中性粒细胞与急性胰腺炎

韩菲 路国涛

扬州大学附属医院消化内科胰腺中心,扬州胰腺病重点实验室,扬州 225001

【提要】 中性粒细胞活化和持续浸润是AP胰腺损伤和炎症反应的主要决定因素之一。本文阐述中性粒细胞在AP中的最新研究进展,聚焦中性粒细胞的活化、募集、浸润、迁移、逆向迁移及中性粒细胞胞外陷阱等在AP中的作用,为未来精准靶向中性粒细胞治疗AP的新策略提供理论依据。

中性粒细胞是人体血液循环中数量最多的免疫细胞,主要具有趋化性、吞噬作用、抗菌作用、脱颗粒和中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs)等生物学功能[1-2],也可介导脓毒症、AP、COVID-19、自身免疫性疾病等多种疾病的炎症发作期的组织损伤。其中AP是一种突发的、多变的胰腺局部或弥漫性的炎症性疾病,可能进展为合并严重的全身炎症反应、胰腺坏死和多器官功能衰竭的SAP,其发病机制与炎症反应和免疫应答激活息息相关。免疫细胞介导的机体过度炎症反应是SAP发生、进展的关键[3]。胰腺组织中性粒细胞募集是AP发展的关键因素。AP时,募集浸润至胰腺组织的中性粒细胞通过释放活性氧[4]、酶[5-6]、肿瘤坏死因子-α[7]等,促进腺泡细胞死亡,导致胰腺组织损伤。本文结合笔者团队对中性粒细胞在AP发病机制中的研究及文献报道,阐述中性粒细胞活化、募集、浸润、迁移、逆向迁移和NETs在AP发生和发展中的作用,为精准靶向中性粒细胞早期治疗AP的新策略提供理论依据。

一、中性粒细胞活化、募集与AP

中性粒细胞活化、募集为AP炎症损伤中同时发生的过程,在AP炎症损伤的发生、进展和消退中起着重要作用。AP损伤早期,中性粒细胞穿过血管内皮细胞时即出现部分活化,募集至损伤胰腺组织,随后中性粒细胞表面受体与促炎信号相结合,诱导信号级联反应导致其完全活化。而在活化的动态过程中,中性粒细胞受体与内皮细胞配体相互作用,促进中性粒细胞滚动、黏附、爬行和迁移,最终浸润至各脏器组织,介导胰腺局部组织和远隔多脏器损伤[2,8]。现有的证据显示,活化T细胞核因子3、整合素淋巴细胞功能相关抗原-1以及多种趋化因子受体或配体(CXCR2、CXCL4、CXCL2等)介导了AP中性粒细胞的活化募集[9-13]。多项临床研究也证实,AP患者外周血中性粒细胞早期激活标志物CD69、中性粒细胞活化标志物髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)表达均显著升高[14-15],揭示了中性粒细胞活化、募集与AP患者早期诊断、治疗和临床预后具有密切相关性[16-17]。

此外,研究表明AP小鼠胰腺组织浸润的中性粒细胞的数量显著增高,且中性粒细胞为AP小鼠胰腺组织内最早募集、浸润数量最多的免疫细胞[18]。大量动物实验已证实,浸润的中性粒细胞产生氧自由基加重AP并导致机体局部及全身并发症[19],而中性粒细胞耗竭可使AP小鼠胰腺和肺组织中MPO活性降低、小鼠胰腺及肺组织的炎性损伤减轻[20]。清除浸润胰腺组织的中性粒细胞也可显著降低AP小鼠胰蛋白酶原活化,减轻胰腺组织损伤[21]。笔者所在课题组分别使用急性炎症消退阶段产生的生物活性产物保护素D1(programmed death 1,PD-1)[22]和白细胞抗原6超基因家族成员CD177重组蛋白[23]干预AP小鼠模型后,发现AP小鼠胰腺组织内中性粒细胞的募集、浸润显著减少,小鼠胰腺组织损伤及炎症反应显著减轻。

二、中性粒细胞逆向迁移与AP

传统意义上中性粒细胞迁移是从血液到组织,但募集浸润至胰腺组织的中性粒细胞也可通过反向跨内皮细胞迁移的方式回到循环系统中,从而引起全身炎症和对其他远端器官的组织损伤,此过程为AP相关的中性粒细胞逆向迁移[2]。逆向迁移的中性粒细胞产生并释放活性氧的功能显著增强,加剧了机体全身炎症反应和其他器官组织损伤[24]。研究显示,在AP小鼠模型及AP患者外周血中均发现了反向跨内皮细胞迁移的中性粒细胞,且其与AP引起的肺损伤严重程度呈正比[25]。交界黏附分子-C(junctional adhesion molecule-C, JAM-C)在促进反向跨内皮细胞迁移的中性粒细胞中起关键作用。与正常组织比较,AP小鼠损伤胰腺组织内JAM-C水平下调,且其表达水平与中性粒细胞逆向迁移增加和肺损伤严重程度呈负相关[25]。敲除JAM-C可诱导中性粒细胞逆向迁移增加,且AP小鼠出现更严重的肺损伤和全身炎症[25]。此外,抑制神经肽P物质介导蛋白激酶C-α/丝裂原活化蛋白激酶(PKC-α/MAPK)通路从而阻断白三烯B4产生,可显著抑制逆向迁移的中性粒细胞从而减轻AP小鼠相关肺损伤[26]。整体而言,中性粒细胞逆向迁移在AP中的作用研究较少,具体分子机制和干预靶点等尚不明确,有待阐明。

三、NETs形成与AP

NETs是由活化的中性粒细胞通过向细胞外释放由组蛋白、蛋白酶及颗粒蛋白组装在脱聚的染色质支架上的细胞外网状结构[27],形成过程受多种信号通路的调控,如还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)等[28]。研究显示,NETs广泛介导AP炎症反应、加剧AP严重程度。Merza等[29]首先发现在AP患者及小鼠外周血中发现NETs水平显著升高,在胰腺组织中观察到NETs明显形成,并证实NETs通过激活腺泡细胞胰蛋白酶原活化加重胰腺组织损伤,诱发过度炎症反应介导远隔脏器损伤。多项临床研究显示,NETs形成水平与AP临床预后呈正相关。笔者所在课题组发现CD177及成孔蛋白gasdermin D可介导中性粒细胞NETs形成,且循环血中性粒细胞CD177及gasdermin D水平与NETs水平、AP临床预后密切相关,同样显示了NETs在AP临床预后的关键作用[23,30]。

动物实验显示,脱氧核糖核酸酶预处理降解、抑制NETs形成过程重要的酶——肽基精氨酸脱亚胺酶4(peptidyl arginine deiminase 4, PAD4)活性或其他关键信号通路均可显著抑制体内NETs形成,减轻AP小鼠胰腺组织损伤,降低胰腺组织组蛋白表达水平[29,31]。笔者团队前期研究发现,在AP小鼠模型中给予鸢尾素、PD-1和CD177重组蛋白等干预均可有效抑制小鼠胰腺组织内PAD4的表达,减少细胞内活性氧的产生,从而减少胰腺组织内NETs形成并显著改善AP小鼠胰腺损伤[23,30,32]。需要注意的是,近年来研究发现胰管中NETs的积累可能是导致胰管阻塞的另一种潜在机制,从而驱动胰腺炎症发生[33]。

综上所述,中性粒细胞广泛参与了AP的发生和发展,影响AP患者预后。既往研究主要集中于中性粒细胞活化募集、NETs形成在AP中的作用,而对于中性粒细胞逆向迁移、中性粒细胞与其他细胞间交互作用等研究较少。此外,迄今尚缺乏有效的靶向中性粒细胞治疗AP的临床干预手段。未来研究可聚焦于中性粒细胞干预靶点筛选和临床转化,或探寻基于中性粒细胞的新型细胞疗法,以期促进AP临床诊治疗效,降低AP患者病死率。

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