출, 세포질에서 세포질 미생물과 세포 손상 생성물의 센서(sensor) 기능을 수행하는 PRRs로 나뉜다. 세포 표면 PRRs의 예로는 TLR1-9, C형 렉틴 수용체(dectin-1, dectin-2, mincle, macrophage C-type lectin [MCL], mannose receptor [MR]), 청소 수용체(scavenger receptors; MARCO, SR-A, CD36) 등이 있으며 세포질 센서의 예로는 NOD 유사 수용체와 이를 바탕으로 구성된 중합체인 인플라마좀(inflammasomes) 등이 해당된다. 이러한 PRRs와 이전에 서술한 NTM의 PAMPs 사이의 상호작용은 식균작용, 산화질소(nitric oxide, NO), 활성 산소종(reactive oxygen species, ROS)의 생성, P-L fusion, 자가포식 및 세포자멸사 유도를 포함하는 여러 식균작용을 초래한다[34].

세포 외 PRRs는 포식세포와 항원제시세포(antigen-presenting cell, APC)가 PAMPs를 인식하는 첫 번째 수용체이다. 포식작용은 옵소닉(opsonic) 또는 비옵소닉(nonopsonic) 메커니즘으로 나뉘는데 이는 미생물이 보체 및 항체 단백질과 같은 용해성 PRR로 코팅되었는지 여부에 따라 달라진다[35]. 옵소닉 수용체에는 Fc 수용체, 인테그린 및 보체 수용체(complement receptor, CR)가 포함된다[36]. 비옵소닉 수용체는 앞에서 말한 TLRs, C형 렉틴 수용체, 청소 수용체 등이 있으나 NTM에서는 청소 수용체의 기능이 아직 뚜렷하지 않다. 이 중 TLRs의 경우 항산균의 섭취를 촉진할 뿐만 아니라 세포 내 신호 전달 캐스케이드를 시작하여 선천면역과 적응면역 사이의 연결고리 역할을 한다[37].

포식세포 표면의 PRRs가 NTM 표면의 PAMPs를 인식함으로써 염증 신호전달이 시작되고 포식세포의 세포막이 NTM을 둘러싼다. 이후 세포막은 다시 연결되어 포식된 NTM을 세포막에 둘러싸인 포식소체(phagosome)라 불리는 소낭(vesicle)에 가둔다. Phagosome은 용해소체(lysosome)와 만나 포식용해소체(phagolysosome)를 형성하며 그 안에 갇힌 미생물을 소화시키게 된다. Phagolysosome은 lipase, hydrolase, protease와 같은 다수의 효소를 가지는 산성 환경(pH < 5.0)으로 포식세포는 미생물 섭취 후 다양한 수용체를 통해 phagolysosome에 존재하는 효소들을 활성화하는 신호를 받는다. 이 효소들 중 포식세포 산화효소(phagocyte oxidase)는 산소를 superoxide 음이온과 자유 라디칼(free radicals)로 변화시키며 이러한 과정을 산화 파열(oxidative burst) 또는 호흡 파열(respiratory burst)이라고 한다. 여기서 파생된 자유 라디칼을 ROS라고 부르며 포식된 미생물에 독성이 매우 강하다. 또 다른 효소로 유도 산화질소 합성효소(inducible nitric oxide synthase, iNOS)가 있으며 이는 arginine을 NO로 전환시키고 이 역시 독성이 강하다[34,35]. 포식세포의 성숙에는 phagosome 산성화, ROS, NO, 항균 펩티드/단백질(antimicrobial peptides/protein, AMPs)의 형성이 필수적이다[35]. 하지만 항산균은 포식세포를 효율적으로 감염시키는 고도로 전문화된 세포 내 병원체이다. 항산균은 포식세포 내에서 생존하고 증식하기 위해 phagosome maturation을 억제할 수 있다. LAM, ManLAM, phenolic glycolipid phenolphthiocerol diester (PGL-1), isoprenoid edaxadiene, TDM 등과 같은 항산균 세포벽지질이 phagosome maturation을 조절하는 것으로 알려져 있다[37]. M. avium의 GPLs는 MR과 결합하여 P-L fusion을 억제할 수 있으며[46] 이는 M. avium의 특정 혈청형에 따라 가능하다[47]. GPLs를 포함하는 M. abscessus의 smooth phenotype은 rough phenotype에 비해 더 낮은 수준의 phagosome 산성화, P-L fusion, autophagy를 유도한다[48].

대식세포는 세포 사멸 프로그램(cell death program)을 유도하여 추가적인 항산균의 세포 내 복제 및 살아있는 항산균의 전파를 막을 수 있다. 세포 사멸에는 크게 두 가지 방법이 있는데 세포자멸사(apoptosis)와 세포괴사(necrosis)이다[49]. 세포자멸사의 과정에는 DNA 절단(cleavage), 핵 응축(nuclear condensation)과 분절(fragmentation), 세포막 물집 형성(blebbing) 등의 특징이 나타난다. 세포자멸사가 진행된 대식세포 및 그미성숙 phagosome 안에 포함된 병원체는 주변의 다른 감염 되지 않은 대식세포(uninfected macrophage)에 의해 포식되어 제거(efferocytosis)되기 때문에 염증 반응이 일어나지 않는다[50]. 반면에 세포괴사는 염증 반응을 유발하며 살아있는 항산균을 전파시킬 수 있다[49]. 독성 MTB는 감염된 대식세포의 apoptosis를 억제하고 necrosis를 유발하여 선천면역을 회피한다[51,52]. 하지만 NTM 감염에서 대식세포의 cell death 에 대한 연구는 많지 않다. M. avium이 apoptotic macrophage 를 이용하여 세포 간 확산 및 생존을 위한 도구로 사용한다는 증거가 보고되었다[53].

NTM이 대식세포 내에서 생존하기 위해 사용하는 면역 회피 기전은 잘 알려져 있지 않다. NTM의 면역 회피 기전으로는 P-L fusion 억제, 혐기성 세포 내 환경으로의 대사 전환, 복제를 향상시키는 NTM 관련 유전자 유도, 숙주 대식세포 기능의 직접적인 억제, ROS production blocking 등이 추정된다[54].