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氢气作用的新靶点:中性粒细胞胞外杀菌网络 精选

已有 4219 次阅读 2022-1-15 12:44 |系统分类:科普集锦

日本东京庆应义塾大学氢分子医学中心是氢气医学研究最活跃的小组,最近该团队佐野元昭教授等在JACC: Basic to Translational Science发表研究论文,提出氢气抗炎症作用是抑制了中性粒细胞胞外杀菌网络

研究亮点

1、中性粒细胞胞外陷阱NETs中性粒细胞胞外杀菌网络被认为是治疗败血症、急性呼吸系统疾病综合征、COVID-19和心血管疾病等情况下的炎症和血栓性组织损伤的靶点。

2、氢气已被临床和实验证明可以改善炎症。然而,氢气抗炎症的潜在分子机制尚不清楚。与对照组中性粒细胞相比,暴露于氢气的PMA刺激的人中性粒细胞表现出组蛋白瓜氨酸化和NET组分释放减少。在机制方面,氢气介导的次氯酸根中和作用在氧化过程中产生抑制DNA损伤。

3、吸入氢气可抑制脂多糖诱导的小鼠和老年小型猪脓毒症患者血液中NET组分的形成和释放,并抑制BAL的生成和释放。

4、氢气疗法可能是一种新的炎症治疗策略,这种作用可能是阻断过度中性粒细胞活化相关的NETs炎症性疾病。

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中性粒细胞胞外陷阱(NETs)中性粒细胞胞外杀菌网络在许多情况下有助于炎症发病,炎症几乎是人类所有疾病的共同病理生理过程,NETs各种传染病和心脑血管疾病都有表现,作为潜在的抗炎症治疗靶点引起了人们的关注。

氢气作为一种抗氧化剂,临床和实验证明可以改善炎症。本研究旨在探讨氢气是否能抑制NET的形成和过度的中性粒细胞活化。从健康志愿者血液中分离的中性粒细胞,用PMA或钙离子载体A23187在氢气暴露或对照介质中刺激。结果发现,与对照组相比,PMA-a23187刺激的人中性粒细胞暴露于氢气后,中性粒细胞聚集、组蛋白瓜氨酸化、染色质复合物破坏膜,以及NET组分的释放都被移植。CXCR4高中性粒细胞极容易发生NETs,氢气抑制H2AXSer-139的磷酸化,H2AXDNA损伤的标志,因此是氢气抑制了CXCR4表达的诱导。与经典抗氧化剂NAC和抗坏血酸一样,氢气抑制髓过氧化物酶的氯化活性和活性氧的产生,同时在PMA刺激的中性粒细胞中显示出比这些抗氧化剂更强的抑制NET形成的能力。虽然A23187以活性氧不依赖的方式形成NETs,但氢气抑制了A23187诱导的NET的形成,这可能是通过直接抑制肽基精氨酸脱氨酶4介导的组蛋白瓜氨酸化。氢气吸入可抑制脂多糖诱导的脓毒症动物模型(小鼠和老年小型猪)血液和支气管肺泡灌洗液中NET组分的形成和释放。上述研究结果表明,氢气可能是一种新的抗炎症治疗策略,这种作用与中性粒细胞活化相关NETs被氢气显著抑制有关。

氢思云:氢气能抑制中性粒细胞胞外杀菌网络这种新现象当然值得鼓励,但是也给我们再次提醒,中性粒细胞胞外杀菌网络虽然在炎症疾病中发挥负面作用,但对于免疫系统对抗细菌病毒感染时具有重要作用,这个现象的名称就能说明其功能,这是免疫细胞直接绞杀细菌的基本功能,如果这个功能被抑制,会不会增加细菌感染的机会。这也就是我一直提醒大家的一个问题,虽然传统观点认为氢气对人安全,但氢气生物学效应越来越多被发现,这些效应也说明氢气可能存在负面效应的可能。

以下是数年前在科学网上介绍NET的有关文字,当时国际上对这一现象研究并不多,今天已经成为重要研究方向。

中性粒细胞是人们非常熟悉的一种白细胞。在瑞氏(Wright)染色血涂片中,中性粒细胞(neutrophilicgranulocyte)胞质呈无色或极浅的淡红色,有许多弥散分布的细小的(0.20.4微米)浅红或浅紫色的特有颗粒。细胞核呈杆状或25分叶状,叶与叶间有细丝相连。其颗粒表面有一层膜包裹,可分14型,颗粒中含髓过氧化物酶(myeloperoxidase)、酸性磷酸酶、吞噬素(phagocytin)、溶菌酶、β葡糖苷酸酶、碱性磷酸酶等。中性粒细胞具趋化作用、吞噬作用和杀菌作用。

中性粒细胞在血液的非特异性细胞免疫系统中起着十分重要的作用,它处于机体抵御微生物病原体,特别是在化脓性细菌入侵的第一线,当炎症发生时,它们被趋化性物质吸引到炎症部位。由于它们是借糖酵解获得能量,因此在肿胀并血流不畅的缺氧情况下仍能够生存,它们在这里形成细胞毒存在破坏细菌和附近组织的细胞膜。由于中性粒细胞内含有大量溶酶体酶,因此能将吞噬入细胞内的细菌和组织碎片分解,这样,入侵的细菌被包围在一个局部,并消灭,防止病原微生物在体内扩散。当中性粒细胞本身解体时,释出各溶酶体酶类能溶解周围组织而形成脓肿。

中性粒细胞受细菌产物、抗原抗体复合物等作用时,细胞的颗粒内容物向细胞外释放。释出的酸性蛋白酶和中性蛋白酶,可以分解血管基膜、肾小球基膜、结缔组织的胶原蛋白与弹性蛋白以及血浆中的补体C5C15和激肽原等。其分解产物有的又是中性粒细跑趋化因子,能吸引更多的中性粒细胞。中性粒细胞释放的物质中,还有嗜酸性粒细胞趋化因子、中性粒细胞不动因子(NIF)、激肽酶原、血纤维蛋白溶酶原、凝血因子、白三烯等。

长期以来,人们认为中性粒细胞杀灭细菌的方式主要有两种,一是依靠吞噬,另一个依靠分泌可以杀灭细菌的分泌物。

2004年,科学家发现中性粒细胞杀灭细菌的第三种功能中性粒细胞胞外陷阱(NETs被激活的中性粒细胞形成细胞外网络NETs,利用NETs,中性粒细胞可以在杀灭细菌的同时最大限度地减少对机体的伤害。在体外研究中,用十四烷酸乙酸大戟二萜醇酯(佛波醇PMA) 、白细胞介素8LPS激活中性粒细胞,并释放出颗粒蛋白和染色体,形成细胞外纤维矩阵,这种可以杀灭细菌的细胞外纤维矩阵被称为细胞外网络或细胞外捕获。在这些激活过程中,活性氧似乎可以发挥重要调节作用。这个现象看上去和渔民撒网捕鱼很类似,只不过细胞是把自己的细胞核吐出去贡献出核酸来把细菌网住。

NETs利用中性白细胞弹性蛋白酶和组蛋白解除细菌武装。利用免疫荧光化学方法证实,NETs的成分十分复杂,例如嗜苯胺蓝颗粒(弹性蛋白酶、组织蛋白酶G和髓过氧化物酶)、特异性颗粒(乳铁蛋白)和三级颗粒(白明胶酶)内蛋白,但不包括CD63、肌动蛋白actin和微管蛋白tubulin等细胞内蛋白。NETs的重要功能是提供一个高浓度杀菌物质微环境,可以通过结合、缓冲和直接杀灭细菌,这种功能不依赖吞噬过程。除了具有杀菌作用以外,NETs可以建立物理屏障,限制病原的扩散,而通过NETs输送颗粒蛋白可以减少蛋白酶扩散到周围组织,减少炎症周围组织被破坏。

利用高分辨率扫描电子显微镜证明,NETs分别由15-17 纳米直径DNA25纳米直径颗粒蛋白形成的骨架网络。这些纤维结构可以进一步聚集形成50纳米的线状结构。不过,在流动环境下,NETs可以形成更大更复杂的结构。

最近研究发现,除细菌以外,真菌如白色念珠菌也可以诱导NETs处理菌丝和菌体细胞,NETs和儿童恶性疟原虫感染也存在关系。NETs引起的组蛋白也可能参与自身免疫性疾病如系统红斑狼疮的病理生理过程。也可能在其他炎症性疾病中发挥作用,如在子痫和脓毒症后肺毛细血管和肝静脉窦血管内存在这样的改变。血管内NETs形成主要受到血小板的调节,血小板首先通过TLR4感受到严整的感染,然后和中性粒细胞结合形成NETs。血小板诱导的血管内NETs形成速度非常快,可以在数分钟内发生,但不会导致中性粒细胞死亡。血管内NETs可以捕获血液循环中的细菌,这种捕获细菌的过程已经获得在体内外图象的直接证据。总之,中性粒细胞细胞外网络可能在感染、炎症和血栓性疾病中具有重要意义。

生物系统的神奇之一就在于相互制约,有杀戮就有反抗。高等生物应对感染的手段总会被某些聪明的细菌采用特定手段化解。病原菌对先天免疫系统具有不同抗性。相对于NETs依赖性杀灭途径,部分病原菌,如A型链球菌和肺炎链球菌则对NETs的依赖杀灭途径表现出抗性。迄今研究表明,病原菌可通过核酸酶、多糖荚膜、丙氨酰脂磷壁酸、唾液酸化聚糖分子模拟物和b羟基丁酸等途径逃避NETs捕杀,增强致病力。




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