中性粒细胞胞外杀菌网络的研究

中性粒细胞胞外杀菌网络的研究

摘要中性粒细胞又称为多形核白细胞（polymorphonuclear neutrophils, pmns），是机体抵御微生物病原体入侵的第一道防线。pmns的灭菌方式主要分为呼吸爆发和形成胞外杀菌网络（neutrophil extracellular traps, nets），后者的效率远远高于前者。胞外杀菌网络由核酸物质和颗粒蛋白组成，在诱导因子刺激下形成网状结构，捕杀病原体，其内在杀菌机制成为近年pmns

杀菌功能的研究热点。

关键词中性粒细胞；胞外杀菌网络；杀菌机制

中图分类号q81 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）42-0092-03

research on the neutrophil extracellular traps of polymorphonuclear neutrophils

liang ya

guangdong polytechnic institute，guangzhou 510091 guangdong province

abstract polymorphonuclear neutrophils （pmns）are one of the first defenses against invading microbes. there are two ways for pmns to kill bacteria, phagocytosis and neutrophil extracellular traps （nets）, which is much more effective. nets are composed of dna and protein. after the stimulation

of inducing factor, nets appear and capture the pathogens. the mechanism of nets becomes a current research focus in the field of pmns.

keywords polymorphonuclear neutrophils；neutrophil extracellular traps；bactericidal mechanism

中性粒细胞，即分叶核白细胞（polymorphonuclear neutrophils，pmns），胞内含呈弥散性分布的颗粒，它处于机体抵御化脓性细菌等微生物病原体入侵的第一线，在非特异性细胞免疫系统中起十分重要的作用[1，2]。pmns具有趋化、吞噬及杀菌等功能。当病原体入侵时，pmns被趋化性物质吸引到炎症部位，伸出伪足将病原体包裹形成吞噬泡。随着吞噬作用的开始，细胞膜紊乱引起呼吸爆发，产生大量的过氧化物及超氧化物等细胞毒性效应分子，结合胞内大量溶酶体酶，将吞噬入细胞内的细菌和组织碎片分解。pmns在吞噬细菌等病原体后，本身随即死亡解体，释出各种溶酶体酶，损伤周围组织而形成脓肿。2004年，max-planck研究所volker brinkmann研究小组发现pmns具有第二种杀菌机制[3]。即pmns可以在胞外形成由核酸物质和颗粒蛋白组成的网状结构，捕杀病原体。brinkmann将这种结构命名为胞外杀菌网络（neutrophil extracellular traps, nets），并且发现nets的杀菌效应远高于吞噬杀菌机制[4]，成为近年研究pmns杀菌功能的热点。

1 nets的组成

nets由核酸物质组成，不含任何其他细胞骨架蛋白 [3，5，6，7]。核酸物质包括dna和颗粒蛋白。dna是nets的主体部分，构成一个骨架结构从而固定各种蛋白颗粒。颗粒蛋白则包含由弹性蛋白酶、组织蛋白酶g、髓过氧化酶（myeloperoxidase, mpo）等蛋白组成的来自pmns的嗜天青颗粒（原发颗粒）、由乳铁蛋白、明胶酶等蛋白组成的继发颗粒和三级颗粒。在高分辨率扫描电镜下可观察到，nets由平滑延伸的丝状结构组成，其直径在15nm~17nm之间；在这些平滑丝上，有一些直径大约25nm的球状结构域，它们可以成束聚集为直径达50nm的结构。透射电镜显示，nets周围无任何膜状结构包围，而且未在nets中发现颗粒膜蛋白cd63、胞质的膜联蛋白（annexin i）、肌动蛋白、微管蛋白以及其他各种胞质的标志性蛋白存在[3，8]。

2 nets的形成

pmns被刺激后，活化而具有高吞噬性，随后形态发生一系列变化，最终形成nets。最初，pmns外型从球状变为扁平，胞内形成数目众多的液泡。一小时后，pmns特有的分叶核小叶开始消失，在核膜保持完整的情况下，染色体开始解旋。与此同时，内外核膜间的空腔逐渐扩大（0min, 18.8±3.9nm; 60min, 27.9±5.8nm）。大约两小时后，细胞内部分颗粒消失，核膜形成一些特殊的液泡，颗粒蛋白和核酸物质混合于液泡中。大约三小时后，绝大部分颗粒消失。在此过程中，胞内膜纷纷破裂，核酸物质和颗粒蛋白融合，但

细胞质膜始终保持完整。大约220min后，大部分细胞死亡，细胞质膜破裂，高度活跃的核酸和蛋白混合物释放到胞外，展开形成可以捕杀细菌的nets [7]。

通过形态学上的比较，pmns最终释放nets的这种死亡方式不同于细胞调亡和细胞坏死[7]。形成nets的过程中，核膜解体并形成一些新的液泡，核酸物质和颗粒蛋白融合。在细胞膜破裂释放nets 前，电镜下显示细胞调亡的特征性标记磷脂酰丝氨酸（ps）并未暴露出细胞外被荧光染料染色，揭示了nets并不是由凋亡细胞产生，不同于细胞调亡。brinkmann buchanan等人进一步发现，人pmns 在激活后10min内已经产生nets，该过程在时间上发生在细胞凋亡之前[4，9]。

另一方面，将nets的产生与细胞坏死比较，研究人员在nets

中没有发现任何胞质蛋白，如：肌动蛋白和微管蛋白，表明nets

不是细胞坏死后崩解泄漏的产物[4]。fuchs等利用活细胞成像监测单个pmns的活动，揭示nets的形成是一个活跃细胞程序性死亡的最后一步，细胞在死亡时才释放出nets[7]。活的斑马鱼体内nets 在pmns被激活后释放，该过程依赖于nadph氧化酶的激活和活性氧（reactive oxygen species, ros）的生成，是一个始终保持细胞完整性最后快速释放核物质的活跃过程，它使得pmns在生命结束后仍然能实现其杀菌作用[10]。

3 nets的功能