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Cell | 肥大细胞在过敏反应中捕获中性粒细胞并释放炎症因子——新的炎症信号传递机制
Highlights
1. MCs在IgE介导的组织脱颗粒时诱导中性粒细胞群
2. 活的中性粒细胞被MC捕获并形成细胞中细胞结构
3. MIT显示出功能和代谢健康增加
4. MITs更具促炎作用，可以胞吐活性的中性粒细胞化合物
近日，“Cell”（IF=45.5）上发表了一篇题为“Neutrophil trapping and nexocytosis, mast cell-mediated processes for inflammatory signal relay”的文章。这篇文章研究了在过敏反应中，肥大细胞如何捕获中性粒细胞来影响中性粒细胞的行为，并在体内形成细胞内细胞结构。
研究背景介绍
中性粒细胞是免疫系统中的一种主要白细胞，负责抵御微生物入侵和促进组织修复。
肥大细胞（MCs）是免疫系统中的另一种重要细胞，主要分布在身体的结缔组织中。它们含有大量的炎症介质和蛋白酶，能够在IgE介导的过敏反应中快速释放这些物质，引发或调节炎症反应。
细胞内细胞结构（CIC）是一种特殊的细胞间相互作用，其中一个活细胞被另一个细胞完全包围。
Nexocytosis是一个新提出的术语，用于描述MCs在捕获并杀死中性粒细胞后，能够在受到IgE介导的再次刺激时，延迟释放中性粒细胞源性化合物的过程。
研究思路分析
研究技术路线图
01中性粒细胞与MCs的相互作用与捕获过程
①通过IgE抗体对MCs进行局部致敏，随后通过系统应用抗原诱导MC脱颗粒。研究发现，过敏反应诱导之前，中性粒细胞在组织中随机迁移，而在MC脱颗粒后，中性粒细胞的迁移速度增加，并转向朝向MC的定向迁移，形成围绕MC的小簇。这些簇是短暂的，20分钟后消失。
②在体外共培养实验中，也观察到脱颗粒的MCs吸引中性粒细胞并形成瞬时的中性粒细胞簇。表明，IgE介导的MC脱颗粒可以重新引导中性粒细胞，使其在过敏条件下与MC紧密接触。
③活体成像发现，当中性粒细胞簇解散后，有些中性粒细胞留在了MCs内。这些中性粒细胞被MCs膜完全包裹，并定位在细胞内的囊泡中，形成CIC，即MCs内陷阱（MIT）。体外共培养实验也证实了IgE介导的MCs脱颗粒可以诱导MIT的形成。表明MCs脱颗粒与中性粒细胞动态之间的意外相互作用，确定了MCs介导的在过敏原的组织中捕获活中性粒细胞。
02MIT形成的过程与机制
①研究发现，Unc13djinx/jinx小鼠的脱颗粒缺陷型腹腔MCs（PMCs）在IgE介导的脱颗粒中只释放了少量的颗粒货物。与正常中性粒细胞共培养发现Unc13djinx/jinx PMCs的MIT形成减少了70%以上，且中性粒细胞仍然被吸引到接收IgE介导信号的脱颗粒缺陷型PMCs，但无法侵入它们。这表明MCs通过非颗粒介质吸引中性粒细胞。
②实验发现，LTB4是一种可能的吸引剂，它在MCs激活后迅速释放且短暂活跃。通过抑制LTB4的合成或信号传导，可以显著减少中性粒细胞的迁移和聚集，从而完全阻止MIT的形成。而LTB4缺陷的MCs或中性粒细胞也无法形成MIT，证实了LTB4在捕获过程中的关键作用。此外，嗜酸性粒细胞也能被MCs捕获，但效率低于中性粒细胞，而单核细胞和树突状细胞则不易被捕获。
③实验发现，IgE介导的MCs脱颗粒会降低细胞弹性，有利于中性粒细胞的入侵。而其入侵主要分为两个步骤：首先，MCs通过膜结构捕获中性粒细胞，并在接触后5分钟内完全包裹它们；其次，MCs在中性粒细胞周围形成一个短暂的类似吞噬杯的肌动蛋白结构，然后解构以完成内化。
03MIT对MCs功能和炎症反应的影响
①研究显示，大多数MIT和仅脱颗粒的MCs在48小时内保持存活和完整，MIT数量甚至略有增加。然而，被困在MIT中的中性粒细胞在形成陷阱后12小时开始死亡，48小时内超过80%的中性粒细胞在MIT内死亡。
②此外，中性粒细胞的碎片在MIT囊泡中未被完全消化，长期存在。因此，MCs是MIT形成中的“获胜细胞”。基因表达分析显示，MIT-MCs上调了与FcεRI信号传导、氧化磷酸化和蛋白质翻译途径相关的基因表达，而下调了与细胞代谢、脂质和胆固醇合成以及膜脂质和碳水化合物代谢相关的途径。
③实验发现，MIT在IgE介导的再次脱颗粒能力方面优于仅脱颗粒的MCs。此外，MIT适应了其代谢方式，内化较少的脂肪酸，并具有更高的线粒体呼吸作用。
④进一步发现，MIT通过不同的代谢途径来维持其增强的线粒体呼吸。且MIT在营养限制条件下通过降低空泡内pH值加速了中性粒细胞的消化，减少对外部营养物质的依赖，为自身提供了额外的代谢物。
⑤通过将MIT与未捕获中性粒细胞的MCs进行对比实验，发现MIT在二次脱颗粒时释放了更多的促炎介质，如白三烯B4、前列腺素E1和D2，表现出更强的促炎特性。
⑥尽管这些中性粒细胞在MIT形成后的48小时内死亡，但它们的一些组分并未被完全消化，并在MITs中存留数天。在MITs经历二次脱颗粒时，这些中性粒细胞物质，包括DNA和特定蛋白，被排出至细胞外空间，这一过程被称为“nexocytosis”。此外，MIT释放的中性粒细胞DNA和其他物质还能激活巨噬细胞中的cGAS和I型干扰素反应。
图1. 过敏性组织中脱颗粒MCs周围的中性粒细胞聚集
图2. 脱颗粒MCs在体内外捕获聚集的中性粒细胞
图3. MIT形成依赖于MCs颗粒的胞吐作用和LTB4合成
图4. 中性粒细胞进入脱颗粒MCs的两种模式
图5. MIT形成对MCs和中性粒细胞导致不同的功能后果
图6. MITs从脱颗粒中恢复得更快，并且更少依赖于细胞外营养物质
图7. MITs获得促炎特性并释放中性粒细胞衍生的DNA和效应蛋白
图8. Abstract
结论与讨论
本研究揭示了MCs在过敏反应中能捕获中性粒细胞，形成MIT。这些MIT不仅增强了MCs的代谢和功能恢复，还获得了延迟释放中性粒细胞源性化合物的能力，包括DNA和具有促炎作用的蛋白质。这一过程被称为“nexocytosis”。
尽管研究提供了关于MCs捕获中性粒细胞及其后续效应的新见解，但仍需进一步研究来确定MITs在不同病理生理环境中的具体作用和机制。未来的研究应探索MITs在其他器官系统中的作用，并深入理解其在慢性炎症性疾病发展中的影响。