盤基網柄菌
——研究胞外誘捕起源和機制的模型

薛德明 侯連生

(河南師范大學生命科學學院 新鄉 453007) (華東師范大學生命科學學院 上海 200241)

中性粒細胞作為固有免疫系統的重要細胞，是機體抵御病原體入侵的第一道防線。機體感染病原體后，中性粒細胞在趨化因子作用下，聚集到感染部位，通過吞噬作用或脫顆粒方式消滅病原體。2004年，Brinkmann等發現，用細菌、脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)等刺激中性粒細胞，活化后的中性粒細胞在死亡過程中會釋放染色質DNA和蛋白顆粒到胞外形成網狀結構，即胞外誘捕網(extracellular traps, ETs)，該結構具有抗菌作用[1]。最近有研究發現，社會變形蟲盤基網柄菌(Dictyosteliumdiscoideum)發育過程中產生的固有免疫細胞──前哨細胞(sentinel cells)也能夠產生胞外誘捕現象[2]。變形蟲約在10億年前出現，是后生動物的祖先，因此利用盤基網柄菌研究胞外誘捕，對認識固有免疫細胞的起源、演化和保守機制有重要意義。本文就胞外誘捕的概念、作用以及盤基網柄菌作為研究胞外誘捕起源和機制所具備的優勢作一簡要綜述。

1 胞外誘捕現象及其生理作用和病理作用

1.1 胞外誘捕現象 多種刺激物能夠激活中性粒細胞，如病原體、佛波醇-豆蔻酸-乙酸酯(phorbol myristate acetate, PMA)、白介素-8(interleukin-8, IL-8)或脂多糖，激活后的中性粒細胞在死亡過程中釋放染色質DNA和很多顆粒物形成三維網狀結構，這種現象被稱為胞外誘捕。

中性粒細胞在形成胞外誘捕網過程中的死亡不同于凋亡或壞死。其表現為：圓形細胞變為扁平狀，緊密黏附于基底層上，胞核分葉消失，核膜及細胞器膜破裂，染色質解旋，釋放核顆粒，核內物質與胞質融合，最終胞膜破裂，細胞內容物釋放形成纖維狀結構。

胞外誘捕網纖維直徑為15～17 nm，顆粒直徑25～28 nm。顆粒中的主要成分由中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶、髓過氧物酶、白明膠酶、組蛋白和乳鐵傳遞蛋白組成[1，3，4]。

隨著研究的逐步深入，發現肥大細胞、嗜酸性粒細胞也能夠產生胞外誘捕。肥大細胞和中性粒細胞一樣，在細胞死亡過程中產生胞外誘捕，其網狀纖維來自于染色質DNA，而嗜酸性粒細胞并不死亡，其網狀纖維來自于線粒體DNA[5，6]。

1.2 生理作用 胞外誘捕能夠捕獲病原體，將其束縛在三圍網狀結構中，防止其擴散，如金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏桿菌、弗氏志賀菌等革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌，以及真菌、原生動物和病毒[1，7]。

胞外誘捕網顆粒中含有多種抗菌蛋白。如彈性蛋白酶和組織蛋白酶能夠降解病原體及其毒力因子。髓過氧物酶催化過氧化氫和氯離子產生次氯酸鹽，并形成具有氧化能力的自由基來殺傷致病原。乳鐵傳遞蛋白是一種與鐵原子結合的糖蛋白，具有較強抗菌、抗病毒作用[8]。胞外誘捕網在提高感染部位抗菌蛋白濃度的同時，也限制了這些蛋白向周圍組織擴散，從而避免對正常組織的破壞。

1.3 病理作用 近年來，發現胞外誘捕對宿主也會產生一些毒副作用，導致疾病。發生機制可能是由于機體未及時清除胞外誘捕網及其中顆粒成分所引起。

據報道，胞外誘捕可能會誘發自身免疫性疾病[9]。該病是機體對自身抗原發生免疫反應而導致自身組織損傷所引起的疾病。自身免疫性疾病種類繁多，有局部性的，也有系統性的，發病機制復雜，但其基本過程都是由于自身細胞內抗原釋放到胞外或自身抗原發生改變所引起的。胞外誘捕網中的成分DNA、組蛋白等作為自身抗原，都可能誘發免疫反應，累及機體自身[9]。

另外，血管內發生的胞外誘捕有可能為血栓形成提供支架和刺激環境，從而導致血小板聚集、黏附和激活，促進紅細胞陷入其中、白細胞積聚、纖維蛋白沉積等，形成血栓[10]。

2 盤基網柄菌及其胞外誘捕防御現象

2.1 盤基網柄菌 盤基網柄菌是一種社會性變形蟲，在進化地位上處于真菌和后生動物分枝之前，屬于黏菌蟲類(Mycetozoa)[11]。營養充足時，盤基網柄菌通過有絲分裂產生子細胞，處于未分化的單細胞狀態。饑餓誘導發育程序，大約105個細胞聚集形成可以移動的多細胞蛞蝓體，接下來分化終止并產生子實體。

在蛞蝓體階段，僅有前哨細胞保持著原有單細胞期的吞噬能力，可以在蛞蝓體內移動，捕獲并清除入侵的病原體，在多細胞體內作為固有免疫細胞發揮防御作用。

2.2 盤基網柄菌胞外誘捕防御現象 最近，發現盤基網柄菌前哨細胞在克雷伯氏菌或脂多糖刺激下，無論在多細胞體內還是在體外，能夠產生胞外誘捕現象，并發現其網狀纖維來源于線粒體DNA[12]。這類現象說明胞外誘捕發生在后生動物出現之前，在進化中具有保守性，同時也發生一些改變。

3 利用盤基網柄菌研究胞外誘捕現象的優勢

3.1 盤基網柄菌前哨細胞與中性粒細胞具有相同或相似的胞外誘捕形成機制 研究發現，活化的中性粒細胞通過Toll樣受體途徑(Toll-like receptor pathways)刺激煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2, NADPH oxidase 2, Nox2)產生大量活性氧(reactive oxygen species, ROS)，形成胞外誘捕[13]。

盤基網柄菌中含有TirA蛋白，TirA蛋白上具有Toll/interleukin受體(TIR)結構域，對于前哨細胞清除病原體非常重要。此外，盤基網柄菌中有三種酶NoxA、NoxB和NoxC與人類Nox2酶高度同源。因此，從進化角度看，檢驗它們在胞外誘捕中的作用顯得非常重要。Zhang等用基因敲除法，構建了盤基網柄菌TirA無效突變體和NoxA、NoxB、NoxC三基因無效突變體，發現它們能夠完成整個發育過程，并在蛞蝓體期產生哨兵細胞，但與野生型相比，兩種突變體產生的ROS明顯減少。

此外，用脂多糖刺激前哨細胞，兩種突變體產生的胞外誘捕結構也明顯減少[12]。這些實驗說明盤基網柄菌前哨細胞與中性粒細胞具有相同或相似的胞外誘捕形成機制。

3.2 盤基網柄菌自身特點 從進化角度來看，盤基網柄菌發生早于后生動物，與中性粒細胞有著相同或相似的細胞行為，如趨化性、吞噬作用和自噬作用。從遺傳角度看，盤基網柄菌屬于單倍體，而且很多基因與人類高度同源，易于遺傳操縱。因此，盤基網柄菌可以作為研究胞外誘捕起源和機制的模型。

4 結束語

綜上所述，胞外誘捕的形成是一個十分復雜的過程，需要多種因素共同調節。盡管相關研究逐步推進，但是還有很多問題懸而未決。例如，中性粒細胞在產生胞外誘捕過程中發生死亡，誘捕產生的網狀纖維來源于染色質DNA；而前哨細胞、嗜酸性粒細在胞外誘捕過程中不會發生死亡，誘捕產生的網狀纖維來源于線粒體DNA。因此，進一步研究胞外誘捕的起源、進化機制以及在固有免疫系統進化過程中所起的作用，可以為深入了解其產生機制提供幫助，以期為未來藥物開發提供理論依據。毫無疑問，盤基網柄菌將為解決這些問題發揮重要作用。