许多人说，细胞是人体的最基本单位，细胞不健康就没有身体健康，只有细胞健康才有身体健康。这话表面上很对，其实存在很大错误，有时候细胞活的太好可能会带来身体不健康，而细胞有序死亡才意味着健康。许多细胞恰好就是用自身死亡来维护身体整体健康的。免疫细胞发挥作用的方式主要是面对病原，但病原往往非常强大，为了攻击和破坏病原，免疫细胞利用吞噬、毒杀、缠绕等手段，为了实现其功能，不惜以身相许。更难得可贵的，中性颗粒细胞为了这样的使命，会死亡二次。

中性粒细胞是最早从血液中募集来对抗感染的免疫细胞。它们以多种方式积极防御病原体，包括通过吃微生物、用活性氧杀死它们以及释放炎症信号。中性粒细胞是一种毒性极强的免疫细胞，甚至对它们自身也是如此，因此寿命有限——它们已经准备好死亡。然而，即使在死气沉沉的状态下，中性粒细胞仍在继续抵抗感染。垂死的中性粒细胞可以释放其 DNA，从而形成粘性中性粒细胞胞外陷阱 （NET），以捕获附近的病原体。这种细胞死亡过程 NETosis 是由多种机制导致钙离子流入细胞的结果，包括通过 gasdermin D 孔（焦亡细胞死亡）或 MLKL 孔（坏死性细胞死亡），从而激活蛋白精氨酸脱亚胺酶 4 （PAD4）。然后，这种激活的 PAD4 将组蛋白中带正电荷的精氨酸残基转化为中性瓜氨酸，这一过程称为瓜氨酸化。这种变化导致 DNA 从组蛋白中解脱出来，随后该 DNA 从细胞中挤出 。在细胞外空间中，由于 DNA 的负电荷，病原体可能会卡在 NET 中（图 1）。

图 1.中性粒细胞从细胞凋亡到NETosis的进展。

当健康的中性粒细胞接受凋亡、坏死性凋亡或焦亡刺激时，细胞将在膜上打开一个孔（分别为 GSDME、MLKL 或 GSDMD）。这些孔允许钙流入，导致 PAD4 激活，从而将组蛋白中带正电荷的精氨酸残基转化为带中性电荷的瓜氨酸。这导致 DNA 从组蛋白中解脱出来。如果有足够的时间，PAD4 活性会导致中性粒细胞在 NETosis 过程中挤出其 DNA，形成中性粒细胞胞外陷阱 （NET）。因此，NETosis是发生在中性粒细胞中的第二次死亡，这些中性粒细胞尚未随着时间的推移而清除。

在本期《科学进展》中，Zhu 等人研究了细胞凋亡引发中性粒细胞发生 NETosis 的能力。作者表明，凋亡信号传导导致一种称为gasdermin E（GSDME）的成孔蛋白的开放。这导致大量钙流入，激活 PAD4，从而驱动 NETosis。因此，作者将细胞凋亡与NETosis联系起来，这两种途径以前被认为是独立的。当与先前的研究相结合时，作者得出结论，多种中性粒细胞调节的死亡途径会收敛于NETosis。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj1397

Zhu等人首先用多种诱导细胞凋亡的刺激刺激中性粒细胞。有趣的是，作者注意到广泛的组蛋白瓜氨酸化，这表明细胞凋亡和NETosis之间存在联系。这种瓜氨酸在PAD4缺陷的中性粒细胞中丢失。然后，作者使用流式细胞术对垂死的中性粒细胞进行研究其形态。他们使用了四种不同的染色剂以及细胞大小和粒度的测量值，所有这些都通过降维进行分析，然后是自动聚类，最后是反向门控，将细胞分类为含有DNA或已经挤出DNA，以显示细胞凋亡的标志物和/或膜通透性的标志物。他们得出结论，中性粒细胞向无核DNA状态（细胞质体）转变，这个过程需要PAD4。

然后，作者建立了细胞凋亡信号转导和PAD4激活之间的机制联系。细胞凋亡刺激被证明会导致膜通透。同时，这些细胞允许钙进入，已知钙对 PAD4 的瓜氨酸化活性至关重要。已知凋亡半胱天冬酶可以裂解，从而激活成孔分子 gasdermin E （GSDME），作者推测这是钙进入中性粒细胞导致 NETosis 的渠道。在细胞凋亡刺激后，作者发现，与WT对照组相比，GSDME缺陷的中性粒细胞未能增强组蛋白瓜氨酸化。接下来，通过流式细胞术和活细胞成像，作者证明GSDME缺陷的中性粒细胞启动细胞凋亡，但挤出DNA形成细胞质体的能力较差。虽然这些GSDME缺陷的中性粒细胞没有完成细胞凋亡，但它们确实表现出改变的形态。总体而言，作者将以前被认为是独立的两种细胞死亡途径联系起来：细胞凋亡和NETosis。

如前所述，PAD4 通过组蛋白瓜氨酸化引起 NETosis 。由于早期研究表明 PAD 家族酶可增加染色质可及性以促进基因转录，因此作者研究了 PAD4 瓜氨酸是否使基因组的特定区域化。他们发现，在稳态下，大多数组蛋白瓜氨酸化发生在基因密集区域，但在用凋亡刺激处理的细胞中分布更均匀。虽然这种模式很有趣，但考虑到中性粒细胞的寿命很短，几乎可以肯定的是，未受刺激的对照组中有一部分正在发生细胞凋亡。作者没有从静息的未受刺激组中去除垂死的中性粒细胞，这可能会使对照组的结果产生偏差，并导致检测到比健康新中性粒细胞中通常存在的瓜氨酸化水平更高的水平。因此，虽然这些结果很有趣，但可能需要进一步的工作来确认PAD4创建表观遗传程序的生理相关性。未来的工作需要解释PAD4如何在细胞死亡开始之前和细胞死亡过程中发挥作用。

总体而言，Zhu等人已经证明，中性粒细胞经历了两次受调节的细胞死亡。首先，中性粒细胞启动凋亡信号传导并驱动细胞凋亡。如果凋亡性中性粒细胞没有及时清除，那么它有时间打开 GSDME 孔，导致 PAD4 激活，从而导致 NETosis 作为第二个死亡过程。虽然本文关注的是中性粒细胞，但细胞凋亡是一种常见的细胞死亡途径。多种细胞类型含有其他 PAD 酶，并且与 PAD4 类似，也可能在细胞凋亡后激活。这可能意味着，如果没有迅速清除凋亡细胞，许多不同的细胞类型会经历生物学相关的蛋白质瓜氨酸化。因此，Zhu等人提供了一种研究PAD酶的新范式。PAD酶的生物学功能可能在传统上认为细胞“死亡”之后发生。相反，对于PAD4来说，死亡只是一个开始——如果需要，中性粒细胞可以通过NETosis再次死亡。