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Nature子刊发文揭示剪切力如何通过Piezo1通道激活中性粒细胞的NETosis
Highlights
1.Piezo1离子通道通过调节钙离子内流来控制剪切力诱导的NETosis
2.剪切力通过Piezo1激活导致钙蛋白酶激活和细胞骨架重组，从而促进NETosis
3. Piezo1可能是治疗与NETosis相关的炎症和血栓性疾病的潜在靶点
近日，“Nature Communications”（IF=14.7）上发表了一篇题为“Piezo1 expression in neutrophils regulates shear-induced NETosis”的文章。这篇文章研究了Piezo1在中性粒细胞中的表达如何调节由剪切力诱导的中性粒细胞胞外陷阱的形成。
研究背景介绍
Piezo1是一种机械敏感离子通道，对细胞外的机械刺激如压力和剪切力非常敏感。
剪切力是血液流动时对血管壁和其中细胞施加的力。在血管炎症或狭窄的情况下，剪切力的变化可以影响细胞的行为和功能，包括中性粒细胞的激活和NETosis。
中性粒细胞胞外陷阱（NETs）是中性粒细胞释放的一种网状结构，由DNA、组蛋白和颗粒蛋白组成。NETs能够捕获和杀死细菌、真菌等病原体，但在某些情况下，它们的异常释放可能导致自身免疫性疾病和血栓形成。
NETosis是指中性粒细胞释放NETs的过程。这个过程可以是致命性的，导致细胞死亡，也可以是非致命性的，细胞在释放NETs后仍然存活。
研究思路分析
研究技术路线图
01剪切力对中性粒细胞的影响
①通过使用微流体通道将中性粒细胞暴露于不同水平的剪切力，发现剪切力增加了中性粒细胞形成NETs的百分比，并且这种增加是剪切力依赖性的。在剪切应力的作用下，中性粒细胞对ATP和LPS等其他诱导NET形成的因素的敏感性增强，但对PMA诱导的NET形成无影响。
②此外，研究还揭示了剪切应力能够促进中性粒细胞与血小板的相互作用，从而为血小板提供粘附和聚集的支架，这可能在一定程度上促进了血栓形成。
③研究发现剪切应力以剂量依赖性方式增加了中性粒细胞的[Ca2+]i。而多次剪切应力循环并未使中性粒细胞对剪切应力脱敏。进一步实验表明，细胞外钙的移除和SERCA泵的抑制消除了剪切应力对[Ca2+]i变化的影响，证实了钙内流和细胞内钙储存的释放均有助于中性粒细胞对剪切应力的敏感性。
02Piezo1的角色和功能
①使用已知的多种阳离子机械敏感离子通道阻断剂（钌红、GdCl3和GsMTx4）来预处理中性粒细胞，显著减少了剪切力诱导的中性粒细胞钙离子内流。
②研究发现Piezo1在人中性粒细胞中表达。使用Piezo1选择性激动剂Yoda1，发现Yoda1刺激导致中性粒细胞内钙离子水平升高，并且剪切力增强了中性粒细胞对Yoda1的敏感性。Yoda1处理中性粒细胞3小时后，NETs面积、H3瓜氨酸化和血小板粘附到NETs的量显著增加。
③剪切力可以调节中性粒细胞中的钙蛋白酶活性。使用钙蛋白酶抑制剂PD150606和PD151746，证实了剪切力诱导的NETosis被这些抑制剂阻断，而对照组（PD145305）则无影响，这证实了剪切力后钙蛋白酶活性对NETosis的贡献。
03NETosis的细胞机制
①HL-60可通过DMSO处理分化为中性粒细胞（dHL-60）。发现剪切力同样能在dHL-60细胞中诱导NETosis和增加H3的瓜氨酸化。此外，使用GsMTx4预处理能够阻断剪切力诱导的NETosis和H3瓜氨酸化，证实了机械敏感离子通道在其中的作用。
②通过siRNA敲减Piezo1，发现部分敲减的dHL-60细胞在剪切应力作用下形成NETs的能力受阻，H3瓜氨酸化的细胞比例降低，与对照组相比NETs面积和H3瓜氨酸化细胞比例的增加被显著抑制。表明Piezo1在剪切力诱导NETosis中起着关键作用。
③使用Latrunculin B（抑制肌动蛋白聚合）和ML-7（抑制肌球蛋白轻链激酶）预处理分离的人类中性粒细胞。结果显示，这些处理减少了剪切力诱导的NET面积和H3瓜氨酸化，剪切应力刺激显著增加了中性粒细胞的轨迹长度和速度，表明细胞骨架重塑对中性粒细胞的运动至关重要。
④进一步的实验显示，剪切力暴露初期F-肌动蛋白强度保持稳定，但15分钟后显著下降，而G-肌动蛋白强度则随时间增加，F/G-肌动蛋白比例逐渐降低，表明剪切力触发了肌动蛋白细胞骨架的组装、解聚和重组。此外，使用Yoda1处理中性粒细胞增加了其轨迹长度和速度，而使用钙蛋白酶抑制剂预处理则阻断了这一效果，证实了Piezo1激活后钙蛋白酶活性控制着中性粒细胞的细胞骨架重塑和运动。
图1. 剪切应力诱导人血中性粒细胞NETosis
图2. 剪切应力诱导NETosis并为血小板粘附提供支架
图3. 中性粒细胞[Ca2+]i在剪切应力下的升高
图4. 中性粒细胞表达Piezo1，通过Yoda1激活Piezo1诱导NETosis
图5. Piezo1下游的剪切诱导钙蛋白酶活性介导NETosis
图6. Piezo1对dHL-60细胞中剪切诱导的NETosis至关重要
图7. dHL-60细胞中Piezo1的敲除阻断了中性粒细胞形成NETs的能力
图8. 肌动蛋白细胞骨架重排是NET形成所必需的，以响应剪切应力
图9. Abstract
结论与讨论
本文发现Piezo1通道在中性粒细胞对剪切力的响应中起着核心作用。剪切力通过Piezo1增加钙离子内流，激活钙蛋白酶，进而促进细胞骨架重组和NETosis。
尽管本研究揭示了Piezo1在剪切力诱导NETosis中的关键作用，但仍需进一步研究来探索Piezo1激活后下游信号通路的详细机制，以及如何精确调控Piezo1通道以优化NETosis的治疗干预。未来的研究还应考虑在体内模型中验证这些发现，并探索Piezo1抑制剂或激活剂在临床治疗中的应用潜力。