中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)在胃腸道中的應(yīng)用

李虹萱，許張軒，吳清云，鄒小明

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院胃腸外科，黑龍江 哈爾濱 150086

中性粒細(xì)胞已被認(rèn)為是先天免疫應(yīng)答的主要影響因素之一。它們具有多種免疫功能，包括吞噬作用、活性氧物種(ROS)產(chǎn)生和脫顆粒，以及由中性粒細(xì)胞胞外誘捕器的解聚染色質(zhì)絲組成的黏性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成和釋放[1]。這些結(jié)構(gòu)由組蛋白和中性粒細(xì)胞顆粒蛋白修飾，最初被認(rèn)為是中性粒細(xì)胞捕獲和殺死病原體的機(jī)制。事實(shí)上，抑制中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(NETs)的形成會(huì)導(dǎo)致小鼠和人對(duì)細(xì)菌感染的易感性增加[2]。雖然NETs的成分具有殺菌活性，但過量的NETs具有促炎特性，并損傷宿主細(xì)胞[3]。因此，NETs在許多其他疾病中也常被研究討論，包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)、血管炎、糖尿病、血栓和肺損傷[4-6]。

越來越多的證據(jù)表明，盡管NETs有助于對(duì)抗嚴(yán)重的感染，然而它們也參與炎癥的加重、自身免疫性疾病的發(fā)生、癌癥的發(fā)展和血栓形成[3]。隨著檢測技術(shù)和影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，NETs的存在正逐漸被接受；NETs的研究已經(jīng)從體外觀察延伸到體內(nèi)器官水平，并擴(kuò)展到許多特異性疾病領(lǐng)域。NETs除了在糖尿病、關(guān)節(jié)炎、SLE和囊性纖維化中的作用外，在胃腸道系統(tǒng)和肝臟系統(tǒng)方面的作用也有所報(bào)道，例如炎癥性腸病、肝癌等[7-8]。雖然NETs是一個(gè)新的領(lǐng)域，但人們?nèi)约挠韬裢?，希望NETs能有助于闡明藥物的致病機(jī)制，并制定新的診斷和治療策略。在這篇綜述中，我們闡述了與胃腸道感染、炎癥、自身免疫和癌癥有關(guān)的NETs的最新發(fā)現(xiàn)。

1 NETs的形成機(jī)制

1996年，使用佛波醇酯(PMA)最大限度地激活中性粒細(xì)胞，觀察到中性粒細(xì)胞的分葉狀核解散并聚集，核膜破裂，核物質(zhì)填充胞質(zhì)空間和細(xì)胞膜破裂[9]。這一過程與細(xì)胞凋亡或壞死明顯不同。雖然這些觀察資料以前被認(rèn)為是一種莫名其妙的中性粒細(xì)胞死亡，但關(guān)鍵的進(jìn)展是認(rèn)識(shí)到這一過程不僅僅是中性粒細(xì)胞死亡，而是一種顯性的細(xì)菌分離機(jī)制。事實(shí)上，BRINKMANN等[8]證明了釋放的染色質(zhì)被各種中性粒細(xì)胞抗菌分子所覆蓋，并將其結(jié)構(gòu)命名為NETs結(jié)構(gòu)。他們通過使用PMA和IL-8對(duì)其刺激分析離體的NETs，但在體內(nèi)也證明了闌尾炎患者的組織樣本與NETs結(jié)合，NETs具有對(duì)抗毒力因子和殺死細(xì)菌的能力。

NETs至少有兩種形成的機(jī)制：氧化劑依賴性和氧化劑獨(dú)立性。此外，并非所有的NETs的形成都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，并非所有的中性粒細(xì)胞死亡必然促使NETs形成，即使DNA在細(xì)胞外滲漏。在很多文獻(xiàn)中，把NETs的形成稱為NETosis，用其描述NETs的形成，并非所有的NETs形成都導(dǎo)致細(xì)胞死亡，若其特定方面被驗(yàn)證，我們將在其裂解或非裂解之前使用“NETs形成”一詞。

2 NETs與胃腸道感染

在人類胃腸道中可以發(fā)現(xiàn)許多種類的細(xì)菌、真菌和寄生蟲，它們都可促進(jìn)NETs的形成[10-16]。在這些微生物中，金黃色葡萄球菌[10]、大腸桿菌和白念珠菌[11]已被證明可誘導(dǎo)活性氧獨(dú)立性的快速非裂解NETs的形成。NETs對(duì)細(xì)菌入侵起到的防御作用毋庸置疑；然而，活化中性粒細(xì)胞與腸細(xì)胞樣Caco-2細(xì)胞共培養(yǎng)模型顯示，NETs可能通過直接與NETs相關(guān)聯(lián)的蛋白接觸而損傷上皮細(xì)胞[17]。此外，CRANE等[18]認(rèn)為，在細(xì)菌性腸炎模型中，通過增強(qiáng)微生物膜的作用可以使NETs幫助致病型大腸桿菌和志賀氏大腸桿菌黏附在腸黏膜上。結(jié)果表明，NETs在胃腸道感染和炎癥中可能是一把雙刃劍。

一些微生物如金黃色葡萄球菌[19]、化膿性鏈球菌和幽門螺桿菌[20]可以通過使用核酶降解細(xì)胞外DNA，因此具有逃脫NETs介導(dǎo)的捕獲和殺滅的潛在能力，這表明核酸酶在發(fā)病因素中的重要性。然而，核酸酶的抑制有助于清除病原菌，而LL37等抗微生物肽可以在陽離子性質(zhì)的基礎(chǔ)上穩(wěn)定NETs對(duì)抗細(xì)菌核酸酶的降解[21]。人陽離子抗菌肽β防御素-3和人中性粒細(xì)胞防御素-1在保護(hù)中性粒細(xì)胞來源的DNA，防止核酸酶的降解方面有類似的作用[22]。除了使用核酸酶外，大腸桿菌通過產(chǎn)生腸桿菌素抑制中性粒細(xì)胞活性氧的生成、NETs的形成、脫顆粒和吞噬，這是一種兒茶酚酸酯鐵載體，它能分離細(xì)胞內(nèi)鐵和中性粒細(xì)胞中易分解的鐵池[23]。細(xì)菌也適應(yīng)了NETs的其他逃避機(jī)制。例如，銅綠假單胞菌對(duì)NETs的抗性更強(qiáng)，誘導(dǎo)的NETs比金黃色葡萄球菌或大腸桿菌少[24]。雖然NETs的DNA骨架具有對(duì)銅綠假單胞菌的殺菌作用，但病原體通過修飾其外膜表面耐受有害作用。這些感知和防御NETs的能力可能是另一個(gè)重要的免疫逃避機(jī)制。

3 NETs在胃腸道炎癥中的應(yīng)用

中性粒細(xì)胞及其胞外誘捕網(wǎng)在許多類型的炎癥相關(guān)胃腸道疾病中都有重要作用。在這些疾病中，中性粒細(xì)胞的參與在肝臟疾病的模型中得到了最好的研究，如酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)、藥物性肝損傷和缺血再灌注損傷[25]。然而,由于這些模型都與壞死相關(guān)，其中胞外DNA是它們共同的特征，因此NETs與游離DNA為非等價(jià)關(guān)系。事實(shí)上，與中性粒細(xì)胞特異性細(xì)胞內(nèi)分子(如彈性蛋白酶)相關(guān)的染色質(zhì)可以作為NETs的較好證據(jù)。例如，在研究NETs是否通過使用乙酰氨基酚過量小鼠模型參與藥物性肝損傷的發(fā)病機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)在富含DNA的壞死區(qū)域中有嗜中性粒細(xì)胞的積累，但與DNA相關(guān)的彈性蛋白酶未被檢測到，提示NETs并未釋放。事實(shí)上，盡管通過CXC趨化因子受體-2阻斷了中性粒細(xì)胞募集，但依舊有類似水平的細(xì)胞外DNA積累在肝臟中。因此，藥物誘導(dǎo)的肝損傷模型中的DNA沉積不是來源于NETs，而是來自死亡的肝細(xì)胞[26]。髓過氧化物酶和中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶均被報(bào)道在各種肝炎中起到有害作用，包括酒精性脂肪性肝炎和NASH[27-29]，意味著這些中性粒細(xì)胞衍生的調(diào)節(jié)劑對(duì)藥物性肝損傷的發(fā)生有一定的作用，但它們獨(dú)立于NETs而釋放。然而，如果壞死物質(zhì)產(chǎn)生過多，那么NETs的產(chǎn)生可以被掩蓋。

4 NETs與腫瘤進(jìn)展的關(guān)系

中性粒細(xì)胞在腫瘤相關(guān)炎癥和免疫學(xué)中的作用得到了廣泛的關(guān)注，但同樣，結(jié)果也不盡相同。淋巴細(xì)胞比率已被認(rèn)為是肝癌、胰腺癌和結(jié)腸癌等患者預(yù)后不良的獨(dú)立指標(biāo)[30-32]?；颊哐芯亢托∈蟀┌Y模型都提示有兩種嗜中性粒細(xì)胞表型，因此稱為抗腫瘤N1嗜中性粒細(xì)胞和促瘤性N2中性粒細(xì)胞[33-34]。N1中性粒細(xì)胞顯示ROS誘導(dǎo)的直接抗腫瘤以及抗體依賴性細(xì)胞毒素作用。此外，這些中性粒細(xì)胞可以激活CD8+T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，甚至可能存在于腫瘤抗原中[33]。同時(shí)，N2中性粒細(xì)胞被認(rèn)為通過促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的重建、促進(jìn)血管生成和淋巴管生成以及促進(jìn)腫瘤細(xì)胞因子的產(chǎn)生促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[34]。雖然假定中性粒細(xì)胞對(duì)N1或N2表型進(jìn)行極化，但使該過程發(fā)生的具體條件尚不清楚。

越來越多的證據(jù)證明了NETs的形成在腫瘤發(fā)展中起重要作用。然而，NETs形成過程中的抗腫瘤發(fā)生與促腫瘤發(fā)生的作用可能是相輔相成的。例如，MILLRUD等[35]研究顯示，高CD16和低CD62L中性粒細(xì)胞群體的遷移和NETs形成能力的增加，與頭頸部鱗癌患者更好的生存有著密切的聯(lián)系。這些中性粒細(xì)胞和NETs可能殺死腫瘤細(xì)胞，但另一方面，在小鼠中的幾項(xiàng)研究表明，由系統(tǒng)性細(xì)菌感染或外科應(yīng)激引起的血管內(nèi)NETs形成促進(jìn)了肝和肺的腫瘤轉(zhuǎn)移[8，36]。NETs的DNA網(wǎng)狀物捕獲循環(huán)癌細(xì)胞，但不能殺死或損傷這些轉(zhuǎn)移細(xì)胞[8]。血管內(nèi)NETs也增加血管通透性，使癌細(xì)胞從脈管系統(tǒng)滲出。此外，過度富營養(yǎng)化胞外誘捕網(wǎng)通過血管內(nèi)皮鈣黏蛋白降解和β-聯(lián)蛋白信號(hào)通路的激活促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[37]。在另一項(xiàng)研究中，β1整合素在NETs和癌細(xì)胞上的表達(dá)似乎對(duì)循環(huán)癌細(xì)胞與NETs的黏附很重要[38]。在此過程中，抑制NETs的形成將有利于防止癌癥擴(kuò)散。高表達(dá)粒細(xì)胞集落刺激因子的轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞也誘導(dǎo)NETs類似物結(jié)構(gòu)的形成，但其發(fā)生在肺播散后，其重要性不明確[39]。綜上所述，N1和N2中性粒細(xì)胞均可在癌組織中產(chǎn)生NETs，然而，它們的功能似乎不同，癌癥的類型或進(jìn)展程度是否決定其功能尚不清楚。需要進(jìn)一步研究N1和N2中性粒細(xì)胞在NETs形成和功能上的差異。

在胃腸系統(tǒng)中，已經(jīng)證實(shí)胃、腸、肝和胰腺腫瘤的發(fā)生可能與NETs形成有關(guān)[40-44]，因?yàn)樵趯?duì)小鼠癌癥模型或癌癥患者的組織樣本進(jìn)行免疫染色時(shí)，明顯檢測到NETs形成與疾病進(jìn)展密切相關(guān)。在自發(fā)性小腸癌模型中，通過補(bǔ)體C3a過敏性趨化受體的上調(diào)以及補(bǔ)體系統(tǒng)的活性，產(chǎn)生具有N2表型特征的低密度中性粒細(xì)胞[44]。結(jié)腸腺癌患者的組織標(biāo)本顯示在腫瘤中存在NETs以及相關(guān)的轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)。中性粒細(xì)胞和NETs來源于組織因子，在腫瘤微環(huán)境中起到促進(jìn)血管生成活性的作用[43]。

胰腺癌是最致命的惡性腫瘤之一，其中80%～90%的患者在診斷時(shí)已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)胰腺癌細(xì)胞表面存在胞外DNA，這增加了CXCL8的產(chǎn)生，并表明其有助于癌細(xì)胞的侵襲和血管生成。研究表明，通過降低細(xì)胞外DNA和CXCL8的表達(dá)，胰脫氧核糖核酸酶能抑制胰腺癌轉(zhuǎn)移。該研究是少數(shù)NETs抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的例子之一。胰腺癌細(xì)胞可以通過未知的機(jī)制快速誘導(dǎo)NETs形成[45]。此外，在胰腺癌小鼠模型和胰腺導(dǎo)管腺癌患者中都檢測到了NETs形成。通過氯喹對(duì)自噬的抑制作用或?qū)ν砥谔腔K產(chǎn)物受體的基因消蝕作用(RAGE，也稱為GER)，可減少腫瘤微環(huán)境中NETs的形成[41]。尼古丁對(duì)于咽喉、肺、食管、胃、肝、胰臟和膀胱癌是公認(rèn)的危險(xiǎn)因素，通過尼古丁乙酰膽堿受體誘導(dǎo)NETs形成，并依賴Akt和PAD4激活[46]。實(shí)際上，NETs的形成可能促使癌癥發(fā)生，使?jié)撛诘囊种苿┏蔀榘┌Y治療過程中重要的發(fā)展方向。

除了吞噬作用、脫顆粒和氧化劑產(chǎn)生外，中性粒細(xì)胞可以誘捕和殺死病原體也是NETs形成的重要作用。中性粒細(xì)胞通過NETs的形成發(fā)揮抗菌作用，以根除感染。這一過程使肝臟成為體內(nèi)NETs形成的中心器官。一些病原體已經(jīng)獲得了逃避或截獲NETs的抗菌活性系統(tǒng)。因此，了解這些機(jī)制可以在嚴(yán)重感染中發(fā)現(xiàn)有效的治療靶點(diǎn)。NETs相關(guān)分子也可能作為生物標(biāo)志物，并作為胃腸道炎癥、自身免疫和癌癥相關(guān)疾病的治療干預(yù)的靶標(biāo)。然而，與任何免疫調(diào)節(jié)方法一樣，在任何條件下權(quán)衡NETs形成的利弊都至關(guān)重要。作為胃腸道系統(tǒng)中的一個(gè)新興領(lǐng)域，NETs與微生物組之間的關(guān)系也已經(jīng)成熟。