中性粒细胞在稳态和病理状态下的免疫调节作用

叶雨 黄荣 代艳

作者单位：广西医科大学（530000）

19 世纪时期，免疫学家已经证实了多核白细胞可以迁移到受感染的组织，并捕获和消灭微生物［1］。这些结果随即引发一系列关于粒细胞在感染和急性炎症中的研究［2］。在这期间，我们在白细胞生物学方面的研究取得了很大进展。现已知，中性粒细胞来源于骨髓中前体细胞，积累于骨髓中，并以昼夜节律的形式释放到外周血中。粒细胞具有快速迁移到受损组织和吞噬以及释放蛋白酶的功能，这些功能使得中性粒细胞具有强大的防御能力。当血液循环中的中性粒细胞遇到危险信号时，会利用上述功能在组织中巡逻并做出攻击反应，然而防御反应过度则会破坏血管。或许是为了减少这种损伤效应的原因，中性粒细胞的寿命很短，每天都会被机体清除。近年来发现中性粒细胞在共生菌群中的显著影响，以及在健康组织中可以调节正常的炎症状态。中性粒细胞作为组织损伤和伤口愈合过程中是必不可少的天然免疫细胞，越来越多的证据表明，肿瘤浸润性中性粒细胞在癌症的发展、进展和对治疗的抵抗中发挥重要作用。

1 粒细胞的异质性

造血系统中的髓系和淋巴系细胞由具有明显表型和功能特征的亚群组成。例如，已鉴定出的多种单核细胞和巨噬细胞亚群，它们具有独特的转录谱，决定了它们在稳态和免疫反应期间的功能。通过炎症条件下产生的生存信号延长寿命也可能增加中性粒细胞表型和功能变化的能力，并解释中性粒细胞的异质性。例如，炎症过程中组织缺氧会导致嗜中性粒细胞的低氧诱导因子依赖性激活，直接影响嗜中性粒细胞的杀菌活性［3］。同样，在囊性纤维化气道的低氧、低营养环境中，中性粒细胞进行代谢重编程，触发促生存机制，获得明显的表型和功能特性。由于被招募到炎症组织中的中性粒细胞远远多于其他白细胞，因此中性粒细胞来源的细胞因子在炎症反应中的总体影响应该是显著的。除细胞因子外，中性粒细胞从头合成的蛋白延伸到膜受体，这可能会进一步改变中性粒细胞的异质性和功能［4］。一方面，中性粒细胞基因的表达在表观遗传学水平上受到染色质组蛋白修饰的控制，如甲基化或乙酰化，这个过程密切影响基因转录。另一方面，中性粒细胞表现出一种细胞特有的非编码调控区域模式，即参与调控基因表达的元素。有趣的是，人类白细胞介素（IL）-6 在Toll 样受体（TLR-8）配体作用后的表达涉及染色质重塑和非编码调节元件（如增强子）活性的增加［5］。

2 稳态中的粒细胞亚群

在人类中，CD177 中性粒细胞的一部分已被鉴定［6］为协同表达膜结合蛋白酶3，这是一种丝氨酸蛋白酶［6］，通常位于初级颗粒中。蛋白酶-3 的表达需要CD177 分子的表达，从而促进CD177 中性粒细胞的转运［7］。当膜蛋白酶-3被确定为抗中性粒细胞胞浆抗体（ANCA）依赖性血管炎的抗原时，CD177-蛋白酶-3 在循环中性粒细胞中相互作用的可变性和在个体内的表达变得极为重要［22］。因此，在ANCA 依赖性血管炎患者中，中性粒细胞共表达蛋白酶3和CD177 的水平升高，并与复发风险增加有关［8］。Olfactomedin-4（OLFM4）存在于20%～25%的人循环中性粒细胞的嗜中性粒细胞特异性颗粒中。虽然该蛋白在中性粒细胞中的具体功能尚不清楚，但中性粒细胞来源的OLFM4 被认为可以诱导自身免疫反应［9］。中性粒细胞在无病状态下主要调节急性炎症，平衡机体，在血液中循环，大量存在同时短暂生存之后2-3 天内死亡。

3 病理状态下的粒细胞亚群

粒细胞参与的病理状态主要概括为两大类：一方面是炎症，最初，从系统性红斑狼疮（SLE）和其他自身免疫性疾病患者中分离的中性粒细胞的异常群体表现出不同的密度特性［10］。中性粒细胞亚群的功能特征被称为低密度中性粒细胞（LDGs），显示出促炎、活化的表型，I 型干扰素（IFNs）的生成加剧，吞噬能力降低［11］。在没有刺激的情况下，人的LDGs 也非常容易形成网状结构，这是该亚群内皮细胞（EC）毒性增强的原因［12］。事实上，SLE 患者体内产生的抗核糖蛋白抗体可诱导中性粒细胞的净释放，导致树突状细胞的强烈活化和IFN-a 的产生［13］。在网状结构中存在的自我DNA 和抗菌肽导致自身抗体的产生，触发正反馈回路，从而放大炎症反应。另一方面是癌症，在肿瘤驱动的炎症中，多于两种的不同的中性粒细胞亚群被描述具有拮抗作用。有人在小鼠中证实，肿瘤被肿瘤相关的中性粒细胞（TANs）浸润，其特征是细胞核多节段，促炎细胞因子的产生增加，并增强了肿瘤细胞的杀伤能力。有利于肿瘤生长的N2 中性粒细胞和M2 巨噬细胞，其精氨酸酶活性升高，通过L-精氨酸的耗竭抑制T 细胞的增殖［14］。目前尚不清楚这些报道的原瘤中性粒细胞群是否具有共同的起源和功能。有文献报道，IFN-β 参与了小鼠和人类中性粒细胞向抗肿瘤表型的活化，这在基因缺陷小鼠模型和干扰素治疗中得到了证实［15］。

由于技术上的障碍得以解决，人们逐渐发现中性粒细胞所具有的新功能。中性粒细胞的经典观点已经不再适用于中性粒细胞生物学特性，因此以前所认为的中性粒细胞的功能似乎是不完整的。最近描述的中性粒细胞的延长寿命，它们从头合成细胞因子的能力，以及在不同组织和器官中循环的能力，通过相互作用和调节先天和适应性系统所产生的免疫反应，扩展了它们的免疫调节功能此外，这些最近发现的中性粒细胞的特性与越来越多的证据表明，中性粒细胞亚群的存在具有明显的表型和功能特征。这确实是一个更新的观点，中性粒细胞作为一个塑料细胞，可能部分解释嗜中性粒细胞的异质性。了解中性粒细胞的异质性可能有助于开发新的治疗方法，在不损害免疫的情况下，专门针对致病性中性粒细胞亚群。

随着研究的不断进展，中性粒细胞的在机体中的作用逐渐表现为两面性，一方面它有抗炎症，抗肿瘤的作用，但是另一方面在肿瘤进展过程中，中性粒细胞逐渐趋于促肿瘤方向进展，然而这其中的机制尚未解答。我们课题组在进行膀胱癌的免疫微环境研究中发现，膀胱癌的生存率与肿瘤浸润性粒细胞是存在一定相关性的。我们可以用单细胞测序来做分析，对膀胱癌，正常组织，血液，以及淋巴分别做测序分析，鉴定粒细胞的特异性，接着对结果进行免疫学鉴定，进一步研究如何利用粒细胞进行细胞免疫治疗，为临床上的疾病诊断、预后评估及精准治疗做出贡献。