Science ｜中性粒细胞胞外诱捕网降解加快反而加重炎症反应

撰文｜雪月

中性粒细胞是机体抵抗感染的重要先天免疫细胞。面对细菌和真菌时，它们除了直接吞噬病原体，还可以将自身染色质释放到细胞外，与中性粒细胞弹性蛋白酶、髓过氧化物酶等抗菌蛋白共同形成巨大的网状结构，也就是NETs（Neutrophil extracellular traps ）。NETs尤其适合捕获真菌菌丝这类难以被吞噬的大型病原体，因此长期以来被认为是中性粒细胞限制病原体扩散的重要武器。

但NETs同时又是一把“双刃剑”。NET中的DNA和组蛋白本身具有很强的免疫刺激作用，可以作为损伤相关分子模式激活免疫细胞。如果NET释放过多或者清除异常，它们就可能参与自身免疫、感染、血栓以及肺部炎症等多种疾病。正因为如此，过去一个很自然的思路是：如果能让NET更快被降解，或许就可以减轻炎症。然而，NET还有一个长期没有得到很好解释的特征。它释放出来的染色质并不是简单的一团松散DNA，而是由大量互相连接、反复分叉的DNA纤维组成。研究人员于是提出了一个问题：这些复杂的DNA分子到底只是NET形成过程中的副产物，还是具有真正的生物学功能？

来自Francis Crick 研究所的VenizelosPapayannopoulos团队在Science上发表题为RAD51 stabilizes neutrophil extracellular traps to compartmentalize inflammation的文章。该文章发现RAD51通过促进NET染色质分支、增强其稳定性，将促炎DNA/组蛋白限制在感染组织；当NET失稳后，这些碎片进入循环并激活单核细胞IL-6通路，反而加重系统性炎症和嗜酸性气道病理。

研究人员注意到，NET中的DNA并不是简单的线性结构，而是存在大量相互交联的分支。由于RAD51能够在DNA双链断裂修复过程中介导DNA链交换并形成Holliday junction等分支结构，作者推测，NETosis过程中产生的大量ROS可能造成DNA损伤，进一步激活RAD51，并促使NET染色质形成稳定的分支网络。

在实验中，作者首先利用人外周血中性粒细胞诱导NETosis。共聚焦成像发现，随着NET形成，RAD51逐渐进入细胞核并与染色质结合。使用RAD51抑制剂RI-1后，NET本身仍然能够正常形成，但电子显微镜显示其DNA分支和网络密度明显下降，同时对DNase I降解更加敏感。

为了进一步验证RAD51对NET稳定性的作用，研究人员在HoxB8来源的小鼠中性粒细胞中敲低Rad51。结果显示，Rad51降低并不明显影响NET形成，却使NET半衰期从约7.3小时缩短到5.5小时。与此同时，能够识别分支DNA结构的GEN1和RuvC核酸内切酶同样可以加速NET解体，进一步支持DNA分支结构是维持NET稳定性的关键。

研究还发现，不同刺激产生的NET稳定性并不相同。相比PMA，白色念珠菌菌丝和ionomycin能够诱导更高水平的RAD51，并产生更加耐受DNase降解的NET。加入RI-1后，这种稳定性明显下降，说明NET的结构和寿命本身可能是一个可以被免疫系统调控的参数。

按照传统观点，NET具有促炎作用，因此加速其降解似乎应该减轻炎症。然而，作者发现在小鼠烟曲霉肺部感染模型中，RI-1虽然使肺内NET更快消失，并降低IL-1β等局部炎症因子，却让动物体重下降更加明显。进一步分析发现，IL-6、IL-17、IL-13、G-CSF和eotaxin反而升高，同时Th2、Th17反应以及嗜酸性粒细胞浸润增强。

作者发现，RAD51被抑制后，肺内NET虽然迅速破碎，但血浆中的cell-free DNA显著增加。这些来自NET的DNA和组蛋白碎片进入循环后，可以通过TLR4激活经典型单核细胞，并诱导大量IL-6。CCR2缺失小鼠中循环单核细胞减少后，RI-1诱导的IL-6、IL-17和G-CSF升高明显减弱；而在Tlr4缺失小鼠中，异常IL-6反应同样受到抑制。将RI-1处理小鼠的血浆加入人单核细胞，也能够促进IL6表达，而中和组蛋白H3/H4后这一效应明显降低。因此，RAD51实际上建立了一道“炎症屏障”：稳定的NET将DNA和组蛋白等DAMPs限制在感染组织，而不稳定的NET则会快速碎裂，使这些促炎成分进入血液并激活远端免疫反应。

在人类曲霉菌病患者中，作者同样观察到血浆cell-free DNA、IL-6和eotaxin升高。其中cell-free DNA与IL-6呈显著相关，R²约为0.51，与eotaxin也存在相关性，为小鼠实验发现提供了临床相关性支持。最后，作者通过IL-6R阻断进一步证明IL-6并非单纯伴随指标。阻断IL-6R能够抑制RI-1诱导的Th2、Th17反应和嗜酸性粒细胞增加，并显著改善MUC5AC黏液产生和气道阻塞。

这项研究最大的意义，不只是发现RAD51可以稳定NET，而是提出了一个新的炎症调控概念：免疫系统不仅需要控制炎症有多强，还需要控制炎症发生在哪里。稳定NET可能维持一定程度的局部炎症，却能够防止大量染色质DAMPs扩散到循环。因此，对于NET相关疾病而言，“让NET更快消失”未必总是正确的治疗方向。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed9286

制版人： 十一

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

推荐直播

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

点击主页推荐活动

关注更多最新活动！