細胞因子風(fēng)暴綜合征（Cytokine Storm Syndrome, CSS）是一種致命的全身性炎癥反應(yīng)綜合征，誘發(fā)因素包括感染、藥物、腫瘤和自身免疫疾病等。其特點是免疫細胞過度激活并大量釋放促炎因子。中性粒細胞是體內(nèi)最豐富的白細胞。傳統(tǒng)觀點認為它們是炎癥反應(yīng)失控、加劇組織損傷的主要因素，其數(shù)量增加通常預(yù)示CSS的不良預(yù)后。然而，最新研究表明，中性粒細胞也可能在免疫抑制和組織修復(fù)中發(fā)揮重要作用。這些細胞高度動態(tài)，能迅速聚集到炎癥部位，與其他免疫細胞和非免疫細胞進行互動。盡管如此，目前對細胞因子風(fēng)暴中這些細胞相互作用的生物學(xué)效應(yīng)仍不完全了解。

2024年5月14日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所王靜團隊和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院麻醉科羅艷團隊在《Cellular & Molecular Immunology》雜志上發(fā)表了一篇題為“Neutrophil–macrophage communication via extracellular vesicle transfer promotes itaconate accumulation and ameliorates cytokine storm syndrome”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)，在細胞因子風(fēng)暴綜合征中，中性粒細胞通過釋放細胞外囊泡與巨噬細胞進行交流，這一過程促進了巨噬細胞中抗炎代謝物衣康酸的積累，進而減少了巨噬細胞促炎因子的產(chǎn)生，從而抑制了細胞因子風(fēng)暴的進展。
 

圖片來源：《Cellular & Molecular Immunology》
（https://www.nature.com/articles/s41423-024-01174-6）

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員構(gòu)建了小鼠CSS模型，通過活體成像觀察細胞因子風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展、中性粒細胞產(chǎn)生胞外囊泡的過程，以及中性粒細胞外泌囊泡在體內(nèi)的分布和靶細胞；體外研究則獲取小鼠及人中性粒細胞實驗進行機制分析，包括bulk RNA-seq和代謝組學(xué)分析，并通過Irg1敲除小鼠（賽業(yè)生物提供，產(chǎn)品編號：S-KO-02679）加以驗證。

技術(shù)路線

研究結(jié)果
1.細胞因子風(fēng)暴動物模型的建立和分析
本研究首先建立了小鼠細胞因子風(fēng)暴模型，主要采用了TLR激動劑造模方法，即先后注射TLR3激動劑（Poly I:C）和TLR4激動劑（LPS），小鼠表現(xiàn)為系統(tǒng)性的高炎癥反應(yīng)，與人類sHLH臨床表現(xiàn)相似，其常誘發(fā)細胞因子風(fēng)暴綜合征。分析發(fā)現(xiàn)在細胞因子風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展過程，巨噬細胞顯著活化且發(fā)生大量細胞死亡，是促炎因子的主要來源；巨噬細胞清除非常顯著改善小鼠在細胞因子風(fēng)暴中的生存；以上表明巨噬細胞是細胞因子風(fēng)暴中的主要致病細胞類型（圖1）。
 

圖1 細胞因子風(fēng)暴中巨噬細胞的時空動態(tài)變化^[1]

2.中性粒細胞在細胞因子風(fēng)暴中的抑炎保護性作用
通過注射Ly6G中和抗體清除中性粒細胞，卻發(fā)現(xiàn)CSS造模小鼠的生存率和生存時間顯著下降，巨噬細胞死亡數(shù)目顯著增加，循環(huán)細胞因子的水平顯著增加；反之，輸注中性粒細胞顯著改善小鼠的生存狀況，且顯著降低循環(huán)細胞因子的水平；以上表明中性粒細胞在細胞因子風(fēng)暴發(fā)揮保護性作用（圖2）。
 

圖2 中性粒細胞在細胞因子風(fēng)暴中具有保護作用^[1]

3. 中性粒細胞分泌NDEV抑制巨噬細胞促炎因子表達
通過活體成像觀察中性粒細胞在造模小鼠體內(nèi)的動態(tài)，發(fā)現(xiàn)有大量的中性粒細胞來源的囊泡（Neutrophils derived extracellular vesicle, NDEV）產(chǎn)生，且多被巨噬細胞吞噬（圖3）；之后研究人員建立一系列體外實驗系統(tǒng)，分析中性粒細胞調(diào)控巨噬細胞的機制，發(fā)現(xiàn)中性粒細胞通過產(chǎn)生NDEV調(diào)控巨噬細胞炎癥反應(yīng)，抑制巨噬細胞促炎因子的表達；隨后通過NDEV體外標(biāo)記和體內(nèi)示蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)輸注的NDEV多被巨噬細胞吞噬，即NDEV調(diào)控的主要靶細胞為巨噬細胞（圖4）；以上結(jié)果表明中性粒細胞通過分泌NDEV抑制巨噬細胞促炎因子的產(chǎn)生，進而在細胞因子風(fēng)暴綜合征中發(fā)揮保護性作用。
 

圖3 細胞因子風(fēng)暴期間中性粒細胞產(chǎn)生大量囊泡且被巨噬細胞吞噬^[1]
 

圖4 中性粒細胞通過外泌囊泡抑制巨噬細胞炎癥反應(yīng)^[1]

4.NDEV增加巨噬細胞的衣康酸水平發(fā)揮抑炎特性
代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)NDEV處理可增加巨噬細胞的抗炎代謝物衣康酸的水平（圖5）；并且NDEV處理和外源添加衣康酸衍生物OI引起炎性巨噬細胞高度相似的轉(zhuǎn)錄組變化；使用Irg1敲除的巨噬細胞（來自Irg1敲除小鼠，賽業(yè)生物提供，產(chǎn)品編號：S-KO-02679），即無法合成衣康酸的巨噬細胞，發(fā)現(xiàn)NDEV對這些巨噬細胞的抑炎效果顯著下降（圖6）；以上表明NDEV調(diào)控巨噬細胞炎癥反應(yīng)部分依賴于巨噬細胞的抗炎代謝物衣康酸。
 

圖5 NDEV處理增加巨噬細胞內(nèi)衣康酸水平^[1]
 

圖6 巨噬細胞內(nèi)源性衣康酸是NDEV抑制巨噬細胞炎癥反應(yīng)的靶點^[1]

5. NDEV抑制巨噬細胞衣康酸分解代謝
衣康酸的分解代謝酶SUC，由Suclg1編碼，在NDEV處理后的炎性巨噬細胞內(nèi)，其RNA表達和蛋白表達水平均下調(diào)；NDEV攜帶的miR-27a-3p經(jīng)雙熒光素酶實驗驗證可靶向巨噬細胞的Suclg1 mRNA并促進其降解；并且NDEV確實攜帶大量miR-27a-3p；這些結(jié)果暗示了NDEV攜帶miR-27a-3p下調(diào)巨噬細胞衣康酸分解代謝酶SUC，進而實現(xiàn)衣康酸累積（圖7）。
 

圖7 NDEV抑制巨噬細胞衣康酸分解代謝^[1]

總之，本研究闡明了中性粒細胞在細胞因子風(fēng)暴中發(fā)揮抑炎保護性作用的機制（圖8），即中性粒細胞通過產(chǎn)生胞外囊泡，攜帶miR-27a-3p下調(diào)促炎性巨噬細胞SUC表達，介導(dǎo)巨噬細胞內(nèi)源性衣康酸因分解代謝減弱而增加；衣康酸作為抗炎代謝物，可顯著下調(diào)巨噬細胞中IκBζ、NF-κB等多個炎癥信號通路，進而抑制巨噬細胞促炎因子的表達，由此中性粒細胞在細胞因子風(fēng)暴中發(fā)揮抑炎保護性作用。

圖8 中性粒細胞在細胞因子風(fēng)暴中發(fā)揮保護性作用的機制示意圖^[1]

研究結(jié)論
總體而言，這項研究表明中性粒細胞通過胞外囊泡與巨噬細胞通信，調(diào)控巨噬細胞中抗炎代謝物衣康酸的水平，促進巨噬細胞的抗炎代謝重編程，這一發(fā)現(xiàn)提示我們可以通過靶向中性粒細胞胞外囊泡來開發(fā)治療過度炎癥的新策略。

參考文獻：
[1]Kang H, Liu T, Wang Y, Bai W, Luo Y, Wang J. Neutrophil-macrophage communication via extracellular vesicle transfer promotes itaconate accumulation and ameliorates cytokine storm syndrome. Cell Mol Immunol. 2024.