中性粒细胞胞外诱捕网在急性肝衰竭中的作用研究进展
【摘要】中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)由活化的中性粒细胞释放的染色质和细胞内颗粒蛋白组成。NETs不仅参与杀死病原体,也发生在无菌炎症中,介导组织损伤,并在急性肝衰竭中起着至关重要的作用。因此,干预其形成和释放可能是治疗急性肝衰竭及其并发症的新策略。本文就中性粒细胞胞外诱捕网在急性肝衰竭发生、发展中的作用机制进行综述,并提出了一些潜在的新治疗靶点。
【关键词】急性肝衰竭;中性粒细胞胞外诱捕网;髓过氧化物酶
急性肝衰竭(ALF)是一种由多种因素引发的严重肝病综合征,其特点是肝功能严重受损,进而导致终末期肝病患者出现多器官功能衰竭。此类患者通常需要接受器官支持、重症监护治疗以及紧急肝移植等措施。在发展中国家,病毒感染常常占ALF病因主导地位,其中乙型肝炎病毒感染在中国尤为常见;而在美国和西欧大部分地区,近年来病毒引起的肝衰竭发病率显著下降,目前多数病例由药物性肝损伤所致,其中最常见原因为对乙酰氨基酚中毒[1]。ALF患者肝脏中性粒细胞浸润显著增强,中性粒细胞外渗到肝实质以增强细胞活性氧的产生和释放,从而诱导局部和邻近肝细胞损伤,随后发生大块或亚大块肝细胞坏死。中性粒细胞在先天免疫应答中发挥重要作用[2],其功能包括吞噬作用、产生活性氧(ROS)、激活裂解酶以及释放中性粒细胞胞外诱捕网(NETs),这些机制有助于炎症细胞浸润和免疫细胞活化,加剧无菌性炎症和肝损伤。Liu等[3]研究发现,肝脏中积累的中性粒细胞会加重对乙酰氨基酚诱导引起的肝损伤的进展和严重程度。因此,阐明中性粒细胞诱捕网在ALF肝脏炎症反应过程中的致病作用和病理生理反应,有助于进一步了解肝衰竭发病机制,并为ALF寻找生物标志物和潜在的治疗靶点。
一、NETs 的形成机制
中性粒细胞是血液中含量最丰富的白细胞,是宿主在感染早期应答的免疫细胞之一 。当宿主被感染时,中性粒细胞会立即从血液迁移到感染部位,从而提供抵御病原体的“第一道防线”,通过吞噬作用、脱颗粒、活性氧和释放NETs来杀死病原体[4]。NETs是由组蛋白和蛋白酶装饰的DNA组成的网状结构,可以捕获和杀死病原体。中性粒细胞释放NETs的这一过程称为NETosis[5],是一种与细胞凋亡和坏死不同的程序性细胞死亡途径,在没有细胞裂解的情况下发生[6]。NETosis也发生在无菌炎症中,促进血栓形成,并介导组织损伤。中性粒细胞在组织损伤部位的过度浸润和活化会导致慢性炎症,限制损伤修复并导致器官功能丧失。因此NETosis是一把双刃剑,为有效地利用这把双刃剑,研究NETosis的机制至关重要。
细菌、真菌、原生动物、病毒等多种病原体、抗体和免疫复合物、细胞因子、微晶和其他生理刺激都可引起NETosis[7]。根据NETosis诱导剂NADPH氧化酶(NOX),NETosis可分为NOX依赖性和NOX非依赖性NETosis。在NOX依赖性NETosis情况下[8],肉豆蔻酸佛波酯(PMA)和细菌脂多糖(LPS)可诱导NOX组装和活化以产生ROS,ROS刺激含有中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)和髓过氧化物酶(MPO)的细胞质颗粒降解,并帮助NE进入细胞核,与MPO发挥协同作用以增强染色质解聚和细胞核膜破坏。同时,肽基精氨酸脱亚氨酶Ⅳ(Peptidearginine Deaminase 4,PAD4)激活后促进核组蛋白H3瓜氨酸化[9],瓜氨酸组蛋白H3(citrullinated histone H3, H3cit)携带的正电荷被减弱,与携带负电荷的DNA的亲和力降低。随着中性粒细胞胞膜破裂,NETs被释放到胞外,而中性粒细胞会在这种类型的NETosis后死亡,因此这种类型的NETosis也称为自杀性NETosis。在NOX非依赖性NETosis中[10],钙离子载体可诱导钙超载,无需NOX激活引起NETosis。在这种NETosis中,中性粒细胞不会丢失核膜或质膜。中性粒细胞活化导致细胞内钙浓度增加,Toll样受体(TLR)、G蛋白偶联受体(GPCR)、Fc受体(FcR)和补体受体与配体结合后,触发内质网储存钙的释放,随后打开质膜钙通道,核DNA以囊泡的形式释放[11]。同时,不同的细胞质颗粒聚集在囊泡周围并被排出,而细胞的内膜保持完整,活化的中性粒细胞不会死亡,且仍具有趋化和吞噬功能。
在其他类型免疫细胞中,例如嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、单核细胞、巨噬细胞,同样也有NETs的形成[12]。不仅如此,植物[13]也可以利用NETs抵御病原体的侵害。
二、NETs在ALF进展中的作用
ALF中循环中性粒细胞的杀菌功能受损,且与肝功能障碍的发展有关[14]。H3cit、MPO和NE作为NETs的特异性生物标志物[15],可用于NETs检测,并有助于将NETs与释放游离DNA的细胞坏死和凋亡区分开来。Fien[16]等通过对ALF患者的肝组织样本进行组织学染色分析,发现这些患者的肝实质中H3cit染色呈阳性。然而,NETs形成导致疾病进展的机制仍有待进一步探索。释放的NETs与血小板结合并促进其活化[17],进而刺激NETs形成,形成正反馈回路,促进血栓形成,导致微循环障碍[18],从而通过诱导继发性缺血性损伤来促进疾病进展。此外,NETs可以刺激单核-巨噬细胞,并放大炎症级联反应。NETs在炎症和凝血之间建立联系,这两者在ALF的病理生理学中起着核心作用。
Ye等[19]通过半乳糖胺脂多糖诱导的ALF小鼠模型研究发现,ALF小鼠肝脏有明显的NETs形成,并且在敲除miRNA-223的小鼠中显著增强。MiRNA-223在调节单核细胞-巨噬细胞分化、中性粒细胞募集和促炎反应中发挥作用,并可通过细胞外囊泡或脂蛋白转移到非髓系细胞[20]。骨髓中miRNA-223缺乏主要导致中性粒细胞脱颗粒相关通路的富集。MiRNA-223/NE轴是NETs的关键调节因子,通过加剧氧化应激和中性粒细胞炎症,从而增强ALF发展过程中的肝细胞损伤和坏死。
在其他以无菌炎症为特征的各种疾病中,例如非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)[21]、肝细胞癌(HCC)、缺血再灌注损伤,NETs也起着至关重要的作用。Robin等[22]发现,终末期肝硬化患者血浆中的MPO和H3Cit均较健康组升高。在HCC患者中,尤其是转移性HCC患者,大部分中性粒细胞处于准备状态,形成具有高H3cit核表达的NETs,呈现出广泛的网状结构[23]。
三、ALF中针对 NETs 的潜在治疗靶点
研究证明[24],通过DNaseⅠ或西维来司他去除或抑制NET和NE,可以减少肝损伤和血栓形成。尽管DNaseⅠ能有效地消化细胞外DNA,但不能完全去除非核苷酸NETs成分,如组蛋白和NE[25]。然而,即使在NETs结构溶解后,上述NETs相关蛋白酶也可引起组织损伤和微血栓形成。因此单独使用DNase Ⅰ对抗NETs有一定的局限性。中性粒细胞在受刺激后,葡萄糖的摄取和转运显著增强,使用糖酵解抑制剂2-DOG阻断糖酵解,可以降低中性粒细胞中产生NETs的能力[26]。基于NETs在病原体清除中的重要作用,阻断NETs是否会进一步增加ALF患者的感染风险仍有待进一步研究。Carestia等实验表明[27],抑制NETs不会增加败血症小鼠的细菌播散,其他类型细胞如库普弗细胞,可以补偿NETs免疫功能的丧失。
综上所述,中性粒细胞释放的NETs可以捕获或杀死多种病原体,包括细菌、病毒、真菌和原生动物。然而不受控制的NETosis会引起组织损伤,诱发或加重多种疾病,包括ALF、NAFLD、HCC、肝脏缺血再灌注损伤等。本文阐述了NETs的形成机制,并强调其在ALF的发展中的关键作用。循环中的NETs水平是ALF诊断和预后监测的潜在生物标志物。进一步深入研究NETs与ALF之间的详细联系,有望为临床治疗提供新的方案,从而改善患者预后。
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