中性粒细胞胞外陷阱（NETs）形成的力学调控机制

Neutrophils, as one of the first lines of defense against invading microbes, play critical roles in innate immune responses. The mechanisms used by neutrophils to eliminate microbes include phagocytosis and degranulation. Recently, another distinct mechanism was discovered. Neutrophils release web-like extracellular structures, called neutrophil extracellular traps (NETs), to immobilize and kill invading microbes. However, NETs are double-edged swords, as may lead to tissue damage, organ failure and even death. Increasing evidences demonstrate mechano-sensitive molecules are involved in NETs formation, implicating that mechano-signals most likely regulate NETs formation. However, to the best of our knowledge, studies on how mechano-signals regulate NETs formation have not been documented yet. To address this question, in this project, neutrophils are exposed to various shear stresses and strain rates to monitor NETs formation by using flow chamber, cell stretching techniques combining with fluorescent microscopy. Meanwhile, key mechano-sensitive molecules involved in force-induced NETs formation are examined. Our work should be useful in better understanding of NETs formation and providing novel insights and strategies in therapeutics.

中性粒细胞作为抵御微生物入侵第一道防线的一部分，在先天性免疫中起着重要的作用。中性粒细胞通过吞噬或脱颗粒机制来清除微生物。最近，人们发现了一种新的中性粒细胞清除微生物的机制。中性粒细胞会释放网络状的胞外结构，即中性粒细胞胞外陷阱（NETs），来固定并杀伤入侵微生物。然而，NETs是把双刃剑，源于NETs也可引起组织损伤、器官衰竭甚至死亡。越来越多的证据表明，力学敏感分子参与了NETs的形成，暗示着力学信号很可能参与调控NETs的形成。然而，据我们所知，对于力学信号如何调控NETs的形成的研究尚未有报道。为了回答这一科学问题，本项目中，我们将运用流动腔、细胞拉伸等技术，结合荧光显微镜技术，对中性粒细胞实施不同剪应力和应变的加载，并观察NETs的形成。同时，我们也将检测参与力介导的NETs形成的关键力学敏感分子。本研究将有助于我们更好地认识NETs的形成，并为相关疾病的治疗提供新的思路和策略。

中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）是一种新的中性粒细胞杀伤入侵微生物的策略。然而，越来越多的证据表明NETs与多种疾病的发生发展有着密切的联系，如癌症、脓毒症、自身免疫疾病以及血栓等。NETs在血管内的形成是免疫血栓形成的关键事件，而血流微环境调控NETs形成（NETosis）的机制尚未明晰。针对这一科学问题，我们重点研究了稳定黏附于血管内皮细胞表面分子ICAM-1上的中性粒细胞在不同的刺激（脂多糖LPS、脂磷壁酸LTA和豆蔻酰佛波脂乙酯PMA）下NETs形成的机制。研究发现：1）在静态条件下，LPS、LTA和PMA均可导致稳定粘附于ICAM-1上的中性粒细胞产生NETs；LPS和LTA诱导的NETosis依赖于中性粒细胞表面的Beta2整合素Mac-1，而不依赖于Beta2整合素LFA-1，PMA诱导的NETosis不依赖于中性粒细胞的粘附；LPS诱导的NETosis受PAD4瓜氨酸化组蛋白的调控，而不受NADPH产生的ROS的调控；不同的是，LTA诱导的NETosis同时受到PAD4瓜氨酸化组蛋白和NADPH产生的ROS的调控；胞外钙的内流在LPS诱导的NETosis中起着重要的作用。2）在流体作用下，随着剪应力增加，稳定粘附于ICAM-1表面中性粒细胞产生的NETs显著增加；有意思的是，流体通过加快PAD4瓜氨酸化组蛋白和开启NADPH信号通路促进了LPS诱导的NETosis。3）胞内关键力敏感蛋白细胞骨架微丝和踝蛋白Talin-1在NETs形成的过程中扮演着重要的角色。上述研究结果为感染条件下中性粒细胞与血管内皮细胞直接相互作用产生NETs的机制提供了新的见解，为相关疾病的治疗和新药物的开发提供了新的思路。在本项目的资助下，发表SCI论文5篇，中文核心期刊1篇，培养硕士研究生4人，完成项目预期目标。经费使用按预算执行，共支出项目经费的74.67%。