中性粒細胞在結核病中作用的研究進展

林懿騫 張 敏

暨南大學附屬廣州紅十字會醫(yī)院呼吸內科，廣東廣州 510220

結核病（tuberculosis，TB）是由結核分枝桿菌（mycobacterium tuberculosis，M.tuberculosis）引起，主要通過空氣傳播的一種傳染病，目前是一個重要的全球健康問題。最新報告指出，2019年全球約有1/4的人口感染結核分枝桿菌，其中新增TB患者約有1000萬例，死亡人數約為122萬例，病死率仍然居于單一傳染病首位[1]。結核分枝桿菌的感染取決于其與宿主多種免疫細胞的相互作用，其中，中性粒細胞是最早被募集到感染部位，也是肺部結核分枝桿菌感染時最多的免疫細胞，這已在多種TB模型中被證實[2]。近年來，很多研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞在TB中不僅發(fā)揮著病原體的直接殺滅作用，也在分子調節(jié)及病理損傷中具有重要的作用。因此，本文就中性粒細胞在結核病中作用的研究進展做一綜述。

1 中性粒細胞在結核病的早期免疫

1.1 中性粒細胞在結核病的趨化與募集

病原體侵入機體后，中性粒細胞被白細胞介素-8 （interleukin-8，IL-8/CXCL8）等趨化因子激活，其G蛋白耦聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPCRs）構象發(fā)生改變，從而使中性粒細胞在流動條件下牢固黏附于內皮細胞，然后順著補體 5a（complement component 5a，C5a）等趨化因子的濃度梯度在血管內皮上遷移，最后通過周細胞間隙進入受感染區(qū)域[3]。有一項研究表明，新型C型凝集素受體CLEC9A在與結核分枝桿菌結合后介導激活脾臟酪氨酸激酶（spleen tyrosine kinase，SYK）和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途徑，選擇性上調 CXCL8，進而促進中性粒細胞的募集[4]。但是，在較早的一項小鼠實驗表明，內皮細胞大量表達的胞外-5’-核苷酸酶（CD73）在缺氧情況下會刺激內皮細胞形成內皮屏障，降低結核分枝桿菌感染后中性粒細胞的大量募集[5]。而另一項斑馬魚的實驗研究也表明，在分枝桿菌感染后，機體的miR-206會明顯上調，通過抑制Cxcl12/Cxcr4信號軸，進而減少中性粒細胞向感染區(qū)域的募集[6]。可見，結核分枝桿菌對中性粒細胞的募集及趨化作用是雙向的，而且是多途徑并且受體內理化因素的影響，這突出了中性粒細胞對分枝桿菌免疫反應的復雜性。

1.2 中性粒細胞在結核病的吞噬作用

中性粒細胞在到達感染部位后，表達出Fc受體、C型凝集素受體、模式識別受體、補體受體等受體[7]，還會對結核分枝桿菌表面的海藻糖二霉菌酸酯（trehalose-6，6-dimycolate，TDM）及硫脂（sulpholipids，SL）選擇性識別[8]，繼而啟動吞噬作用：由偽足沿著與細菌結合的部位從四周伸展包抄，最后收口直至脫離質膜形成吞噬體。Wilson等[9]發(fā)現(xiàn)，C型凝集素受體中CLECSF8影響結核分枝桿菌與中性粒細胞結合，其缺乏會明顯減少結核分枝桿菌與中性粒細胞的結合，降低中性粒細胞的吞噬作用。中性粒細胞表面存在的許多模式識別受體，盡管在過去的研究中被認為在控制體內結核分枝桿菌感染方面是冗余的[10]，但是CLECSF8的研究讓人們意識到其在中性粒細胞吞噬中的重要作用。另一方面，分枝桿菌膜糖脂在與人中性粒細胞質膜脂筏中的乳糖神經酰胺 （lactosylceramide）結合后降低了誘導部分激酶的集合能力，阻礙了吞噬溶酶體的形成[11]，從而使結核分枝桿菌在宿主細胞內存活和復制。結核分枝桿菌上的膜糖脂對乳糖神經酰胺的作用或許能成為抗結核治療的新靶點。

1.3 中性粒細胞的呼吸爆發(fā)、中性粒細胞胞外殺菌網絡（neutrophil extracellular traps，NETs）在結核病中的作用

在中性粒細胞吞噬病原體后形成吞噬溶酶體，激發(fā)細胞的呼吸爆發(fā)形成活性氧（reactive oxygen species，ROS）。吞噬溶酶體上的NADPH氧化酶會通過將電子轉移到分子氧上生成超氧陰離子，然后通過超氧化物歧化酶及髓過氧化物酶轉化為過氧化氫、次氯酸和其他反應性中間體，從而消除病原體[12]。然而在一項小鼠的實驗中發(fā)現(xiàn)，結核分枝桿菌的分泌蛋白PPE2與NADPH氧化酶的胞質亞基p67相互作用，并阻止p67phox和p47phox定位到膜上，破壞了NADPH氧化酶復合物的組裝，導致NADPH 氧化酶活性降低，抑制活性氧的產生，從而有利于結核分枝桿菌在巨噬細胞中的存活[13]。更早的研究也發(fā)現(xiàn)，結核分枝桿菌會分泌出超氧化歧化酶 （superoxide dismutase，SOD）、整合膜蛋白（integral membrance protein）和巰基氧化還原酶（thiol-oxidoreductase）等形成膜相關氧化還原酶復合物 （membrane-associated oxidoreductase complex，MRC），通過氧自由基解毒和硫醇穩(wěn)態(tài)之間的協(xié)調來克服惡劣的氧化環(huán)境。結核分枝桿菌自身分泌等多種蛋白使其有效躲避活性氧作用，降低中性粒細胞的殺菌作用[14]。因此，如何抑制相關蛋白的分泌，增加活性氧作用或許能成為另一個治療途徑。

中性粒細胞除了通過活性氧及脫顆粒作用破壞病原體外，還釋放一種稱為NETs的結構，可以捕獲和殺死微生物。NETs是中性粒細胞的一種獨特的免疫應答方式，其主要是由DNA組成骨架，多種蛋白包裹于內，通過其特殊的三維結構捕獲病原體，并通過抗菌蛋白對病原體進行殺滅[15]。Ⅰ型干擾素是由先天性免疫細胞介導轉錄的抗病毒轉錄因子，但在活動性肺結核中，Ⅰ型干擾素的轉錄會增多，進而促進中性粒細胞形成NETs，NETs會引起免疫性損傷并最終破壞組織，反而推動了病情的進展[16]。另一面NETs因與游離的分枝桿菌有相似內徑而能容納分枝桿菌[17]，從而保護細菌免受機體環(huán)境的壓力，反而促進了其傳播。研究發(fā)現(xiàn)，NETs結構對多數病原體如革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌及真菌都表現(xiàn)出明顯的殺菌作用[18]，然而其對結核分枝桿菌的殺菌作用卻有所減弱，不但保護了細菌的生存，同時也促進了細菌對組織的損傷，因此抑制該結構的產生或許能有效減緩病情的發(fā)展。

1.4 中性粒細胞在結核病中的自噬與凋亡作用

自噬是一種確保細胞在壓力條件下生存的機制，是將受損的細胞器等物質通過溶酶體形成自噬體，進行降解再利用的過程，其也參與機體生長發(fā)育、免疫、腫瘤等病理生理過程。在過去，我們已經知道中性粒細胞可以通過自噬殺滅炭疽芽孢桿菌[19]，而在最近的研究中顯示，在感染結核分枝桿菌后，結核分枝桿菌抗原會刺激中性粒細胞表達共刺激因子信號淋巴細胞激活分子家族成員1（SLAMF1），其會激活及誘導自噬體的形成，增強中性粒細胞的自噬作用。但同時該組研究人員也發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，結核病患者中性粒細胞的自噬水平顯著降低。SLAMF1 水平較低，考慮與某些人類病理過程中共刺激分子的失衡有關[20]，仍需進一步研究其中的矛盾機制。另一方面，杜金艷等[21]發(fā)現(xiàn)，感染結核分枝桿菌后，患者外周血中控制中性粒細胞自噬的相關基因Beclin 1的表達明顯下降，中性粒細胞中自噬標志性蛋白LC3降低。表明在結核分枝桿菌感染后，中性粒細胞自噬功能會受到限制。

凋亡對于炎癥消退至關重要，中性粒細胞形成ROS、脫顆粒等過程后的產物會對機體自身造成損害，需要及時發(fā)生凋亡而易于被巨噬細 胞吞噬，并從系統(tǒng)中分解，這一過程的延遲及失效可導致組織損傷及病理改變。在早期的實驗中證實，凋亡的中性粒細胞通過激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（caspase-1）和白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）調節(jié)結核分枝桿菌感染的巨噬細胞的細胞因子釋放，增強了控制毒性結核分枝桿菌細胞內生長的能力[22]。但是，另一方面結核分枝桿菌利用毒力因子來限制體內中性粒細胞的凋亡，并增加中性粒細胞的壞死[23]。這一過程減弱了上述控制細菌胞內生長的能力，反而增加了中性粒細胞壞死的數量，壞死的中性粒細胞會削弱機體對結核分枝桿菌的控制，降低保護性細胞因子反應[24]。

2 中性粒細胞在結核肉芽腫中的作用

與大部分細菌感染不同，人類機體的防御機制難以完全清除結核分枝桿菌，當活動性結核病被控制后，結核分枝桿菌會進入休眠狀態(tài)[25]，體內形成肉芽腫，它是由上皮樣細胞聚集形成的保護結構以隔離結核分枝桿菌，避免其造成進一步損害，但同時其也成為擴大傳播的一種機制[26]。中性粒細胞是肉芽腫內的主要炎癥細胞之一[27]。Gideon等[28]在結核分枝桿菌感染獼猴實驗中發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞表達腫瘤壞死因子（TNF）、白細胞介素-4（interleukin-4，IL-4）、γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）和白細胞介素-10（interleukin-10，IL-10）等多種細胞因子，與外周血相比，肺肉芽腫內的中性粒細胞具有更高程度的多功能性，參與了肉芽腫的細胞因子環(huán)境，可能是結核肉芽腫中重要的免疫調節(jié)細胞。Scott等[29]發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞胞質大量存在的鈣結合蛋白S100A8/A9在結核慢性肉芽腫中間接或直接地介導中性粒細胞的積聚，此外，在募集至肺部后，結核分枝桿菌感染誘導的 S100A8 / A9 蛋白可能會調節(jié)中性粒細胞的吞噬受體表達，從而使中性粒細胞的結核分枝桿菌感染增加，促進了疾病的進展。在過去，肉芽腫的組織壞死曾被認為是疾病轉歸的標志，近期的斑馬魚實驗證明，中性粒細胞隨時間在肉芽腫內的募集，并發(fā)現(xiàn)與肉芽腫壞死成反比，一定程度的肉芽腫壞死可能是控制分枝桿菌感染的有效過程，是平衡感染與免疫的結果[30]。

3 總結

綜上所述，在結核感染過程中，中性粒細胞如同一柄雙刃劍，一方面通過加強早期募集、吞噬，增強功能性等正面抵抗著結核分枝桿菌的入侵，另一方面，NETs結構會被結核分枝桿菌用于逃避免疫，增強機體的炎性反應，而晚期的中性粒細胞聚集則會加強肺部病理損傷。此外，中性粒細胞在結核感染過程中表現(xiàn)出異質性，如出現(xiàn)更多的低密度中性粒細胞（low density neutrophils，LDNs）[31]，在肉芽腫內的中性粒細胞表現(xiàn)出更高程度的多功能性。其中的部分機制尚未完全清楚。結核感染過程中，中性粒細胞與其他免疫細胞間的相互影響與調節(jié)，及與結核分枝桿菌的相互作用仍有待進一步研究闡明，這將有助于更好地理解其在結核病中的作用。