迁移到炎症部位后，它们通过产生 ROS 和排出颗粒中的杀微生物成分来杀死、吞噬和消化入侵的微生物。释放NETs，从而诱捕并杀死病原体。然而，中性粒细胞有效消除入侵因子是有代价的，可能引起炎症性疾病。在中性粒细胞产生的一系列抗菌产物中，ROS对于吞噬后的病原体清除至关重要。ROS 产生的主要机制涉及激活 NADPH 氧化酶复合体。该复合体由不同的 NOX 酶组成，NOX2 是该复合物的主要催化亚基，在膜中组装并通过还原氧生成前体超氧阴离子 （O2 −） ，释放到含有微生物的吞噬体中，经历歧化成过氧化氢。中性粒细胞还通过 MPO 的活性生成次级氧化剂，如羟基自由基、次氯酸、氯胺和次硫氰酸盐 。![]()
Trends Immunol.2019
中性粒细胞颗粒在骨髓中成熟过程中形成。具有不同含量和不同功能的颗粒，可根据造粒过程中的合成时间或其主要蛋白质含量来区分：
在髓系成熟过程中，不同转录和生长因子的表达决定了不同的成熟阶段，不同阶段驱动获得不同颗粒类型。高水平的 ZnF 转录因子 GFI1 和低PU.1 引导向原粒细胞（myeloblast）状态的转变和初级颗粒的产生，然后 ELF-1 的低表达和 C/EBPε 的增加允许过渡到中幼粒细胞（myelocyte）状态并形成次级颗粒。最后，在晚幼粒细胞（metamyelocyte）状态后出现三级颗粒，伴有有丝分裂活性丧失 。颗粒内容物释放到环境中是由多种刺激调节和触发的，但具有很强的选择性（受到受体-配体偶联调控）。例如，fMLP 仅促进初级颗粒的排出 ，而 S100A9 排出特异性和明胶酶颗粒 。细胞因子在中性粒细胞内预先形成，可在稳态和炎症条件下释放。人类中性粒细胞产生的细胞因子阵列非常广泛;它由抗炎 [IL-1ra、TGFβ1、TGFβ2] 和促炎细胞因子 （IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、TNFα）、趋化因子 （CXCL1、CXCL2、CXCL8、CXCL12） 和免疫调节细胞因子 （IL-22、IL-23） 等组成 。促炎细胞因子的不受控制的释放会加剧炎症并引起免疫病理学，呼吸道感染期间很常见。NET 形成的最常见机制是通过 NADPH 氧化酶、染色质解凝、蛋白组装和膜透化产生 ROS， 激活 MPO，导致酶从嗜天青颗粒释放到细胞质，随后释放到细胞核，在那里它们促进染色质解凝。ROS 还诱导肽基精氨酸脱亚胺酶 4 （PAD4），该酶诱导组蛋白瓜氨酸化，这是 NETosis 的标志。![]()
Nature Reviews Immunology,2018
虽然NETs可以遏制病原体传播，但它们可能具有极强的毒性并促进急性和慢性炎症。动脉粥样硬化是由甘油三酯、胆固醇和其他代谢物在大血管内膜内膜中的积聚引起，是心血管疾病的主要来源，包括心脏和大脑的缺血事件，因此占全球发病率和死亡率的大部分。![]()
Nat. Rev. Cardiol. 2020
|在动脉粥样硬化发生过程中，血小板衍生的趋化因子，如CCL5，促进中性粒细胞的激活和招募。在管腔侧，活化的中性粒细胞分泌颗粒蛋白，包括抗菌肽和组织蛋白酶G，它们直接或间接地促进髓系细胞的募集。动脉粥样硬化斑块管腔和内膜侧的中性粒细胞分泌活性氧（ROS）和蛋白酶，导致内皮细胞（EC）层和潜在的细胞外基质（ECM）的激活和失调，使白细胞浸润和LDL外渗。在动脉粥样硬化进展过程中，中性粒细胞来源的颗粒蛋白抗菌肽和α-防御素刺激巨噬细胞激活向促炎症状态。中性粒细胞分泌髓过氧化物酶（MPO），它介导LDL（oxLDL）的氧化，促进泡沫细胞的形成。中性粒细胞胞外陷阱（NETs）刺激浆细胞样树突状细胞（pDCs）产生致动脉粥样硬化IFNα，巨噬细胞通过NLRP3识别NET，产生IL-1β和IL-18。在动脉粥样硬化的晚期，中性粒细胞可以通过分泌含有细胞毒性组蛋白H4的NETs来破坏斑块的稳定，它可以穿孔并最终溶解血管平滑肌细胞（VSMCs）。中性粒细胞来源的金属蛋白酶也可以通过降解ECM来诱导VSMC的死亡。VSMC死亡和ECM降解导致纤维帽变薄，形成容易破裂的易损斑块。除了引发血栓形成和缺血外，中性粒细胞还会导致受影响组织的后续损伤，尤其是心脏和大脑。![]()
在缺血性中风后，死亡的神经元吸引中性粒细胞到中风区域。中性粒细胞可通过活性氧（ROS）和中性粒细胞弹性蛋白酶的分泌来加重损伤，从而增加内皮细胞（EC）的功能障碍和通透性。此外，中性粒细胞胞外陷阱（NETs）促进血栓生长，从而增加中风。最后，中性粒细胞增加神经元细胞的死亡。在动脉损伤部位，活化的中性粒细胞沉积抗菌肽（在人类中也称为LL37，小鼠 CRAMP），通过n-甲酰基肽受体2（FPR2）促进循环EC祖细胞的粘附。抗菌肽以旁分泌的方式刺激EC祖细胞释放血管内皮生长因子（VEGF）和表皮生长因子（EGF）。这两个过程相互补充，以促进EC的恢复。中性粒细胞通过多种方式影响心肌梗死后的心脏愈合。首先，中性粒细胞明胶酶相关脂钙蛋白（NGAL）以MERTK依赖的方式刺激巨噬细胞，诱导向修复表型的转变，例如清除细胞碎片。第二，被招募到心脏的中性粒细胞分泌膜联蛋白A1，通过FPR2连接，促进巨噬细胞向促血管生成表型分化，导致VEGFA的分泌，进而有利于缺血心脏的血管生成。许多类型的癌症被中性粒细胞高度浸润，通常称为肿瘤相关中性粒细胞。在早期中性粒细胞多发挥抗肿瘤功能，但在肿瘤形成的微环境影响下，到了晚期其主要发挥促肿瘤作用，是泛人类肿瘤中不良预后的最强预测因子 。![]()
炎症和组织应激的放大是一种经典机制，中性粒细胞被认为会引发致癌作用。在肺部实验性化学癌变模型中，中性粒细胞通过 ROS 扩增肺细胞中的 DNA 损伤，直接促进肿瘤转化。在一些 RAS 驱动的癌症中，发现中性粒细胞释放细胞因子、蛋白质或直接刺激肿瘤细胞增殖的因子，例如前列腺素 E2 （PGE2） 或 NE 。同样，NETs的产生也会促进肿瘤发生并参与转移。在癌症的背景下，与中性粒细胞相关的另一个显着特性是支持血管形成。机制包括表达 MMP9 的中性粒细胞的肿瘤浸润，这些中性粒细胞可促进 VEGF 激活或促血管生成因子 Bv8 的表达。NET 还可以增加体内基质胶栓的血管化，并在经典的体外基质胶管形成试验中显示促血管生成反应 。此外，中性粒细胞可以获得强大的免疫抑制特性，从而阻碍其他免疫细胞的抗肿瘤活性。肥胖会导致脂肪组织过度堆积，脂肪组织会经历免疫代谢和功能转化，因此是代谢疾病的根源，从 2 型糖尿病 （T2DM） 到非酒精性脂肪性肝病 （NAFLD），中性粒细胞浸润和活化都是疾病的标志之一。![]()
T2DM 患者会出现血糖水平升高和胰岛素抵抗。中性粒细胞紊乱的几种潜在机制会导致脂肪组织炎症，其中弹性蛋白酶的释放与饮食诱导的肥胖小鼠的胰岛素抵抗直接相关 。在中性粒细胞浸润小鼠肝脏后，弹性蛋白酶降解肝细胞中的胰岛素受体底物 1，导致胰岛素信号传导受损、葡萄糖生成增加和胰岛素抵抗。NAFLD从脂肪肝发展为非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic fatatohepatis， NASH）再发展为肝硬化，需要脂肪的早期积累，随后出现脂肪变性、炎症和纤维化，其中大部分与中性粒细胞有因果关系。![]()
自身免疫性疾病的一个标志是免疫系统对自身抗原的失调反应，这导致宿主细胞和组织受损。大量研究报道了中性粒细胞参与多种自身免疫性疾病，包括类风湿性关节炎 （RA）、系统性红斑狼疮、1 型糖尿病、原发性干燥综合征、多发性硬化症、克罗恩病、痛风和炎症性肠病。组织浸润、效应分子和促炎细胞因子的释放、ROS 产生的改变、自身抗原呈递以及与 T 或 B 细胞的相互作用是中性粒细胞被证明有助于自身免疫性疾病病理学的一些多方面功能 。特别是，在系统性红斑狼疮期间，人中性粒细胞可以释放氧化的线粒体成分 以及作为干扰复合体的抗菌肽和自身 DNA ，促进 pDC 的慢性激活并触发IFN 介导的自身免疫反应 。在大多数情况下，常见的机制是 NET 的异常产生，例如在 RA 患者的循环和滑膜中性粒细胞中观察到 NET 形成增强。这些NET 通过瓜氨酸化自身抗原的外化来加重 RA 发病机制，从而触发自身抗体的形成，进而激活适应性免疫应答 。在过去几十年中，随着预期寿命的显著增加，老龄化已成为高收入国家流行疾病的主要危险因素。衰老会改变中性粒细胞功能，使得老年患者和老年小鼠的趋化性、超氧化物生成、吞噬作用和神经内分泌瘤释放失调（通常减少），这可能解释了它们对感染和微生物传播的易感性更高 。中性粒细胞也是老年人产生持续慢性炎症的重要免疫细胞。造血祖细胞中体细胞突变的积累也与衰老有关，可驱动克隆性造血 （clonal hematopoiesi，sCH），目前中性粒细胞在克隆性造血中的作用知之甚少，可能与 JAK2V617F 突变相关的异常 NET 产生有关。CH是指具有分子遗传学突变特征的HSC，通过多系造血分化，形成携带重现性生物学标志的终末分化成熟血细胞。因此，CH是一种非恶性扩增的造血模式，具有竞争性克隆优势和多系造血分化成熟能力两大核心特征。CH的发生是HSC内在衰老和外在环境因素阳性筛选共同作用的必然结果和客观存在。
克隆性造血作为白血病前期干细胞，是白血病发生的克隆起源之一。
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Cassatella MA, Östberg NK, Tamassia N, Soehnlein O. 2019. Biological roles of neutrophil-derived
granule proteins and cytokines. Trends Immunol. 40(7):648–64
Papayannopoulos V. 2018. Neutrophil extracellular traps in immunity and disease. Nat. Rev. Immunol.
18(2):134–47
Silvestre-Roig C, Braster Q, Ortega-Gomez A, Soehnlein O. 2020.Neutrophils as regulators of
cardiovascular inflammation. Nat. Rev. Cardiol. 17(6):327–40
Gentles AJ, Newman AM, Liu CL, Bratman SV, Feng W, et al. 2015. The prognostic landscape of genes and infiltrating immune cells across human cancers. Nat. Med. 21(8):938–45
Herrero-Cervera A, Soehnlein O, Kenne E. 2022. Neutrophils in chronic inflammatory diseases. Cell
Mol. Immunol. 19(2):177–91
我如何理解克隆性造血的临床问题 ，施均，中华血液学杂志, 2018,39(11) : 895-897. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-2727.2018.11.004
