盤基網(wǎng)柄菌
——研究胞外誘捕起源和機制的模型

薛德明 侯連生

(河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 新鄉(xiāng) 453007) (華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 上海 200241)

中性粒細胞作為固有免疫系統(tǒng)的重要細胞，是機體抵御病原體入侵的第一道防線。機體感染病原體后，中性粒細胞在趨化因子作用下，聚集到感染部位，通過吞噬作用或脫顆粒方式消滅病原體。2004年，Brinkmann等發(fā)現(xiàn)，用細菌、脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)等刺激中性粒細胞，活化后的中性粒細胞在死亡過程中會釋放染色質(zhì)DNA和蛋白顆粒到胞外形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即胞外誘捕網(wǎng)(extracellular traps, ETs)，該結(jié)構(gòu)具有抗菌作用[1]。最近有研究發(fā)現(xiàn)，社會變形蟲盤基網(wǎng)柄菌(Dictyosteliumdiscoideum)發(fā)育過程中產(chǎn)生的固有免疫細胞──前哨細胞(sentinel cells)也能夠產(chǎn)生胞外誘捕現(xiàn)象[2]。變形蟲約在10億年前出現(xiàn)，是后生動物的祖先，因此利用盤基網(wǎng)柄菌研究胞外誘捕，對認識固有免疫細胞的起源、演化和保守機制有重要意義。本文就胞外誘捕的概念、作用以及盤基網(wǎng)柄菌作為研究胞外誘捕起源和機制所具備的優(yōu)勢作一簡要綜述。

1 胞外誘捕現(xiàn)象及其生理作用和病理作用

1.1 胞外誘捕現(xiàn)象 多種刺激物能夠激活中性粒細胞，如病原體、佛波醇-豆蔻酸-乙酸酯(phorbol myristate acetate, PMA)、白介素-8(interleukin-8, IL-8)或脂多糖，激活后的中性粒細胞在死亡過程中釋放染色質(zhì)DNA和很多顆粒物形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象被稱為胞外誘捕。

中性粒細胞在形成胞外誘捕網(wǎng)過程中的死亡不同于凋亡或壞死。其表現(xiàn)為：圓形細胞變?yōu)楸馄綘睿o密黏附于基底層上，胞核分葉消失，核膜及細胞器膜破裂，染色質(zhì)解旋，釋放核顆粒，核內(nèi)物質(zhì)與胞質(zhì)融合，最終胞膜破裂，細胞內(nèi)容物釋放形成纖維狀結(jié)構(gòu)。

胞外誘捕網(wǎng)纖維直徑為15～17 nm，顆粒直徑25～28 nm。顆粒中的主要成分由中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶、髓過氧物酶、白明膠酶、組蛋白和乳鐵傳遞蛋白組成[1，3，4]。

隨著研究的逐步深入，發(fā)現(xiàn)肥大細胞、嗜酸性粒細胞也能夠產(chǎn)生胞外誘捕。肥大細胞和中性粒細胞一樣，在細胞死亡過程中產(chǎn)生胞外誘捕，其網(wǎng)狀纖維來自于染色質(zhì)DNA，而嗜酸性粒細胞并不死亡，其網(wǎng)狀纖維來自于線粒體DNA[5，6]。

1.2 生理作用 胞外誘捕能夠捕獲病原體，將其束縛在三圍網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，防止其擴散，如金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏桿菌、弗氏志賀菌等革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌，以及真菌、原生動物和病毒[1，7]。

胞外誘捕網(wǎng)顆粒中含有多種抗菌蛋白。如彈性蛋白酶和組織蛋白酶能夠降解病原體及其毒力因子。髓過氧物酶催化過氧化氫和氯離子產(chǎn)生次氯酸鹽，并形成具有氧化能力的自由基來殺傷致病原。乳鐵傳遞蛋白是一種與鐵原子結(jié)合的糖蛋白，具有較強抗菌、抗病毒作用[8]。胞外誘捕網(wǎng)在提高感染部位抗菌蛋白濃度的同時，也限制了這些蛋白向周圍組織擴散，從而避免對正常組織的破壞。

1.3 病理作用 近年來，發(fā)現(xiàn)胞外誘捕對宿主也會產(chǎn)生一些毒副作用，導(dǎo)致疾病。發(fā)生機制可能是由于機體未及時清除胞外誘捕網(wǎng)及其中顆粒成分所引起。

據(jù)報道，胞外誘捕可能會誘發(fā)自身免疫性疾病[9]。該病是機體對自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自身組織損傷所引起的疾病。自身免疫性疾病種類繁多，有局部性的，也有系統(tǒng)性的，發(fā)病機制復(fù)雜，但其基本過程都是由于自身細胞內(nèi)抗原釋放到胞外或自身抗原發(fā)生改變所引起的。胞外誘捕網(wǎng)中的成分DNA、組蛋白等作為自身抗原，都可能誘發(fā)免疫反應(yīng)，累及機體自身[9]。

另外，血管內(nèi)發(fā)生的胞外誘捕有可能為血栓形成提供支架和刺激環(huán)境，從而導(dǎo)致血小板聚集、黏附和激活，促進紅細胞陷入其中、白細胞積聚、纖維蛋白沉積等，形成血栓[10]。

2 盤基網(wǎng)柄菌及其胞外誘捕防御現(xiàn)象

2.1 盤基網(wǎng)柄菌 盤基網(wǎng)柄菌是一種社會性變形蟲，在進化地位上處于真菌和后生動物分枝之前，屬于黏菌蟲類(Mycetozoa)[11]。營養(yǎng)充足時，盤基網(wǎng)柄菌通過有絲分裂產(chǎn)生子細胞，處于未分化的單細胞狀態(tài)。饑餓誘導(dǎo)發(fā)育程序，大約105個細胞聚集形成可以移動的多細胞蛞蝓體，接下來分化終止并產(chǎn)生子實體。

在蛞蝓體階段，僅有前哨細胞保持著原有單細胞期的吞噬能力，可以在蛞蝓體內(nèi)移動，捕獲并清除入侵的病原體，在多細胞體內(nèi)作為固有免疫細胞發(fā)揮防御作用。

2.2 盤基網(wǎng)柄菌胞外誘捕防御現(xiàn)象 最近，發(fā)現(xiàn)盤基網(wǎng)柄菌前哨細胞在克雷伯氏菌或脂多糖刺激下，無論在多細胞體內(nèi)還是在體外，能夠產(chǎn)生胞外誘捕現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)其網(wǎng)狀纖維來源于線粒體DNA[12]。這類現(xiàn)象說明胞外誘捕發(fā)生在后生動物出現(xiàn)之前，在進化中具有保守性，同時也發(fā)生一些改變。

3 利用盤基網(wǎng)柄菌研究胞外誘捕現(xiàn)象的優(yōu)勢

3.1 盤基網(wǎng)柄菌前哨細胞與中性粒細胞具有相同或相似的胞外誘捕形成機制 研究發(fā)現(xiàn)，活化的中性粒細胞通過Toll樣受體途徑(Toll-like receptor pathways)刺激煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2, NADPH oxidase 2, Nox2)產(chǎn)生大量活性氧(reactive oxygen species, ROS)，形成胞外誘捕[13]。

盤基網(wǎng)柄菌中含有TirA蛋白，TirA蛋白上具有Toll/interleukin受體(TIR)結(jié)構(gòu)域，對于前哨細胞清除病原體非常重要。此外，盤基網(wǎng)柄菌中有三種酶NoxA、NoxB和NoxC與人類Nox2酶高度同源。因此，從進化角度看，檢驗它們在胞外誘捕中的作用顯得非常重要。Zhang等用基因敲除法，構(gòu)建了盤基網(wǎng)柄菌TirA無效突變體和NoxA、NoxB、NoxC三基因無效突變體，發(fā)現(xiàn)它們能夠完成整個發(fā)育過程，并在蛞蝓體期產(chǎn)生哨兵細胞，但與野生型相比，兩種突變體產(chǎn)生的ROS明顯減少。

此外，用脂多糖刺激前哨細胞，兩種突變體產(chǎn)生的胞外誘捕結(jié)構(gòu)也明顯減少[12]。這些實驗說明盤基網(wǎng)柄菌前哨細胞與中性粒細胞具有相同或相似的胞外誘捕形成機制。

3.2 盤基網(wǎng)柄菌自身特點 從進化角度來看，盤基網(wǎng)柄菌發(fā)生早于后生動物，與中性粒細胞有著相同或相似的細胞行為，如趨化性、吞噬作用和自噬作用。從遺傳角度看，盤基網(wǎng)柄菌屬于單倍體，而且很多基因與人類高度同源，易于遺傳操縱。因此，盤基網(wǎng)柄菌可以作為研究胞外誘捕起源和機制的模型。

4 結(jié)束語

綜上所述，胞外誘捕的形成是一個十分復(fù)雜的過程，需要多種因素共同調(diào)節(jié)。盡管相關(guān)研究逐步推進，但是還有很多問題懸而未決。例如，中性粒細胞在產(chǎn)生胞外誘捕過程中發(fā)生死亡，誘捕產(chǎn)生的網(wǎng)狀纖維來源于染色質(zhì)DNA；而前哨細胞、嗜酸性粒細在胞外誘捕過程中不會發(fā)生死亡，誘捕產(chǎn)生的網(wǎng)狀纖維來源于線粒體DNA。因此，進一步研究胞外誘捕的起源、進化機制以及在固有免疫系統(tǒng)進化過程中所起的作用，可以為深入了解其產(chǎn)生機制提供幫助，以期為未來藥物開發(fā)提供理論依據(jù)。毫無疑問，盤基網(wǎng)柄菌將為解決這些問題發(fā)揮重要作用。