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伊万痛风
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评论文章
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收稿日期:2018年5月29日
接受日期：2018年6月8日
出版日期:2018年6月15日
版权
©2018 Berezin A。这是一篇根据知识共享署名许可证条款发行的开放获取文章，允许在任何媒体中不受限制地使用、发行和复制，前提是原始作者和来源均已获得授权。
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Berezin A(2018)中性粒细胞胞外陷阱在糖尿病血管并发症中的挑战性作用。Integr Mol Med 5: DOI: 10.15761/IMM.1000330
乌克兰扎波罗热国立医科大学内科治疗科高级顾问
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DOI：10.15761 / IMM.1000330
糖尿病(DM)是一种全球性的代谢性疾病，其流行率已达到大流行水平。即使在高血糖得到控制的情况下，这种疾病也与血管并发症密切相关。糖尿病的主要并发症是中风、心肌梗死和外周动脉疾病，它们通常会增加发生动脉粥样硬化、炎症性血管疾病和血栓形成的风险。血管疾病通常由微血管炎症引发，其特征是中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)和代谢异常，并由(epi)遗传事件和免疫/抗原呈递细胞控制。NETs在凝血、激活固有和适应性免疫系统以及血管完整性和内皮功能障碍方面发挥重要作用。这篇综述的目的是总结目前关于NETs在糖尿病血管并发症发病机制中的作用的知识。
糖尿病;血管并发症; 炎症；动脉粥样硬化；中性粒细胞胞外陷阱。
糖尿病(DM)是世界范围内导致过早死亡、残疾和血管并发症的重要原因之一。发展中国家和发达国家的糖尿病患病率稳步上升，已达到流行病水平。一方面，糖尿病患者中血管事件(中风、心肌梗死、外周动脉疾病)的流行往往与心血管(CV)危险因素的发生相对应，如高血压、超重/肥胖、吸烟和血脂异常。另一方面，糖尿病的发生与内皮功能障碍、微血管炎症和加速动脉粥样硬化密切相关，这对短期和长期预后有负面影响，并与生活质量恶化有关[2,3]。然而，糖尿病引起的血管病变主要伴随1型糖尿病(T1DM)和2型糖尿病(T2DM)，与慢性高血糖(以糖化血红蛋白和血糖变异性[4]为代表)无密切关系。糖尿病血管病变的发生与动脉粥样硬化早期加速、中风、不稳定心绞痛/心肌梗死、致盲、晚期肢体缺血、肾病和血栓并发症相关[5-7]。此外，与没有血管病变的糖尿病患者相比，糖尿病患者因血管原因死亡的风险显著上升至8倍。此外，其他代谢和炎症导致的血管病变与心血管疾病死亡风险呈正线性相关[6,7]。
在这种情况下，直接引发血管病变的共同因素是微血管炎症，微血管炎症与代谢异常相对应，并受到(epi)基因调控和免疫/抗原提呈细胞的严密控制[9-11]。事实上，仅仅是高血糖、代谢异常、氧化应激成分(活性氧物种、晚期糖基化终产物)、趋化因子、细胞粘附分子、激素(内皮素-1、醛固酮、血管紧张素- ii通过多种细胞间信号通路(如PI3K/Akt / eNOs / NF-κB和ERK1/2 / p38 mapk活化蛋白激酶)与中性粒细胞和巨噬细胞相互作用，并在血管系统中招募主要的中性粒细胞亚群，不仅通过合成和释放促炎细胞因子促进炎症(肿瘤)坏死因子- α，白细胞介素-[IL]-2, IL-8，脂联素，vistafin)，但形成中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)[12]。
近年来，NETs被认为是一种有效的抗微生物、抗真菌、抗病毒和抗寄生虫机制，其发生机制是通过释放一些活化的中性粒细胞[13]中广泛的颗粒状和胞内蛋白的去致密染色质。因此，NETosis在血液凝固、先天性和适应性免疫系统的激活以及血管完整性和内皮功能障碍等方面发挥着重要作用[14,15]。以往的研究表明，NETs似乎是内皮细胞、炎症和血栓形成之间的联系，NETosis对于包括代谢性疾病在内的多种原因导致的血管病变的发展至关重要[16,17]。这篇综述的目的是总结目前关于NETs在糖尿病血管并发症发病机制中的作用的知识。
NETs或NETosis是一种独特的细胞死亡形式，它是先天免疫系统的核心组成部分，在过去的二十年中一直被积极研究[13]。NETosis是由核物质和中性粒细胞颗粒蛋白组成的网状结构，与病原体、脂多糖、血栓烷A等多种因素在细胞外空间释放修饰的染色质直接相关2.、β-防御素-1、p -选择素/ p -选择素糖蛋白配体-1、活化血小板、代谢触发物(肽-精氨酸脱亚胺酶4和高迁移率基团盒1 - HMGB1的核dna结合蛋白)、氧化应激成分(自由基、氧离子、超氧化物、过氧化氢和次氯化物)、甚至与netosis释放细胞[18]简单接触。
虽然细胞外因子是NETosis启动的关键因素，但这一过程可能受吞噬细胞Nox2的直接调控，可能与氧化还原失衡或受体依赖途径[19]有关。因此，典型NETosis主要有两种类型，它们通过调节细胞死亡的机制相互区分(图1)。典型NETosis是由NADPH氧化酶2 (NOX2)介导的，这是一种高度调控的膜相关多蛋白复合物，可产生活性氧(ROS)，包括超氧化物，次氯酸盐和过氧化物可导致氧化应激、线粒体功能障碍、大量核空泡化，最终导致细胞内染色质解凝和质膜解体。最近的研究表明，肽基精氨酸脱亚胺酶4 (PAD4)、弹性酶和髓过氧化物酶(MPO)作为相互作用的触发器在经典NETosis中发挥着关键作用[20-22]。例如，PAD4能够催化组蛋白瓜氨酸化，从而诱导染色质解稠，这也可能被MPO和弹性酶激活。NETosis开始后，弹性酶向细胞核迁移并破坏组蛋白，这一过程可能受到MPO[23]的支持。
图1：图示NETosis的两种主要途径。
注:NOX2, NADPH氧化酶2;IL,白介素;TNF:肿瘤坏死因子;SCK3-小电导钾通道-3。
此外，关于药物抑制肉豆蔻酸酯(PMA)诱导的NADPH氧化酶活性，防止细胞内染色质解凝和NET形成[24]的研究结果证实了这一点。另一方面，自噬并不完全由药物抑制NADPH氧化酶和肿瘤坏死因子- α (tnf - α)控制，这一事实强调了凋亡可能是NETosis[24]的一种后备程序。这样，线粒体诱导的ROS生成可能不是细胞内染色质解凝的初始触发。
另一种类型的神经营养不良称为非NOX依赖性神经营养不良，它与直接控制细胞凋亡的电压依赖性钙激活小电导钾（SCK）通道成员SCK3的开放密切相关[25]。已经证实，中性粒细胞可以在不激活NADPH氧化酶复合物的情况下产生NET，并且与多种细胞外刺激物（生长因子、细胞因子、有丝分裂原、激素、氧化应激成分、热休克蛋白）密切相关。也许，MPO和中性粒细胞弹性蛋白酶在这一过程中发挥共同调节作用，作为ROS进入线粒体的触发因素，从而介导线粒体功能障碍，加速ROS形成，诱导细胞死亡和网络形成[26]。此外，MPO可直接导致DNA从组蛋白中分离，从而减轻NETosis[27]。
虽然Akt和P38丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）介导的信号通路的激活在途径中是必不可少的，但是与古典细胞氧化还原性诱导的Netis的非经典的未经培养型诱导的Netis，可以通过氧化剂无关的机制来激活[28]并通过Raf-Mek-细胞外信号调节激酶1/2来实现[29]。最后，染色质裂解，其是核心的核心元素，取决于NADPH氧化酶在经典途径中的活性，否则中性粒细胞弹性蛋白酶和MPO在Netosis的交替途径中至关重要[30,31]。然而，NOx相关和MPO衍生的ROS生产，但不是线粒体ROS塑形对于抗凋亡蛋白的极其重要和下调和释放Netosis的释放[32]。然而，不同于PMA钙和蛋白质精氨酸脱氨酶4依赖性Netise，而没有先前的中性粒细胞活化和脱粒。另外，在激活中性粒细胞表面受体的几种分子机制的参与中，两种类型的循环患者之间存在足够的差异。实际上，Canonic Ras / RAF-1 / MAPK / ERK激酶（MEK）/细胞外信号调节激酶（ERK）途径在自发性内核中至关重要，而PI3K依赖性，非规范，促凋亡FCγR-PI3Kβ/Δ-CDC42-PAK-MEK-ERK信号通路可能在免疫复合型人中性粒细胞激活中发挥枢轴作用[33,34]。所有这些事实证实了Netisis潜在调节的受体调解过程。实际上，前列腺素E2，蛋白C可以通过其同源受体或通过与蛋白酶活化受体3（PAR3）和CD11B / CD18（MAC-1）整合蛋白的合作来抑制Netosis。相比之下，其他因素（缺氧，缺血，碳酸氢盐水平）可能会激活净化，而在这种方式中没有有关于缺氧诱导因子1-α的作用的强有力。 Probably, hypoxia / ischemia are able to increase the content of membrane-associated cholesterol, which could affect cell signaling loci, lipid micro domains, membrane rigidity and macrophage activation [35]. Thus, canonical ERK-1/2 signaling pathway was found as trigger of both responses, e.g. attenuation of cell survival by the post-translational modification of pro-survival genes as well as inactivation of a component of the apoptosis. On the other hand, none-canonical ERK-1/2 signaling pathway was rather apoptosis-enhanced machinery that pro-survival mechanism.
最后，不管最初的刺激和途径如何，解稠的核染色质混合了其他细胞质成分和细胞颗粒膜，由于大量空泡化而出现，并变成细胞外空间，最终形成NETs。net含有蛋白酶(蛋白酶-3，中性粒细胞弹性酶)，氧化酶(MPO, NADPH氧化酶，超氧化物歧化酶)，广泛的杀菌肽，组蛋白/ dna和核糖核蛋白的翻译后修饰，在诱捕和杀死宿主中起关键作用，但夸张的NETosis可能直接导致组织损伤。有趣的是，在质膜破裂和NETosis之前，在中性粒细胞中发现了许多小泡的产生。这些囊泡具有双磷脂双层，据信起源于核膜[38]，在NET细胞死亡时其解体。
NETs与许多感染、创伤、败血症、子痫、炎症、血栓形成、自身免疫反应和恶性[39]有关。事实上，染色质修饰和NETs形成是相互协同调节的过程，通过基因转录和RNA聚合酶II延伸[40]进行协调。因此，去亚甲基染色质在内皮表面内化，并通过修饰的自身抗原外化、产生I型干扰素、刺激炎症小体形成、激活经典和替代补体途径来介导其生物学效应[41,42]。最后，NETs对内皮祖细胞增殖、迁移、分化能力产生负面影响，从而在伴随内皮功能障碍的血管修复障碍、动脉粥样硬化斑块积聚和血栓形成[43]中起关键作用。因此，NETosis是一种典型的免疫过程，既能保护宿主免受入侵，又能与内皮细胞活化、凝血、血栓形成和微血管炎症协调免疫反应。
尽管糖尿病血管病变和动脉粥样硬化的分子基础已被深入研究，但该疾病的内在机制仍不完全清楚[9,10]。众所周知，糖尿病血管病变是多种过程的结果，如过度氧化应激、血管修复受损、动脉粥样硬化加速、内皮功能改变、波动性高血糖引起的全身和微血管炎症以及显著的脂毒性[10]。先前的研究表明，从糖尿病患者外周血中获得的中性粒细胞表现出自发的网状病变，网状病变富含多种成分，如弹性蛋白酶、组蛋白、NADPH氧化酶和蛋白激酶C[44]。高血糖表现出诱导网状病变的能力，并与网状病变循环标志物水平增加相关，包括游离细胞DNA、弹性蛋白酶、单核和寡核小体[45]。事实上，尽管与健康志愿者相比，已确诊的T2DM患者的NET基础水平更高，且与空腹高血糖有关，但二甲双胍降低血糖状态与TNF-α和PMA诱导的NETosis的抑制活性并不完全相关[46]。事实上，Carestia A等人[46]报告说，二甲双胍治疗6个月后，高血糖得到控制，尽管基础水平和刺激形式的糖尿病在12个月内与糖尿病的循环生物标记物（如IL-6、TNF-α、无细胞DNA）一起表现出正常值。Joshi MB等[47]已经得出了一个关于暴露于高糖水平以及同型半胱氨酸和IL-6的中性粒细胞中形成网状病变的结果。作者认为，高血糖状态与同型半胱氨酸密切相关，但同型半胱氨酸通过NADPH氧化酶依赖性和非依赖性机制以葡萄糖相互依赖的方式导致糖尿病加速。因此，有人认为，T2DM患者的糖尿病肾病水平升高并非由于血糖控制受损，而是与炎症有关。在这种情况下，T2DM的自发和诱导性神经病变可能与不同的分子途径有关。
众所周知，活化的巨噬细胞在动脉粥样硬化的发病机制中起着关键作用，支持斑块中的炎症反应并导致斑块不稳定[17]。先前的研究已经证实，活化的巨噬细胞能够诱发动脉粥样硬化，并且这种机制可以联系动脉粥样硬化和斑块内血栓形成[17,48]。此外，许多非特异性刺激，即缺血/缺氧、氧化脂蛋白、游离脂肪酸、坏死细胞和修饰的组蛋白，可能会触发中性粒细胞释放NETs，并代表内源性危险信号，能够激活应激反应转录因子Nrf2，并通过促炎细胞因子（IL-1α和IL-1β）调节炎症小体的合成[49-51]。此外，NET是斑块的重要组成部分，可能有助于产生自身抗体，从而导致血管系统炎症相关损伤的加重。有证据表明，通过激活外周血多形核骨髓源性抑制细胞（而非炎性单核细胞/巨噬细胞），除了自身抗体的形成外，斑块内的网状结构的形成可能会加速动脉粥样硬化[51,52]。有趣的是，Pertiwi-KR等人[53]发现中性粒细胞和网状细胞在无组织急性血栓中更常见。作者得出结论，在所有不同类型的动脉粥样硬化和血栓形成中，NETosis可能是一个显著的促血栓形成因素，这促进了血管并发症的进展[53]，从而引发临床外周动脉缺血综合征。因此，细胞程序性死亡导致细胞凋亡的分子机制以及炎症和动脉粥样硬化之间的联系，有助于促动脉粥样硬化、血栓形成因子和细胞碎片在循环中的积累，从而介导外周动脉疾病（PAD）的进展。
临床研究表明，血清dsDNA水平升高作为NETosis的标志物与CV病、动脉粥样硬化、肾病和PAD相关[54,55]。有证据表明，出现在动脉粥样硬化斑块积聚之前并与内皮功能障碍相关的血管病变与凋亡内皮细胞起源的含染色质微泡密切相关，这些微泡是NETosis的触发因素[56,57]。此外，游离细胞dsDNA水平与斑块失稳的形态学证据、PAD的严重程度、肢体缺血的风险以及CV死亡率呈正相关[57,58]。此外，游离DNA不仅具有细胞毒性作用，还可触发血栓形成前反应[59]。自发/诱导NETosis可能是微血管炎症、内皮功能障碍、血栓并发症和动脉粥样硬化[60]高风险的生物标志物。
既往研究表明，激活的中性粒细胞可促进NETosis的高凝，它们可能是血栓形成的活跃部分[61,62]。确实，激活的补体蛋白激活NETs的形成，并与炎症和凝血相互作用[63]。有趣的是，活化的巨噬细胞和骨髓源性细胞对CV疾病血管并发症的影响在几项研究中报道颇有争议。例如，在动脉粥样硬化的慢性实验模型中，由骨髓源性中性粒细胞产生的PAD4并没有促进血小板形成，但它仍然是内膜病变中急性血栓形成的主要原因[63]。作者的结论是，斑块中的血栓并发症可能与NETosis有关，但动脉粥样硬化可能与之无关[63]。另一方面，细胞死亡相关的核因子，如dna、组蛋白、核小体等，通过NETosis被中性粒细胞主动释放到细胞外间隙，并直接参与因子VII激活蛋白酶作为促凝剂[64]。另一方面，以组蛋白和游离dna为主的细胞死亡相关核因子间接参与了损伤血管壁释放因子XII后的凝血级联[65]。最后，活化蛋白酶的因子VII与活化蛋白C共同抑制组蛋白的细胞毒性，从而中和或减弱NETosis对血管系统的破坏作用，防止凝血[66,67]。然而，这些作用受到血流动力学力量的支持，如剪切应力，它们并没有被抑制PAD4、环氧化酶、血小板-中性粒细胞粘附、晚期糖基化终末产物相互作用的高流动性组蛋白盒1受体和ATP/ADP所消除[68,69]。因此，NETosis可能导致前凝血状态，而中性粒细胞形成nets相关的前凝血状态的能力取决于代谢共病(包括T2DM)，这一关系需要在未来进行详细研究。
总之，在DM血管损伤患者中，内皮功能障碍、动脉粥样硬化加速可能是由与中性粒细胞自发和诱导NETosis相对应的代谢信号引起的。中性粒细胞可能是具有较高nets相关血管并发症风险的糖尿病患者的人格化医疗护理的目标。但是，net相关脏器损害在DM中的预测价值还需要在未来的大型临床试验中进行研究。
本研究未收到公众，商业或非营业部门的任何资助机构的特定授权。
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Berezin A(2018)中性粒细胞胞外陷阱在糖尿病血管并发症中的挑战性作用。Integr Mol Med 5: DOI: 10.15761/IMM.1000330
Zaporozhye国立医科大学内科治疗科高级顾问，26岁，Mayakovsky Av, Zaporozhye，邮编69035，乌克兰，Tel: +38 061 2894585;传真:+ 38 0612894585
图1：图示NETosis的两种主要途径。
注:NOX2, NADPH氧化酶2;IL,白介素;TNF:肿瘤坏死因子;SCK3-小电导钾通道-3。
