中性粒细胞在炎症反应中的作用及机制

李海鹏(综述)，姚建华，孙天胜(审校)

(北京军区总医院骨科，北京 100700)



中性粒细胞在炎症反应中的作用及机制

李海鹏(综述)，姚建华，孙天胜※(审校)

(北京军区总医院骨科，北京 100700)

摘要：炎症反应是临床常见的一个病理过程，是机体对于刺激的一种防御性反应。根据炎症的发生是否与细菌感染有关可分为感染性炎症和无菌性炎症两大类。无论在感染性炎症还是在无菌性炎症，炎症反应的一个重要特征都是中性粒细胞的迁徙和聚集。中性粒细胞作为炎症反应的一线细胞，在感染性炎症中对于抵御入侵的病原体非常重要，而在无菌性炎症中对于组织和伤口的修复愈合同样重要，是炎症反应的核心因素，其功能对于人体生命至关重要。

关键词：炎症反应；中性粒细胞；作用机制

炎症反应是一个复杂的过程，涉及到诸多细胞和非细胞成分之间的相互作用[1-3]。中性粒细胞作为一种吞噬细胞，无论在感染性炎症还是在无菌性炎症的免疫调节方面均起重要作用[4-7]。研究发现，中性粒细胞功能不全是导致患者发生感染性炎症的重要原因，中性粒细胞功能缺失的程度和患者病死率之间存在相关性[8]。在无菌性炎症中，组织损伤导致过度中性粒细胞激活进而致中性粒细胞不适当的黏附和寿命延长，如此恶性循环将导致炎症反应加重[6]。中性粒细胞在炎症反应中的作用涉及到中性粒细胞的激活、迁徙和对病原体及损伤组织的清除，现就此予以综述。

1中性粒细胞的激活

正常情况下，中性粒细胞处于未激活状态，在外周血循环中进行随意没有方向性的缓慢移动，半衰期仅6~7 h[7]。一旦机体受到刺激发生炎症反应，将激活中性粒细胞，使其快速从中性粒细胞存储池中释放；同时，促使骨髓中中性粒细胞的形成，外周循环中被激活的中性粒细胞将向损伤部位进行趋向性移动[6-7]。中性粒细胞的激活可通过不同因素诱发，其中病原体所释放的病原体相关分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs)和组织损伤所释放的损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)是激活中性粒细胞的主要因素[4,9]。中性粒细胞表达大量模式识别受体(包括Toll样受体家族中除该受体3以外的所有受体)，这些受体可识别病原体本身产生的病原体相关分子模式(包括类脂、抗生物肽)而激活中性粒细胞[10]。甲酰肽受体是中性粒细胞另外一种典型的受体，其是一种7个跨膜的G偶联蛋白受体，具有识别广泛配体的能力[4]。细菌所合成的甲酰肽就是通过甲酰肽1受体诱发中性粒细胞的趋化作用和功能的激活；线粒体作为一种结构独特的细胞器，可追溯到细菌的祖先，保留细菌学的特性，研究显示线粒体DNA也可编码甲酰肽[11]。Zhang等[12]认为，线粒体是一种特殊的DAMPs分子，组织损伤后将释放线粒体DNA及线粒体碎片，这些线粒体DAMPs直接诱发内源性的免疫反应。组织损伤后释放的线粒体DAMPs可以通过多种途径模拟一些小分子作用激活中性粒细胞，改变中性粒细胞对趋化因子的作用，导致其迁移到组织损伤的部位[11]。组织损伤还可释放其他的DAMPs(包括热激蛋白、膜联蛋白、防卫素、S100蛋白和高迁移率族蛋白1)，通过中性粒细胞表面的一些其他受体激活中性粒细胞[13]。

细胞因子和趋化因子也是激活中性粒细胞的重要因素,趋化因子在调节中性粒细胞激活方面在过去的十年得到了很多的关注[4,9]。组织细胞和微生物产生的趋化剂对嗜中性粒细胞的趋化作用在机体对抗病原体感染的过程中发挥重要作用[14]。Beck-Schimmer等[2]在肺部损伤模型中发现，肺泡巨噬细胞消耗后出现了中性粒细胞数量的增加，并证实中性粒细胞的招募是肿瘤坏死因子α介导的；由此认为，肿瘤坏死因子α是炎症反应过程中出现最早、最重要的炎性介质，能激活中性粒细胞和淋巴细胞，使血管内皮细胞通透性增加，调节其他组织代谢活性并促使其他细胞因子的合成和释放。Reikerås[15]认为，白细胞介素(interleukin，IL)6虽然不会直接激活中性粒细胞，但是会调节淋巴细胞的生长和分化，从而激活自然杀伤细胞和中性粒细胞；在创伤中，炎症反应的强度和IL-6水平间存在关联性，可作为预后判断的有效指标之一。IL-8作为中性粒细胞最重要的趋化因子，在炎症反应中可由多种细胞产生(包括单核细胞、巨噬细胞),产生的IL-8能激活中性粒细胞、T淋巴细胞和嗜酸粒细胞，启动并增强中性粒细胞的功能，从而助长宿主的抵抗能力，促进中性粒细胞脱颗粒，释放弹性蛋白酶，损伤内皮细胞[16-17]。Sears等[18]在肺组织损伤模型中发现，IL-8水平上升及中性粒细胞侵入肺组织与支气管灌洗液中中性粒细胞的数量有关,提示IL-8是涉及中性粒细胞招募和中性粒细胞依赖的肺损伤主要调节因子。CXC型趋化因子是中性粒细胞另外一类最重要的趋化因子，Hoth等[19]在肺损伤模型中报道，肺部挫伤后CXCL1的水平升高，提示CXCL1、CXCL2/3和CXCR2参与了将中性粒细胞激活并招募到肺部导致炎症反应的发生；而CXCL1和CXCL2/3 是小鼠中最主要的CXC趋化因子，被证实与人类IL-8具有同源性。

2中性粒细胞的迁徙

激活的中性粒细胞迁徙到机体受刺激部位对于炎症反应来说是最重要的，这是一个多阶段复杂的过程；在细胞移动中的一个重要事件就是中性粒细胞的趋化作用，这个趋化作用涉及到两个独立而又相关联的过程，即流动性和方向性；这两个过程均是由细胞外的趋化刺激因素所调节的，被认为是依赖于细胞因子(如IL-1β、肿瘤坏死因子α)表达的早期反应及趋化因子的产生(如补体5a和白三稀B4)[9,17-19]。中性粒细胞的迁徙过程涉及到滚动、激活和黏附，这些均发生在跨内皮细胞移动前，是由表达在中性粒细胞上的受体与表达在血管内皮上的配体相互作用的结果[5,17]。中性粒细胞在发生黏附之前首先通过中性粒细胞的L选择素和内皮细胞P选择素和E选择素进行持续片刻的相互作用，这一短暂的过程被命名为滚动[20]。随着中性粒细胞的激活，L选择素迅速发生形变，而血管壁的表面由于炎性介质(如细菌脂多糖和细胞因子IL-1β和肿瘤坏死因子α)的影响将出现E选择素，中性粒细胞在沿着毛细血管后微静脉血管壁滚动的过程中将不断搜寻结缔组织、黏膜、骨骼、肌肉和淋巴器官所释放的趋化因素情况，以便使中性粒细胞表面L选择素与血管内皮表面的整合素进行接触[17,19-21]。然后，中性粒细胞在内皮细胞表面的滚动被更加确切的黏附机制所替代，由内皮细胞的细胞间黏附分子1和中性粒细胞的整合素所调节[21]。在这个过程之后，在中性粒细胞表达的β2整合素和血管内皮细胞免疫球蛋白超家族细胞内黏附受体相互作用，中性粒细胞通过此作用而停留在上皮细胞表面，确切的黏附得以实现；细胞间黏附分子1除了在中性粒细胞的黏附方面起重要作用外，还涉及中性粒细胞从内皮细胞跨越进入间质以及从上皮细胞进入肺泡中,而跨越上皮细胞被认为是诱导炎症反应的关键步骤[19]。尽管如此，中性粒细胞如何跨越内皮细胞，进入炎症组织间质中的机制仍然不完全清楚[9]。在这一过程中一个重要的病理生理阶段就是中性粒细胞黏附至毛细血管内皮细胞后溢出血管外,然后刺激释放氧自由基和蛋白酶，导致血管壁损伤，致血管通透性增加，出现间质水肿[21]。

3中性粒细胞作用方式

3.1吞噬作用炎症反应中处于第一梯队的中性粒细胞一旦到达炎性刺激区，与产生趋化因子的异物接触后其周围胞质将隆起形成伪足，将入侵刺激物包围在局部；中性粒细胞黏附到特殊细胞表面的受体，这些受体连接着敏感性G蛋白，可导致细胞内钙离子移动、细胞迁徙、胞吐作用和生物活性类脂或活性氧的产生；由于中性粒细胞内含有大量溶酶体酶，中性粒细胞可以开始快速非特异性的吞噬反应，将吞噬入细胞内的细菌和组织碎片分解；被包埋的微生物将遭受到诸多细胞内毒性分子(如超氧化物、羟自由基、次氯酸、氮酸、抗菌阳离子蛋白、多肽和溶菌酶)的作用，这种吞噬过程对于清除入侵的微生物非常重要，可以防止病原微生物在体内扩散[4,6]。

3.2脱颗粒作用除了吞噬作用，中性粒细胞聚集至相应的组织部位获得激活后，还将导致中性粒细胞数量增加和外形改变,产生脱颗粒效应,引起“细胞呼吸爆发”, 释放超氧化物和溶酶体酶,进而清除入侵的病原体[8]。研究表明,N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine(fMLF)能刺激吞噬性中性粒细胞白发生一系列生理变化,如细胞形状改变、趋向性移动、黏附至血管壁、噬菌、释放超氧阴离子和脱颗粒反应[6]。另有证据显示,fMLF可激活核转录因子核因子κB,促使中性粒细胞分泌炎性因子,这些都是机体在抵御病原微生物入侵时的特征性反应；在积极对抗感染的同时,中性粒细胞亦产生大量超氧阴离子和蛋白水解酶会损伤到周围的正常组织[14]。

3.3中性粒细胞诱捕网作用最近中性粒细胞作用的第3条途径被发现，即通过释放中性粒细胞诱捕网杀灭致病微生物[22]。中性粒细胞诱捕网最早在2004年由Brinkmann所发现，其采用IL-8、佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯或脂多糖刺激中性粒细胞，通过电子显微镜和免疫荧光双重可视化观察发现，中性粒细胞可形成既往没有报道过的网状结构，于是将这种网状结构命名为中性粒细胞诱捕网[23]。通过对中性粒细胞诱捕网的结构分析发现，这种网状结构是由中性粒细胞核内组分释放到胞外空间形成的, 其结构非常复杂，是由超过30种不同的中性粒细胞蛋白质组成的浓缩染色质网状结构；主要成份包括解聚的染色体、网状结构和镶嵌的颗粒蛋白，具有诱捕入侵的微生物的能力，可以捕捉、中和并杀死多种微生物；这些大的胞外结构同时提供了一个物理屏障，以防止微生物传播和增加抗菌效应的局部浓度，中性粒细胞诱捕网这一新颖的结构和功能,越来越引起人们的关注[22,24-25]。

4小结

炎症反应是一个复杂的过程，中性粒细胞是炎症反应中研究最为广泛的细胞，又是功能最为复杂的细胞。在整个炎症反应过程中，中性粒细胞的作用涉及到中性粒细胞的激活、迁徙及对病原体和损伤组织的清除。中性粒细胞通过表面模式识别受体与相关分子模式作用而得到激活，然后其受体与表达在血管内皮上的配体相互作用进行迁徙，最终通过吞噬作用和脱颗粒作用对病原体及损伤组织进行清除。最新研究显示，中性粒细胞诱捕网在此过程中也起重要作用。总之，中性粒细胞在炎症反应的作用细节及复杂的相互关系仍是需要进一步研究的课题。

参考文献

[1]Ahluwalia A,De Felipe C,O′Brien J,etal.Impaired IL-1beta-induced neutrophil accumulation in tachykinin NK1 receptor knockout mice[J].Br J Pharmacol，1998，124(6):1013-1015.

[2]Beck-Schimmer B,Schwendener R,Pasch T,etal.Alveolar macrophages regulate neutrophil recruitment in endotoxin-induced lung injury[J].Respir Res，2005，6：61.

[4]Bae GH,Lee HY,Jung YS,etal.Identification of novel peptides that stimulate human neutrophils[J].Exp Mol Med，2012，44(2):130-137.

[5]Segel GB,Halterman MW,Lichtman MA.The paradox of the neutrophil′s role in tissue injury[J].J Leukoc Biol，2011，89(3):359-372.

[6]Pillay J,Hietbrink F,Koenderman L,etal.The systemic inflammatory response induced by trauma is reflected by multiple phenotypes of blood neutrophils[J].Injury，2007，38(12):1365-1372.

[7]Hsu LC,Enzler T,Seita J,etal.IL-1β-driven neutrophilia preserves antibacterial defense in the absence of the kinase IKKβ[J].Nat Immunol，2011，12(2):144-150.

[8]Hofer HP,Egger G,Kukovetz EM,etal.The influence of trauma on changes in neutrophil granulocyte function assessed by an analysis of granulocyte migration[J].Langenbecks Arch Chir，1996，381(3):148-154.

[9]Oliveira C,Navarro-Xavier RA,Anjos-Vallota EA,etal.Effect of plant neutrophil elastase inhibitor on leucocyte migration,adhesion and cytokine release in inflammatory conditions[J].Br J Pharmacol，2010，161(4):899-910.

[10]Mantovani A,Cassatella MA,Costantini C,etal.Neutrophils in the activation and regulation of innate and adaptive immunity[J].Nat Rev Immunol，2011，11(8):519-531.

[11]Crouser ED,Shao G,Julian MW,etal.Monocyte activation by necrotic cells is promoted by mitochondrial proteins and formyl peptide receptors[J].Crit Care Med，2009，37(6):2000-2009.

[12]Zhang Q,Raoof M,Chen Y,etal.Circulating mitochondrial DAMPs cause inflammatory responses to injury[J].Nature，2010，464(7285):104-107.

[13]Cohen MJ,Brohi K,Calfee CS,etal.Early release of high mobility group box nuclear protein 1 after severe trauma in humans:role of injury severity and tissue hypoperfusion[J].Crit Care，2009,13(6):174.

[14]程希远,王明伟.甲酰肽受体研究进展[J].生命科学，2004，16(3):154-158.

[15]Reikerås O.Immune depression in musculoskeletal trauma[J].Inflamm Res，2010，59(6):409-414.

[16]Moret I,Lorenzo MJ,Sarria B,etal.Increased lung neutrophil apoptosis and inflammation resolution in nonresponding pneumonia[J].Eur Respir J，2011，38(5):1158-1164.

[17]Kobayashi SD,Voyich JM,Burlak C,etal.Neutrophils in the innate immune response[J]. Arch Immunol Ther Exp(Warsz),2005,53(6)：505-517.

[18]Sears BW,Volkmer D,Yong S,etal.Correlation of measurable serum markers of inflammation with lung levels following bilateral femur fracture in a rat model[J].J Inflamm Res，2010，2010(3):105-114.

[19]Hoth JJ,Wells JD,Hiltbold EM,etal.Mechanism of neutrophil recruitment to the lung after pulmonary contusion[J].Shock，2011，35(6):604-609.

[20]Delclaux C,Azoulay E.Inflammatory response to infectious pulmonary injury[J].Eur Respir J Suppl，2003，42:10-14.

[21]Hildebrand F,Giannoudis P,Kretteck C,etal.Damage control:extremities[J].Injury，2004，35(7):678-689.

[22]吴腾飞,陈福广,黄清华,等.中性粒细胞杀灭病原体的新途径:胞外诱捕网[J].免疫学杂志，2013，29(2):173-175.

[23]Mesa MA,Vasquez G.NETosis[J].Autoimmune Dis，2013，2013:

651497.

[24]Hahn S,Giaglis S,Chowdhury CS,etal.Modulation of neutrophil NETosis:interplay between infectious agents and underlying host physiology[J].Semin Immunopathol，2013，35(4):439-453.

[25]Branzk N,Papayannopoulos V.Molecular mechanisms regulating NETosis in infection and disease[J].Semin Immunopathol，2013，35(4):513-530.

The Role and Mechanism of Neutrophils in Inflammation ResponseLIHai-peng,YAOJian-hua,SUNTian-sheng.(DepartmentofOrthopedics，BeijingArmyGeneralHospital，Beijing100700，China)

Abstract:Inflammation is a common clinical pathological process,is a defensive reaction of the body to stimulation. According to inflammation with or without bacterial infection,inflammation can be divided into two categories,infectious and aseptic inflammation.Neutrophil migration and aggregation is an important feature of inflammation.Neutrophil is the first line in the inflammatory reaction.In the infectious inflammation,it is very important against invading pathogens,and in aseptic inflammation it is important for wound healing and tissue repair,which is essential factor of inflammation,playing a vital role for human life.

Key words:Inflammatory response； Neutrophil； Mechanism

收稿日期：2014-06-17修回日期：2014-09-18编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.015

中图分类号:R364.5

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)09-1576-03