中性粒细胞在自身免疫疾病中的作用

前言

中性粒细胞是人类中最丰富的免疫细胞，是机体抵御外界微生物的第一道防线。此外，它们也有助于各种生理功能，包括血管生成、凝血和组织修复。最近的研究发现中性粒细胞，特别是中性粒细胞激活后释放的细胞外陷阱，在系统性自身免疫疾病的发生和持续过程中起着中心作用。

然而，由于一些技术挑战，对中性粒细胞的研究尤其困难。再加上中性粒细胞的半衰期很短（通常不到一天），这些技术问题使中性粒细胞生物学领域的研究落后于其他先天性和适应性免疫细胞类型。

目前，随着能够一些新技术的出现，中性粒细胞生物学及其病理学的复杂性现在开始逐渐被人们所理解。事实上，中性粒细胞在几种全身性自身免疫疾病的发病机制中发挥了核心作用。因此，更好地了解中性粒细胞对失调的慢性炎症反应的作用，对于未来开发能够限制这些疾病临床表现的靶向治疗至关重要。

中性粒细胞的生物学

体内稳态

在健康、稳定的条件下，中性粒细胞从骨髓释放到血液中，通常在人类和小鼠体内循环不到一天。他们被释放后的命运仍然是一个有争议的问题，可能取决于宿主的炎症状态。在血液循环期间，中性粒细胞的表面标记物表达和蛋白载量随着生命周期的增长而变化，例如趋化因子受体CXCR4。

事实上，在体内稳态的条件下，一些组织被中性粒细胞浸润，特别是脾、肺和肝。在这些组织中的中性粒细胞可能作为哨兵，随时准备对入侵微生物作出反应，并受到局部微环境的激发。

老年中性粒细胞CXCR4表达上调可使其滞留在骨髓和淋巴组织中，并被巨噬细胞吞噬作为清除机制。这一周期明显受昼夜节律控制，骨髓中性粒细胞清除的节律控制由时钟基因以细胞内方式调节，但也受到糖皮质激素信号和细菌代谢物等外部因素的影响。随着细胞年龄的增长，中性粒细胞产生更高水平的活性氧（ROS），与骨髓中新释放的中性粒细胞相比，形成细胞外陷阱（NET）的趋势增加。这种节律也反映在疾病状态中，如类风湿性关节炎，以及心血管事件的风险通常在早上更严重，这可能至少部分由中性粒细胞生物学的这些昼夜变化所驱动。

异质性

最近，人们发现了一些中性粒细胞亚群，例如高水平表达I型干扰素刺激基因（ISG）的中性粒细胞。此类干扰素反应亚群在重度新冠肺炎患者中扩大，表明它可能与疾病病理学有关。值得注意的是，干扰素诱导的中性粒细胞在女性中的ISG表达水平高于男性，这种性别差异可能与女性对许多系统性自身免疫性疾病风险的强烈偏差有关。最近的一项研究支持了这一观察结果，该研究表明，年轻成年女性中的中性粒细胞比年轻成年男性的更成熟、更活跃，从而对各种细胞因子的刺激产生更大的反应，并增加了形成NETs的趋势。

此外，在某些炎症条件下，人们发现了一种称为低密度粒细胞（LDG）的促炎症中性粒细胞亚群。这些细胞具有不同于正常中性粒细胞的致病表型和功能。例如，LDG产生较高水平的某些细胞因子，包括I型干扰素，并且容易增加NET形成，并伴有血管病变和免疫刺激特征。

效应器功能

当中性粒细胞遇到危险信号时，它们根据其表面受体组成和细胞内蛋白质含量以不同的方式作出反应。中性粒细胞活化具有不同的功能作用，包括迁移到组织中，中性粒细胞可以释放颗粒内容物，如中性粒细胞弹性蛋白酶、胶原酶和溶菌酶，破坏细胞外基质并攻击入侵的病原体。

中性粒细胞使用几种策略来抑制和杀死微生物。杀灭微生物的一个核心作用是吞噬，中性粒细胞将微生物吞噬与细胞内溶酶体融合，产生吞噬溶酶体，在受控条件下杀死并降解入侵的病原体。中性粒细胞的胞内小泡储存着各种细胞毒性酶、蛋白质和肽，这些酶和蛋白可随时释放到吞噬小体中。中性粒细胞反应的另一个组成部分是NADPH氧化酶机制的激活，它通过产生高度反应性的超氧阴离子，可以破坏许多结构。

中性粒细胞胞外陷阱

NETs由核和颗粒组成，可截留和杀死真菌、细菌和病毒。通常，NET的形成涉及中性粒细胞的程序性细胞死亡，但也可以在不影响细胞膜完整性或中性粒细胞立即死亡的情况下进行。NET的生成可由各种刺激物引发，包括微生物、细胞因子、免疫复合物、自身抗体、晶体、化学物和血小板。

暴露于这些信号后，最终导致中性粒细胞骨架的分解，组蛋白染色质的解聚和瓜氨酸化，以及在基因组和线粒体DNA的DNA支架上组装内容物，如髓过氧化物酶（MPO）和中性粒细胞弹性蛋白酶。这一过程通常取决于NAPDH氧化酶机制和/或线粒体ROS的产生以及细胞周期蛋白，如CDK4和CDK6，它们促进了NET形成的几个下游效应。

中性粒细胞在自身免疫疾病中的作用

多年来，系统性自身免疫性疾病主要与适应性免疫反应缺陷相关，但过去几十年的研究强调了各种先天免疫细胞和I型干扰素途径在几种系统性自体免疫性疾病中的重要作用。中性粒细胞在系统性自身免疫的发病机制中有许多关联作用。

系统性红斑狼疮

系统性红斑狼疮（SLE）是一种全身性自身免疫性疾病，其特征是对核酸和其他核和细胞内成分的自身反应，I型干扰素反应增强，女性更明显。其特点是与许多器官的广泛炎症有关，包括肾脏、滑膜关节、皮肤、肺、心脏和血管。这种疾病的病因尚未完全了解，但它被认为是一个由遗传、表观遗传、环境和激素因素综合驱动的多因素过程。

与健康对照组相比，SLE患者的中性粒细胞数量发生明显改变，随着病情恶化，中性粒细胞特异性基因表达增加。有证据表明，SLE相关中性粒细胞有吞噬细胞清除受损、凋亡增加和氧化代谢异常。特别是，SLE患者循环中LDG增加，SLE患者的LDG在体外形成NET的能力增强，与正常中性粒细胞的NET相比，这些NET含有更高水平的修饰自身抗原和免疫刺激分子。

除了在SLE中观察到过多的NETs形成外，还有证据表明，相当一部分患者血清中降解这些结构的能力受损。通常，DNASE1和DNASE1L3参与循环和组织中DNA的降解。在相当大比例的SLE患者中，不同群体的患者表现出这些核酸酶的水平和/或功能异常，导致NET降解受损。

总的来说，增加NET形成和减少NET降解可导致这些结构的水平增加，增加修饰的自身抗原的暴露并促进组织损伤。此外，当NET在组织中积累时，它们可以通过胞内Toll样受体和其他细胞内传感器激活B细胞和浆细胞样树突状细胞，进一步促进炎症信号通路。NETs中与DNA结合的免疫刺激分子，如IL-33、HMGB1和LL37，进一步增强了这种信号传递。

类风湿性关节炎

类风湿性关节炎是最常见的全身性自身免疫性疾病，它主要影响滑膜关节，如果治疗不当会导致严重残疾，通常也会影响关节外组织，如肺和血管系统。约70%的类风湿关节炎患者存在抗瓜氨酸化蛋白质抗体（ACPA），ACPA对类风湿性关节炎具有高度特异性，可以在关节中形成致病性免疫复合物，促进炎症和骨侵蚀。

中性粒细胞是瓜氨酸化抗原的主要来源，因为它们产生酶，如PAD4，催化精氨酸修饰为瓜氨酸。在类风湿关节炎患者的炎症关节中，尤其是在疾病早期，中性粒细胞大量存在，并可局部释放NETs。

PAD酶以活性形式存在于NETs中，可在类风湿性滑膜中检测到。类风湿关节中的蛋白瓜氨酸化也可能涉及中性粒细胞衍生的膜溶解蛋白，如穿孔素和膜攻击复合物，这些蛋白会产生孔隙。在滑膜中，包括瓜氨酸化蛋白在内的NET产物可以被成纤维样滑膜细胞内吞，它上调MHC II类分子并向CD4+T细胞提供NET衍生肽，从而与类风湿关节炎的适应性免疫反应建立联系。此外，NET衍生的中性粒细胞弹性蛋白酶可以破坏软骨的结构并促进其瓜氨酸化，这可以通过提高其免疫原性和自身抗体生成来导致滑膜炎症。

总的来说，中性粒细胞似乎在风湿性关节炎中起着中心炎症作用，无论是在关节层面，还是在其他组织中。它们可能在通过NET形成启动和维持自身抗原暴露方面发挥作用。

ANCA相关性血管炎

抗中性粒细胞胞浆抗体（ANCA）相关性血管炎（AAV）是一类自身免疫性疾病，由血管壁中白细胞的浸润和激活引起血管炎症。ANCA不同于其他类型的血管炎，其特征是小血管的全身炎症，通常影响肺和肾。

与SLE相似，AAV患者中性粒细胞合成NETs的能力增强。此外，与SLE一样，携带组蛋白和各种基质金属蛋白酶的NET的释放会进一步损害内皮细胞，导致血管的炎症恶性循环。在动物研究中，通过阻止PAD4介导的NET形成，可以降低疾病的严重程度。此外，在临床试验中，外周血中的LDG水平与疾病严重程度相关。总的来说，有明确证据表明中性粒细胞与AAV的发病机制有关。

特发性炎性肌病

特发性炎性肌病（IIM）是一类影响儿童和成人的异质性自身免疫性疾病，通常表现为肌肉无力，但也会对皮肤、关节、肺和心脏造成损害。在这些患者中通常发现针对各种分子的自身抗体，包括转运RNA、黑色素瘤分化相关蛋白5（MDA5）、转录中介因子1（TIF1）或信号识别颗粒，从而产生不同的疾病亚型。

最近的研究发现，中性粒细胞与几种类型的肌炎的发病机制有关。在IIM患者的循环和肌肉组织中检测到各种中性粒细胞特异性分子的水平增加，如中性粒细胞弹性蛋白酶、PRTN3和丝氨酸蛋白酶。特定类型IIM患者的循环NET水平增加与特定疾病表现和严重程度有关。此外，肌炎特异性自身抗体，包括MDA5抗体，可以在体外直接诱导NET形成。总体而言，这些观察结果表明，失调的中性粒细胞途径可能在肌炎中起致病作用，包括诱导自身免疫反应和组织损伤。

抗磷脂抗体综合征

抗磷脂抗体综合征（APS）是一种全身性自身免疫性疾病，其特征是反复妊娠失败、产科并发症和血栓事件的高风险，与各种抗磷脂抗体的存在相关，可影响大多数器官系统。APS可以单独存在，也可与其他自身免疫性病如SLE有显著重叠。

APS患者中的中性粒细胞具有炎症表型，ISG上调，表面粘附蛋白表达增加，包括P-选择素糖蛋白配体1（PSGL1），通过增强中性粒细胞与血管壁内皮细胞的结合，促进血管血栓的形成。血管系统中NET的形成可促进血小板聚集并形成血栓支架，进一步损害内皮细胞并促进粘附分子的上调。

靶向中性粒细胞的免疫治疗

目前用于多种疾病的几种治疗药物可能直接或间接广泛改变中性粒细胞功能。其中包括中和细胞因子（如TNF、IL-17和G-CSF）的抗体，以及其他可抑制中性粒细胞趋化性和/或活化的促炎分子（如C5a）。其他可针对特定或更广泛中性粒细胞功能的药物包括CXCR2抑制剂、JAK抑制剂、各种环氧合酶（COX）抑制剂、包括阿司匹林和非甾体抗炎药以及抗疟药物如羟基氯喹。这些药物可以减少中性粒细胞的活化、细胞因子的产生、NET的形成和迁移，因此可能通过靶向中性粒细胞介导它们的一些治疗效果。

抑制NET的形成是一种特别有吸引力的策略。NETs中丰富的组蛋白已被证明具有直接致病作用，阻断H4可能是一种有吸引力的新策略，可以减少中性粒细胞活化并改善心血管状态。GSDMD是一种孔形成蛋白，靶向GSDMD的复合二硫仑在针对新冠肺炎患者中性粒细胞的临床试验中显示了疗效（NCT04485130）。此外，泛PAD或PAD4酶抑制剂在一些实验模型成功改善了疾病表现，已证明可以抑制人中性粒细胞在体外的激活。

降低中性粒细胞动员钙的能力是另一种可能改变PAD活性的策略。钙调神经磷酸酶抑制剂，如环孢霉素A和他克莫司，已在SLE中显示出有益的多因素作用，包括对中性粒细胞的作用。针对致病性NET产物，如中性粒细胞弹性蛋白酶，也在小鼠模型中显示出疗效，但尚未在自身免疫疾病的人体试验中进行测试。针对NET产物的另一个策略是使用DNA酶破坏和清除DNA结构。狼疮小鼠模型在用DNase治疗后产生较少的自身抗体并延迟死亡率。然而不幸的是，使用重组DNASE1的临床试验对狼疮肾炎患者没有显示出临床效果。然而，可能使用不同的核酸酶进一步探索这一策略。

此外，线粒体功能障碍和ROS过度产生也是潜在的药物靶点。使用抑制剂（如N-乙酰半胱氨酸）中和ROS或抑制MPO酶功能可用于减少SLE、AAV或其他自身免疫疾病中的致病性NET产物。idebenone 和mitoQ以线粒体功能障碍为靶点，减少NET的形成，并能够减轻狼疮小鼠模型的临床症状。

总的来说，有几种策略可能针对中性粒细胞的活化和失调，值得进一步研究。

小结

过去十年来，越来越多的证据支持中性粒细胞在各种炎症条件下发挥重要作用。它们通过攻击组织、创造炎症环境和形成新表位，在引发和维持自身免疫性疾病方面起着核心作用。此外，现在人们越来越认识到，中性粒细胞的功能和多样性比以前认为的更为不同，健康和疾病中特定中性粒细胞状态的定义将是一个重要的研究领域。

此外，对中性粒细胞生物学的研究也促进了我们对性别、年龄和遗传差异如何影响疾病风险和严重程度的理解。除了提供诊断疾病的新工具外，还可以提供有趣的生物学信息。未来的研究应侧重于进一步阐明中性粒细胞在特定疾病中的作用。可以相信，未来对中性粒细胞生物学的最新研究进展将产生越来越多的新型治疗策略，从而使患者受益。

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