
血小板在生理止血过程中的核心作用已广为人知,其在感染介导的炎症和免疫反应中也发挥着重要作用。中性粒细胞胞外陷阱(NET)是在炎症反应过程中从活化的中性粒细胞中挤出的DNA和组蛋白构成的网状物质,该过程可以由血小板参与触发。本文旨在综述感染性疾病中血小板调控NET形成的分子机制,以及NET如何影响血小板功能,为感染性疾病的发病机制和治疗提供新的理论依据。
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血小板在血栓形成和止血中发挥关键作用,同时也是免疫应答的重要参与者。血小板在细菌和病毒感染中可作为直接清除剂发挥抗感染效应[1, 2, 3],并可触发中性粒细胞胞外陷阱(NET)。NET是指在吞噬病原体的过程中,活化的中性粒细胞会挤出DNA和组蛋白的高电荷网状混合物[4, 5]。这种带电的黏附网捕获并限制病原体的扩散,进而激活内源性凝血。NET含有中性粒细胞分泌颗粒衍生的丝氨酸蛋白酶,可调节中性粒细胞和血小板的反应性[6]。本文旨在综述血小板参与NET形成的分子机制以及血小板和NET在不同病原体感染性疾病中的生物学效应,为感染性疾病的发病机制和治疗提供新的理论依据。
最新研究发现,血小板在炎症和固有免疫应答中发挥着关键作用[2]。与先天性免疫细胞类似,血小板也表达模式识别受体(PRR)[7]。PRR识别病原体相关分子模式(PAMP)以及与细胞损伤相关的内源性分子,包括微生物脂质、糖类、核酸和蛋白质[8]。人类血小板上表达不同家族的PRR,如Toll样受体(TLR)、C型凝集素受体(CLR)和核苷酸结合寡聚结构域样受体(NLR)。病原体与上述受体的结合通常会导致血小板活化、颗粒释放以及与白细胞相互作用,使血小板既能发挥血栓形成的作用,又能发挥免疫细胞的作用。
TLR是最具特征性的血小板PRR,它们能识别病原体的结构成分,尤其是细菌[9]。TLR4是首个在血小板中被报道的TLR,其可被革兰阴性菌的脂多糖(LPS)成分激活,此外还可被血浆中的氧化型低密度脂蛋白激活。LPS通过激活TLR4-髓样分化因子88信号通路,从而导致血小板脱颗粒。与TLR4不同,血小板TLR7位于细胞内的内体中,并识别核苷酸衍生物[10]。流感病毒对血小板TLR7的激活导致补体C3的释放,触发中性粒细胞DNA的释放。该过程可能导致血栓形成,并部分解释了流感患者心肌梗死风险增加的原因[11]。
CLR是一类专门通过其保守的碳水化合物结合结构域识别聚糖的表面受体。其中,参与感染介导的免疫应答的血小板CLR是C型凝集素样受体2(CLEC-2)[12]。研究证实,登革热病毒可与血小板表面的CLEC-2结合,加重了登革热的全身炎症反应[12]。此外,内源性CLEC-2配体podoplanin在细菌感染中也发挥重要作用。CLEC-2-podoplanin轴被证实在沙门菌感染介导的炎症反应中扮演重要角色,并诱发肝脏血栓形成[13]。此外,血小板CLEC-2信号转导的缺失导致淋巴结的免疫功能减弱[14]。
NLR是一类调节炎症反应和细胞凋亡的细胞质PRR,最具特征性的血小板NLR是NLR家族pyrin结构域蛋白3(NLRP3),这是炎症小体激活的传感器。血小板NLRP3的功能在登革热病毒感染中首次得到证实,登革热病毒可诱导NLRP3炎症小体的组装,导致通过血小板来源的微囊泡分泌白细胞介素-1β[15]。随后该研究证实NLRP3的激活依赖于登革热病毒刺突蛋白与血小板TLR4的结合。综上所述,血小板通过PRR对病原体的识别、调控免疫细胞的激活等途径参与感染介导的免疫应答。
中性粒细胞在感染中起着关键作用,因为其能快速到达感染病灶。中性粒细胞通过三种主要机制清除病原体:吞噬作用、脱颗粒效应、释放NET[16, 17]。NET是一种网络状框架的结构,其主要成分是与五种组蛋白形成复合物的染色质纤维[18]。NET由多种具有细胞毒性的颗粒蛋白修饰,如弹性蛋白酶、髓过氧化物酶和防御素等[5,19]。
体外研究表明,NET的主要功能是捕获病原体。一旦胞外的DNA网格捕获了病原体,染色质连接的组蛋白和微生物杀灭蛋白就负责消灭病原体[20]。因此,NET不仅可以防止病原体的播散,而且可以将微生物杀灭蛋白集中在感染灶。活性氧(ROS)依赖性NET形成的分子机制始于蛋白激酶C的激活,其反过来可激活诱导ROS形成的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶[21]。ROS诱导中性粒细胞弹性蛋白酶从噬天青颗粒释放到胞质中,并以髓过氧化物酶依赖的方式激活其蛋白水解活性[22]。弹性蛋白酶一旦进入胞质就会结合肌动蛋白并转移到细胞核[22]。NET的形成还涉及到肽基精氨酸脱氨酶4(PAD4)的激活,PAD4诱导组蛋白瓜氨酸化,并与弹性蛋白酶和髓过氧化物酶协同促进染色质解凝聚[23, 24],使用氯喹或羟氯喹可以剂量依赖性地抑制PAD4,进而抑制NET的形成[24]。虽然NET的形成最初与病原体入侵相关,但最近研究表明趋化因子受体1/2[25]、去甲基化酶[26]、血小板激动剂[27]也是NET形成的触发因素。根据中性粒细胞受到刺激时的位置,NET可遍布于特定器官的间质,也可释放到血管附着在毛细血管的管壁上[28]。DNA纤维的黏性使血管NET能够形成复杂的三维支架,不仅覆盖有组蛋白和细胞毒性蛋白,还覆盖有血小板和红细胞,以及炎症反应的其他成分,如补体C5a、凝血因子Ⅻ和组织因子[29]。因此,在感染过程中,免疫系统和止血系统存在密切的相互作用,以对抗入侵的微生物并维持宿主的止血功能。
目前普遍认为,由细菌或病毒激活的血小板介导的NET形成最初是由TLR介导的病原体识别造成的[1,30]。事实上,血小板TLR4的阻断显著抑制了NET的形成,该机制在脓毒症的治疗中已得到证实[31]。血小板的TLR4下游信号传导涉及细胞外信号调节激酶(ERK)和磷脂酰肌醇3-激酶信号的激活以及血栓烷A2的产生,从而诱导α颗粒内容物的释放[32]。血小板可通过膜上的血小板膜糖蛋白与假性血管血友病因子(vWF)结合,从而识别中性粒细胞的β3整合素,将两者连接起来[33]。虽然P-选择素被证实支持小鼠血小板介导的NET形成,但其在人类细胞中的效应并不显著[34]。类似在肺损伤的小鼠模型中,阻断血小板整合素αⅡbβ3抑制了NET的形成,而对人类血小板的研究表明,αⅡbβ3似乎不参与该过程[35]。以上结果表明,NET形成中血小板和中性粒细胞之间的桥梁在不同物种之间有所差别。血小板因子4(PF4)和高迁移率族蛋白1(HGMB1)是从α颗粒释放的分子,已被证实可以诱导NET释放[36]。PF4与中性粒细胞糖胺聚糖结合,激活ERK信号通路;而HGMB1可诱导中性粒细胞自噬过程[36]。病毒感染诱导的NET相关研究表明,甲型流感病毒被人类血小板吞噬,导致补体C3从血小板释放,C3反过来导致中性粒细胞DNA释放[37]。在流感病毒感染的小鼠中,中性粒细胞整合素巨噬细胞-1抗原介导的血小板结合在NET形成中起关键作用[38]。
除外血小板TLR,血小板CLEC-2是感染过程中血小板和中性粒细胞相互作用的另一个关键介质[39]。登革热病毒激活血小板CLEC2释放血小板源性外泌体,通过激活中性粒细胞中的CLEC-5A和TLR2从而促进NET的形成和促炎因子的释放[40]。有趣的是,CLEC-2是诱导人类免疫缺陷病毒(HIV)与血小板结合所必需的分子,然而,尚未有证据表明HIV激活的血小板是否能诱导NET的形成。血小板介导的NET释放可以通过经典的血小板激动剂实现,包括腺苷二磷酸、胶原蛋白、凝血酶和花生四烯酸[36]。鉴于以上分子都是在脓毒症期间产生的,我们可以推测,血小板TLR或CLEC-2和其他血小板止血受体的同时激活将显著促进感染期间NET的形成和释放。综上所述,血小板介导的NET形成的机制高度依赖于炎症免疫微环境,受体—配体结合以及可溶性介质可能是该过程的主要调控因子。
2007年,Clark等[31]在小鼠脓毒症模型中首次报道了血小板在NET形成中的作用,在该模型中,LPS与血小板TLR4结合,导致中性粒细胞活化和NET的形成。这一发现在随后的其他研究中得到了进一步证实,并扩展到革兰阳性细菌感染[41]。在脓毒症中,仅在肝窦或肺毛细血管网中观察到NET的形成,但在其他器官的血管中没有观察到[31,42]。该现象是否与脓毒症期间以组织特异性方式上调的内皮细胞黏附分子有关仍不清楚。
最近多项研究证实了在人类细胞中细菌活化的血小板促进NET形成的能力[41,43]。鉴于NET与血管的密切关系,派生出“免疫性血栓形成”一词,该术语定义了一种固有免疫应答,涉及免疫系统和特定凝血蛋白参与的毛细血管水平的血栓形成[44]。免疫性血栓形成有利于识别、限制和清除病原体[44]。然而,在脓毒症小鼠模型中,NET和血小板的串扰失调可能导致弥散性血管内凝血(DIC)或多器官功能衰竭[45]。事实上,NET的成分是促凝剂和促血栓形成剂,它们可促进中性粒细胞、血小板和凝血系统之间的正反馈激活机制,从而导致DIC[46]。NET的凝血酶原特性是组蛋白与vWF结合的效应,vWF促进血小板聚集,组蛋白也是强效的血小板激动剂[16]。此外,组蛋白对内皮细胞具有高度细胞毒性,进一步促进血小板活化和血栓形成。值得注意的是,以上研究均仅分析了NET的单个成分如何影响血小板功能,但并不一定反映NET作为整体对血小板功能的影响。
在细菌性感染中,血小板和中性粒细胞之间相互作用的另一个特征是血小板可以调节中性粒细胞对不同类型LPS的敏感性[47]。在7种不同类型的LPS中只有两种能够触发NET的形成,然而,这种选择性在血小板存在的情况下消失了[47]。尽管有许多体外和体内研究支持血小板在NET形成中的作用,但关于血小板与中性粒细胞相互作用在脓毒症患者中的相关性的研究有限。最近一项研究表明,尽管脓毒症患者存在循环NET和活化血小板,但这两个参数之间并无相关性[48]。相反,在内毒素血症患者中检测到高水平的循环瓜氨酸化组蛋白H3与血小板和中性粒细胞胞外囊泡结合[49]。然而,该研究纳入的患者样本较少,需要更大型的队列研究来阐述血小板和中性粒细胞或其他炎症细胞在NET形成中的相互作用。
最早于2011年Narasaraju等[50]首次报道了NET在病毒性感染中的作用,在甲型流感病毒肺炎中,肺泡破坏区域内发现了NET,提示其在肺损伤中的作用。在病毒性感染中,NET的形成是病理性的,而非保护性,这一结果也在其他病毒中得到了证实,包括汉坦病毒、呼吸道合胞病毒和猴免疫缺陷病毒(SIV)[51, 52, 53]。然而,也有研究得出相反的结论,即NET可保护宿主细胞免受病毒感染,并促进病毒清除[54]。此外,登革热病毒不仅干扰NET的形成,而且抑制佛波醇-肉豆蔻酸酯-乙酸盐依赖性NET的形成[55]。
Jenne等[56]在感染了兔黏液瘤病毒的小鼠中观察到了NET的存在。此外研究发现,肝窦中黏附的中性粒细胞上的血小板积聚对NET的形成和宿主病毒反应至关重要,因为它们可捕获病毒,从而保护宿主细胞免受病毒侵扰[56]。有趣的是,用感染SIV的猕猴的中性粒细胞和血小板体外诱导NET形成,导致血小板被显著捕获,该现象不仅可以解释病毒感染导致的血小板减少症,还可以解释在HIV/SIV感染的群体中观察到的由于免疫性血栓形成导致的高危心血管事件[53]。
甲型流感病毒感染诱导的血小板活化促进了肺毛细血管血栓形成,导致血管损伤和出血倾向。最近研究表明,活化的血小板能与中性粒细胞相互作用,形成中性粒细胞-血小板聚集体(NPA),从而导致NET的释放并介导组织损伤[57]。此外,在流感病毒感染的患者中,高倍镜下观察到活化的血小板中含有病毒颗粒,以及与血小板相关的细胞外DNA[57]。基于以上研究结果,可以推测在NPA或NET中,血小板与中性粒细胞的相互作用是一个十分关键的细胞生物学事件,可能与肺损伤和流感病毒相关的血栓形成密切相关。需要更多研究来探讨NPA是否为NET形成的必要条件,以及这种血小板介导的NET释放是否为所有病毒感染的共同机制。综上,尽管有许多证据表明病毒感染可触发NET的释放,但病毒诱导的NET形成的分子机制是否与细菌诱导的NET形成相似,目前仍有待探究。
血小板作为免疫应答的关键调节因子,在感染性疾病中扮演不可忽视的角色。本文综述了血小板与中性粒细胞在感染介导的免疫应答中的作用,以及血小板介导的NET形成在不同病原体感染中的作用。尽管已有研究系统性报道了血小板介导的NET形成机制,但炎症和血栓形成之间的复杂网络关系仍然有待深入探究。并且,目前尚不清楚NET的不同亚细胞来源(如细胞核或线粒体)与血小板的相互作用机制是否一致。最后,目前大部分相关研究均是在动物模型中完成,开发靶向血小板-NET的相关药物并将其转化为临床研究,将成为未来研究的重要方向。
杨华湘, 李扬杰, 何杨兰, 等. 血小板介导的中性粒细胞胞外陷阱在感染性疾病中的研究进展[J]. 中华医学杂志, 2024, 104(2): 158-162. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20230821-00273.
所有作者声明不存在利益冲突





















