原创 姚望，刘强 细胞世界
中性粒细胞是宿主免疫的重要组成成分，它主要通过三个机制来参与多种微生物的免疫防御过程：脱颗粒作用、吞噬，以及中性粒细胞胞外陷阱（NET）。
其中，中性粒细胞胞外陷阱的功能十分复杂，除了可以参与免疫防御过程，还能够导致组织炎症、促进自身免疫疾病发生、参与肿瘤发病、诱导血栓形成，甚至在新冠肺炎导致的器官损伤和死亡也有潜在驱动作用。这个“陷阱”里，还有许多奥秘有待探究。
图1 中性粒细胞和NET [9]
01 什么是中性粒细胞胞外陷阱
2004年，德国马克斯普朗克传染病生物学研究所Brinkmann, V等人通过透射电镜发现，活化的中性粒细胞会产生显著的胞外纤维样结构。借助高分辨率扫描电镜，他们发现这些纤维是由直径15-17nm的光滑束状结构和直径约25nm的球状结构域组成的非膜性结构。他们通过免疫荧光技术进一步分析得出，中性粒细胞弹性蛋白酶形成球状结构、而H2A-H2B组蛋白+DNA形成染色质形成束状结构，二者相结合，形成一种复杂的网状结构。这就是NET[1]。如下图所示，核酸成分被染蓝，可以看到分叶的中性粒细胞核以及胞外弥散分布的NET核酸骨架，绿色为中性粒细胞弹性蛋白酶。
不难看出，中性粒细胞胞外陷阱正如它的名字缩写一样，神似一张网（Net），能够将临近的微生物一网打尽。在染色质纤维捕获微生物的同时，弹性蛋白酶以及其他酶成分能够消化它们，二者相辅相成。NET形成可以看作是对中性粒细胞杀菌机制的补充，例如中性粒细胞能感知病原微生物的大小，对于一些无法有效吞噬的较大的微生物结构，例如菌丝，它们会特异地释放NET来进行杀伤[2]。
02 “网”是怎样形成的
从最早发现NET那时起，研究者们就发现NET的形成并不是自发的，它仅在活化的中性粒细胞中大量产生。随后，一种区别于传统凋亡和坏死，一种与NET有关的ROS介导的细胞死亡方式被发现了——即中性粒细胞的炎性细胞死亡（NETosis）。在受到胞外理化因素刺激后，核内染色质失去正常形态，并且胞内囊泡中的酶相结合，最后随着细胞膜的破裂从而释放出来。在某些情况下，中性粒细胞不需要牺牲自己来释放NET，非溶胞性中性粒细胞的炎性细胞死亡（non-lytic NETosis）发生于金黄色葡萄球菌感染时。在这个情况下，中性粒细胞快速释放染色质至胞外，并伴随各种酶通过脱颗粒过程释放，从而形成胞外NET。
图2 [10]
03 肿瘤治疗的新靶点
NET与肿瘤的转移、耐药有关。2013年，研究人员发现人为引构建的脓毒血症小鼠模型中，NET形成增加，并伴有肺癌转移结节数量显著增加，使用DNase或着NEi抑制NET生成可以逆转这一效应[3]，2019年，麦吉尔大学Roni F. Rayes等人也得到了类似的结论[4]。
不妨想象一下——NET这张“网”不仅可以网住细菌，同时也能将进入循环的肿瘤细胞捕获，但NET中的酶成分对肿瘤细胞的杀伤作用十分有限，这就促进了肿瘤转移的发生。但越来越多的研究发现，NET与肿瘤细胞的关联远不止只是物理意义上的捕获这么简单。NET中的弹性蛋白酶（NE）和基质金属蛋白酶9（MMP9）可使小鼠体内休眠的肿瘤微转移灶转变为增殖状态[5]。NET中的DNA成分也可以与肿瘤细胞上的CCDC25直接作用，促进肿瘤转移[6]。肿瘤细胞还可以通过生成粒细胞集落刺激因子（G-CSF）主动诱导NET生成，从而促进自身转移[7]。这些研究说明NET中多种成分和多种机制参与了肿瘤转移灶的形成过程，是一个十分有意义的治疗靶点。
关于化疗耐药，既往认为与多种因素有关，包括DNA修复增强、药物排出肿瘤细胞增加等。最新研究发现MMP9可使得被捕获于NET中的TGF-β转化为活性形式，从而促进上皮间质转化，促进化疗耐药的发生[8]。
04 肿瘤药物研发的未来展望
如前所述，NET与肿瘤转移、耐药的关系密切。但是，将潜在靶点转化为高效的肿瘤治疗药物仍是任重而道远：
① 直接抑制NET形成并不是理想的抗肿瘤药物研究方向。虽然在某些研究中证实，NET在中性粒细胞宿主免疫方面的效应有限，在掌跖角化一牙周破坏综合征患者（存在NET受损）中只有一小部分患者出现对化脓性感染的抵抗力下降，但是NET在病毒、真菌免疫中的作用较明确。完全抑制NET生成可能导致潜在感染风险增加。
② CCDC25不是好的靶点。我们必须注意到CCDC25的组织特异性低（见图3），系统性抑制该受体可能有潜在风险，需要进行谨慎的临床研究。
图3，CCDC25的组织表达（图源The Human Protein Atlas）
③ MMP9可能是较有希望的靶点。在免疫系统中它特异地在中性粒细胞上表达，组织特异性也较好。针对该靶点的药物已有相关的三期临床试验（GAMMA-1），在胃腺癌患者中，MMP9抑制剂Andecaliximab（ADX）联合mFOLFOX6方案相较于对照组，客观缓解率增加，且在高年龄层（>65岁）患者中生存改善，但并未能提高总体患者生存。MMP9抑制剂是一个较有希望的抗肿瘤药物，但仍需要进行更多临床研究以评估其临床价值。
总而言之，NET这张神奇的“网”还有许多功能和作用有待开发，尤其是新发现的与肿瘤的密切关系，值得科学家们继续深入研究。
参考文献
[1] Brinkmann V, Reichard U, Goosmann C, Fauler B, Uhlemann Y, Weiss DS, Weinrauch Y, Zychlinsky A. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 2004 Mar 5;303(5663):1532-5.
[2] Branzk N, Lubojemska A, Hardison SE, Wang Q, Gutierrez MG, Brown GD, Papayannopoulos V. Neutrophils sense microbe size and selectively release neutrophil extracellular traps in response to large pathogens. Nat Immunol. 2014 Nov;15(11):1017-25.
[3] Cools-Lartigue J, Spicer J, McDonald B, Gowing S, Chow S, Giannias B, Bourdeau F, Kubes P, Ferri L. Neutrophil extracellular traps sequester circulating tumor cells and promote metastasis. J Clin Invest. 2013 Jul 1;123(8):3446–58.
[4] Rayes RF, Mouhanna JG, Nicolau I, Bourdeau F, Giannias B, Rousseau S, Quail D, Walsh L, Sangwan V, Bertos N, Cools-Lartigue J, Ferri LE, Spicer JD. Primary tumors induce neutrophil extracellular traps with targetable metastasis promoting effects. JCI Insight. 2019 Jul 25;5(16):e128008.
[5] Albrengues J, Shields MA, Ng D, Park CG, Ambrico A, Poindexter ME, Upadhyay P, Uyeminami DL, Pommier A, Küttner V, Bružas E, Maiorino L, Bautista C, Carmona EM, Gimotty PA, Fearon DT, Chang K, Lyons SK, Pinkerton KE, Trotman LC, Goldberg MS, Yeh JT, Egeblad M. Neutrophil extracellular traps produced during inflammation awaken dormant cancer cells in mice. Science. 2018 Sep 28;361(6409):eaao4227.
[6] Yang L, Liu Q, Zhang X, Liu X, Zhou B, Chen J, Huang D, Li J, Li H, Chen F, Liu J, Xing Y, Chen X, Su S, Song E. DNA of neutrophil extracellular traps promotes cancer metastasis via CCDC25. Nature. 2020 Jul;583(7814):133-138.
[7] Park J, Wysocki RW, Amoozgar Z, Maiorino L, Fein MR, Jorns J, Schott AF, Kinugasa-Katayama Y, Lee Y, Won NH, Nakasone ES, Hearn SA, Küttner V, Qiu J, Almeida AS, Perurena N, Kessenbrock K, Goldberg MS, Egeblad M. Cancer cells induce metastasis-supporting neutrophil extracellular DNA traps. Sci Transl Med. 2016 Oct 19;8(361):361ra138.
[8] Mousset A, Lecorgne E, Bourget I, Lopez P, Jenovai K, Cherfils-Vicini J, Dominici C, Rios G, Girard-Riboulleau C, Liu B, Spector DL, Ehmsen S, Renault S, Hego C, Mechta-Grigoriou F, Bidard FC, Terp MG, Egeblad M, Gaggioli C, Albrengues J. Neutrophil extracellular traps formed during chemotherapy confer treatment resistance via TGF-β activation. Cancer Cell. 2023 Apr 10;41(4):757-775.e10.
[9] Kaplan MJ, Radic M. Neutrophil extracellular traps: double-edged swords of innate immunity. J Immunol. 2012 Sep 15;189(6):2689-95.
[10] Papayannopoulos V. Neutrophil extracellular traps in immunity and disease. Nat Rev Immunol. 2018 Feb;18(2):134-147.
作者信息
姚望，刘强
中山大学孙逸仙纪念医院
原标题：《【科学普及】神奇的“网”——中性粒细胞胞外陷阱》