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中性粒细胞是最积极、最强力的免疫细胞之一。
在发生感染之后，它是第一批从血液中赶到发病组织的免疫细胞。
在对抗病原物的过程中，中性粒细胞也非常凶狠，可以吞噬病原物，可以释放活性氧毒杀病原物，甚至还会通过自身的死亡来阻止病原物。
中性粒细胞会通过“自杀”对抗病原物这一现象，是科学家在2004年首次发现的[1]。简单来说，在面对病原微生物的时候，活化的中性粒细胞会将核DNA释放到细胞外，通过中性粒细胞胞外诱捕网（NET）捕获并中和病原物[2]。
中性粒细胞胞外诱捕网示意图[2]
既然DNA都释放出去了，中性粒细胞肯定就死了，科学家把中性粒细胞的这种程序性死亡方式叫做NETosis[2]。一直以来，科学家都认为，NETosis和细胞凋亡是两个独立的死亡过程。
然而，由加州大学圣地亚哥分校Ben A. Croker和奥古斯塔大学Yangfang "Peipei" Zhu等领衔的研究团队，近日在著名期刊《科学·进展》上发表了一篇重要研究论文[3]，挑战了我们对细胞死亡的认知。
他们的研究表明，中性粒细胞的凋亡和NETosis不是毫无关系，而是两个连续发生的死亡过程。简单来说，中性粒细胞的凋亡会进一步引发NETosis。据了解，这也是科学家首次发现凋亡与NETosis之间存在关联。
值得注意的是，在结合之前的研究成果之后，研究人员发现，在中性粒细胞中，多种死亡途径（焦亡、坏死）都汇聚于NETosis。由于中性粒细胞的NET与肿瘤和一些自身免疫疾病有关，这一发现可能带来新的治疗思路。
论文首页截图
细胞凋亡，大家一定都不陌生了。它是一种重要的程序性死亡方式，对于维持机体的稳定非常重要。
NETosis从发现至今也有近20年的历史了，科学家已经知道了它的发生过程。简单来说，在中性粒细胞中，打孔蛋白GSDMD（参与细胞焦亡）和MLKL（参与细胞坏死）会在中性粒细胞膜上打孔，导致钙离子流入细胞内；随后，肽酰基精氨酸脱亚氨酶4（PAD4）就会被激活，而激活的PAD4会将组蛋白瓜氨酸化；这种变化会导致DNA从组蛋白上解旋，随后DNA被挤到细胞外，形成NET，捕获病原物[4]。
中性粒细胞的两次死亡
为了探索细胞凋亡与NETosis之间的关系，Croker团队首先用多种诱导凋亡物质刺激中性粒细胞。
结果他们发现组蛋白普遍被瓜氨酸化，这表明细胞凋亡与NETosis之间可能存在联系。在敲除中性粒细胞的PAD4之后，组蛋白的瓜氨酸化现象就消失了。以上研究说明，凋亡确实与NETosis密切相关。他们还通过染色的方法，从中性粒细胞的形态学变化上证实了上述发现。
至于背后的分子机制，Croker团队发现，凋亡的蛋白酶Caspases可裂解并激活打孔分子GSDME，这导致钙离子流入细胞内，诱发了NETosis。如果敲除编码GSDME的基因，中性粒细胞虽然还可以启动细胞凋亡，但发生NETosis的能力大幅减弱。
Ben A. Croker（右一）和Yangfang "Peipei" Zhu（右三）
总的来说，Croker团队的研究表明，中性粒细胞的凋亡和NETosis不是两个独立的过程。中性粒细胞在启动凋亡信号之后，就会逐渐凋亡；如果凋亡的中性粒细胞没有被及时清除掉，就会启动第二次死亡程序NETosis。
由于细胞凋亡是一种常见的程序性死亡途径，且很多类型的细胞中都还有PAD酶，因此这一发现对其他细胞死亡的研究也具有启发意义。此外，科学家已经发现NETosis与一些自身免疫疾病和肿瘤有关，因此进一步探索背后的机制，或有助于开发出新疗法。
参考文献：
[1].Brinkmann V, Reichard U, Goosmann C, et al. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 2004;303(5663):1532-1535. doi:10.1126/science.1092385
[2].Thiam HR, Wong SL, Wagner DD, Waterman CM. Cellular Mechanisms of NETosis. Annu Rev Cell Dev Biol. 2020;36:191-218. doi:10.1146/annurev-cellbio-020520-111016
[3].Zhu YP, Speir M, Tan Z, et al. NET formation is a default epigenetic program controlled by PAD4 in apoptotic neutrophils. Sci Adv. 2023;9(51):eadj1397. doi:10.1126/sciadv.adj1397
[4].Souza FW, Miao EA. Neutrophils only die twice. Sci Adv. 2023;9(51):eadm8715. doi:10.1126/sciadv.adm8715
本文作者丨BioTalker