资料来源：赛业生物订阅号 2024年07月24日 17:54 广东

细胞因子风暴综合征（Cytokine Storm Syndrome, CSS）是一种致命的全身性炎症反应综合征，诱发因素包括感染、药物、肿瘤和自身免疫疾病等。其特点是免疫细胞过度激活并大量释放促炎因子。中性粒细胞是体内最丰富的白细胞。传统观点认为它们是炎症反应失控、加剧组织损伤的主要因素，其数量增加通常预示CSS的不良预后。然而，最新研究表明，中性粒细胞也可能在免疫抑制和组织修复中发挥重要作用。这些细胞高度动态，能迅速聚集到炎症部位，与其他免疫细胞和非免疫细胞进行互动。尽管如此，目前对细胞因子风暴中这些细胞相互作用的生物学效应仍不完全了解。

2024年5月14日，上海交通大学医学院上海市免疫学研究所王静团队和上海交通大学医学院附属瑞金医院麻醉科罗艳团队在《Cellular & Molecular Immunology》杂志上发表了一篇题为“Neutrophil–macrophage communication via extracellular vesicle transfer promotes itaconate accumulation and ameliorates cytokine storm syndrome”的研究论文。该研究发现，在细胞因子风暴综合征中，中性粒细胞通过释放细胞外囊泡与巨噬细胞进行交流，这一过程促进了巨噬细胞中抗炎代谢物衣康酸的积累，进而减少了巨噬细胞促炎因子的产生，从而抑制了细胞因子风暴的进展。

图片来源：《Cellular & Molecular Immunology》

（https://www.nature.com/articles/s41423-024-01174-6）

研究材料与方法

在这项研究中，研究人员构建了小鼠CSS模型，通过活体成像观察细胞因子风暴的发生发展、中性粒细胞产生胞外囊泡的过程，以及中性粒细胞外泌囊泡在体内的分布和靶细胞；体外研究则获取小鼠及人中性粒细胞实验进行机制分析，包括bulk RNA-seq和代谢组学分析，并通过Irg1敲除小鼠（赛业生物提供，产品编号：S-KO-02679）加以验证。

技术路线

研究结果

1 细胞因子风暴动物模型的建立和分析

本研究首先建立了小鼠细胞因子风暴模型，主要采用了TLR激动剂造模方法，即先后注射TLR3激动剂（Poly I:C）和TLR4激动剂（LPS），小鼠表现为系统性的高炎症反应，与人类sHLH临床表现相似，其常诱发细胞因子风暴综合征。分析发现在细胞因子风暴的发生发展过程，巨噬细胞显著活化且发生大量细胞死亡，是促炎因子的主要来源；巨噬细胞清除非常显著改善小鼠在细胞因子风暴中的生存；以上表明巨噬细胞是细胞因子风暴中的主要致病细胞类型（图1）。

图1 细胞因子风暴中巨噬细胞的时空动态变化^[1]

2 中性粒细胞在细胞因子风暴中的抑炎保护性作用

通过注射Ly6G中和抗体清除中性粒细胞，却发现CSS造模小鼠的生存率和生存时间显著下降，巨噬细胞死亡数目显著增加，循环细胞因子的水平显著增加；反之，输注中性粒细胞显著改善小鼠的生存状况，且显著降低循环细胞因子的水平；以上表明中性粒细胞在细胞因子风暴发挥保护性作用（图2）。

图2 中性粒细胞在细胞因子风暴中具有保护作用^[1]

3 中性粒细胞分泌NDEV抑制巨噬细胞促炎因子表达

通过活体成像观察中性粒细胞在造模小鼠体内的动态，发现有大量的中性粒细胞来源的囊泡（Neutrophils derived extracellular vesicle, NDEV）产生，且多被巨噬细胞吞噬（图3）；之后研究人员建立一系列体外实验系统，分析中性粒细胞调控巨噬细胞的机制，发现中性粒细胞通过产生NDEV调控巨噬细胞炎症反应，抑制巨噬细胞促炎因子的表达；随后通过NDEV体外标记和体内示踪技术，发现输注的NDEV多被巨噬细胞吞噬，即NDEV调控的主要靶细胞为巨噬细胞（图4）；以上结果表明中性粒细胞通过分泌NDEV抑制巨噬细胞促炎因子的产生，进而在细胞因子风暴综合征中发挥保护性作用。

图3 细胞因子风暴期间中性粒细胞产生大量囊泡且被巨噬细胞吞噬^[1]

图4 中性粒细胞通过外泌囊泡抑制巨噬细胞炎症反应^[1]

4 NDEV增加巨噬细胞的衣康酸水平发挥抑炎特性

代谢组学分析发现NDEV处理可增加巨噬细胞的抗炎代谢物衣康酸的水平（图5）；并且NDEV处理和外源添加衣康酸衍生物OI引起炎性巨噬细胞高度相似的转录组变化；使用Irg1敲除的巨噬细胞（来自Irg1敲除小鼠，赛业生物提供，产品编号：S-KO-02679），即无法合成衣康酸的巨噬细胞，发现NDEV对这些巨噬细胞的抑炎效果显著下降（图6）；以上表明NDEV调控巨噬细胞炎症反应部分依赖于巨噬细胞的抗炎代谢物衣康酸。

图5 NDEV处理增加巨噬细胞内衣康酸水平^[1]

图6 巨噬细胞内源性衣康酸是NDEV抑制巨噬细胞炎症反应的靶点^[1]

5 NDEV抑制巨噬细胞衣康酸分解代谢

衣康酸的分解代谢酶SUC，由Suclg1编码，在NDEV处理后的炎性巨噬细胞内，其RNA表达和蛋白表达水平均下调；NDEV携带的miR-27a-3p经双荧光素酶实验验证可靶向巨噬细胞的Suclg1 mRNA并促进其降解；并且NDEV确实携带大量miR-27a-3p；这些结果暗示了NDEV携带miR-27a-3p下调巨噬细胞衣康酸分解代谢酶SUC，进而实现衣康酸累积（图7）。

图7 NDEV抑制巨噬细胞衣康酸分解代谢^[1]

总之，本研究阐明了中性粒细胞在细胞因子风暴中发挥抑炎保护性作用的机制（图8），即中性粒细胞通过产生胞外囊泡，携带miR-27a-3p下调促炎性巨噬细胞SUC表达，介导巨噬细胞内源性衣康酸因分解代谢减弱而增加；衣康酸作为抗炎代谢物，可显著下调巨噬细胞中IκBζ、NF-κB等多个炎症信号通路，进而抑制巨噬细胞促炎因子的表达，由此中性粒细胞在细胞因子风暴中发挥抑炎保护性作用。

图8 中性粒细胞在细胞因子风暴中发挥保护性作用的机制示意图^[1]

研究结论

总体而言，这项研究表明中性粒细胞通过胞外囊泡与巨噬细胞通信，调控巨噬细胞中抗炎代谢物衣康酸的水平，促进巨噬细胞的抗炎代谢重编程，这一发现提示我们可以通过靶向中性粒细胞胞外囊泡来开发治疗过度炎症的新策略。

参考文献

[1]Kang H,Liu T,Wang Y,Bai W,Luo Y,Wang J. Neutrophil-macrophage communication via extracellular vesicle transfer promotes itaconate accumulation and ameliorates cytokine storm syndrome. Cell Mol Immunol. 2024.