Nature：MICL调控中性粒细胞NET形成的机制——为自身免疫疾病治疗提供新思路
来源：生物探索 2024-09-12 12:02
本研究发现受体MICL能够调控自免疫疾病中中性粒细胞的活化，一些自免疫疾病病人体内产生过多的MICL抗体，抑制了MICL的功能，导致中性粒细胞持续活化，打破了机体的免疫平衡。
免疫系统需要控制免疫反应以在抑制感染和预防过量炎症对组织的损伤之间保持平衡【1】。作为循环系统中数量最多的免疫细胞类型，中性粒细胞对于一大部分的病原体具有重要的防御作用，同时为了维持免疫反应平衡，中性粒细胞的抗微生物反应必须被准确调控【2,3】。中性粒细胞被促炎信号激活，并依据表面受体组成和内源蛋白的不同开启不同的效应作用。比如，中性粒细胞吞噬微生物后会产生活性氧、发生脱颗粒或者释放NETs（Neutrophil extracellular traps，中性粒细胞胞外杀菌网络）【4】。
NETs是一种细胞外结构，主要由DNA、颗粒蛋白、核蛋白等组成，这些物质组装在去凝集的染色质支架上。NETs能够包裹、中和并杀死微生物，包括真菌、细菌和寄生虫等。不过其它一些刺激信号如晶体和免疫复合物等也能诱导NETs的形成。值得注意的是，在一些自身免疫疾病中，中性粒细胞会被活化并释放NETs，如类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis, RA）和系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE）等【5,6】。NETs含有许多分子能够被免疫细胞的受体识别。例如，巨噬细胞和树突细胞吞噬NETs后，其胞内的cGAS（cyclic GMP-AMP synthase）能够识别NETs中的DNA骨架。另外，细胞表面受体TLR9也能够识别NET-DNA。一些研究也发现，NETs能够激活一些免疫细胞的膜受体，但是其作用机制还未研究清楚。
近日，来自英国埃克塞特大学的Gordon D. Brown团队在Nature发表了文章Recognition and control of neutrophil extracellular trap formation by MICL，他们发现受体MICL（myeloid inhibitory C-type lectin-like）缺失能够通过促进中性粒细胞NETs的形成进而促进类风湿性关节炎的进展。
研究人员利用Micl-/-小鼠构建了类风湿性关节炎的CAIA（collagen antibody-induced arthritis）模型，Micl敲除小鼠表现出了增强以及非缓解的关节炎表型。研究人员取野生小鼠疾病进展最明显的、造模第7天的小鼠关节组织进行分析。通过流式细胞检测发现，关节组织中浸润的中性粒细胞在Micl-/-小鼠中特异性增多。关节组织中其他细胞类型的数量没有发生改变，另外，骨髓以及血液中中性粒细胞的数量也没有发生改变。这一结果在RA的另一个K/BxN模型中也得到了类似的结果。
为了探究中性粒细胞在RA进展中的作用以及和MICL的关系，研究人员在CAIA模型中应用了anti-Ly6G以清除循环中性粒细胞，发现野生小鼠和Micl-/-小鼠的疾病进展下降到了同一层次，说明Micl敲除引起的RA进展是通过中性粒细胞来实现的。进一步的，研究人员分别从WT以及Micl-/-小鼠的骨髓中分离了中性粒细胞，然后在CAIA模型的第7天将这些中性粒细胞分别移植到RA模型小鼠中，研究人员观察到来自Micl-/-小鼠的中性粒细胞加重了关节炎症。这一结果更加证明了Micl-/-小鼠中中性粒细胞在RA进展中发挥了关键作用。
接下来，研究人员发现Micl-/-小鼠来源的中性粒细胞在尿酸钠（monosodium urate, MSU）或者A.fumigatus hyphae刺激下ROS水平提高，由于NET的形成与ROS水平相关，研究人员检测发现Micl缺失导致NET形成也相应增强。NADPH氧化酶抑制剂DPI（diphenyleneiodonium chloride）抑制了NET的形成，说明Micl缺失引起的NET形成依赖于NADPH氧化酶的活性。除了ROS之外，NET的形成也需要组蛋白的瓜氨酸化修饰，这种修饰依赖于PAD4蛋白的功能。而PAD4抑制剂能够在体外实验中抑制NET的形成，体内实验也显示PAD4抑制剂导致Micl-/-小鼠关节中NET的数量明显减少，但并没有影响关节中中性粒细胞的浸润。
研究人员之前的研究已经发现MICL的单克隆抗体能够加剧野生小鼠CAIA模型的病理程度，类似于Micl-/-小鼠的表型。体外实验也显示，MICL的单抗在中性粒细胞中引起了MSU介导的ROS产生增加。另外，MICL单抗对CAIA模型小鼠病理的刺激作用能够被PAD4抑制剂所抑制。这在RA的其他动物模型如CIA（collagen-induced arthritis）中得到了验证。研究人员进一步检测发现，人体MICL抗体能够促进中性粒细胞的活化以及NET的形成。来自RA病人的血清同样能够促进ROS的产生，说明RA病人血清中含有的MICL抗体抑制了MICL的功能，促进了中性粒细胞的活化以及NET的形成。
于是，研究人员进一步检测了RA病人血清中MICL抗体水平和RA病理程度的关系，发现RA病人中MICL抗体的整体水平比对照组高。另外，在与中性粒细胞NET相关的疾病如系统性红斑狼疮和COVID-19的病人血清中，MICL的抗体水平也同样比正常人高，说明MICL被抑制后，中性粒细胞的活化与这些免疫疾病的进展密切相关。
最后，研究人员发现MICL是一个PRR受体，能够识别NET中的基因组DNA，且这种识别作用能够被MICL的抗体打断。
模式图（Credit: Nature）
综上，本研究发现受体MICL能够调控自免疫疾病中中性粒细胞的活化，一些自免疫疾病病人体内产生过多的MICL抗体，抑制了MICL的功能，导致中性粒细胞持续活化，打破了机体的免疫平衡。本研究确认了自身免疫疾病中免疫平衡维持的关键分子机制，为相关疾病的治疗提供了新的思路和靶点。
参考文献
1. Kruger, P. et al. Neutrophils: between host defence, immune modulation, and tissue injury. PLoS Pathog. 11, e1004651 (2015).
2. Mantovani, A., Cassatella, M. A., Costantini, C. & Jaillon, S. Neutrophils in the activation and regulation of innate and adaptive immunity. Nat. Rev. Immunol. 11, 519–531 (2011).
3. Wigerblad, G. & Kaplan, M. J. Neutrophil extracellular traps in systemic autoimmune and autoinflammatory diseases. Nat. Rev. Immunol. 23, 274–288 (2023).
4. Papayannopoulos, V. Neutrophil extracellular traps in immunity and disease. Nat. Rev. Immunol. 18, 134–147 (2018).
5. Khandpur, R. et al. NETs are a source of citrullinated autoantigens and stimulate inflammatory responses in rheumatoid arthritis. Sci. Transl Med. 5, 178ra40 (2013).
6. Villanueva, E. et al. Netting neutrophils induce endothelial damage, infiltrate tissues, and expose immunostimulatory molecules in systemic lupus erythematosus. J. Immunol. 187, 538–552 (2011).
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