Нейтрофильные внеклеточные ловушки ( NET ) представляют собой сети внеклеточных волокон, в основном состоящие из ДНК нейтрофилов , которые связывают патогены . [2] Нейтрофилы являются первой линией защиты иммунной системы от инфекции и традиционно считались убивающими вторгающихся патогенов с помощью двух стратегий: поглощения микробов и секреции антимикробных препаратов. В 2004 году была идентифицирована новая третья функция: образование NET. NET позволяют нейтрофилам убивать внеклеточных патогенов , сводя к минимуму повреждение клеток хозяина. [3] После активации in vitro с фармакологическим агентом форболмиристатацетатом (PMA), интерлейкином 8 (IL-8) или липополисахаридом (LPS) нейтрофилы высвобождают гранулярные белки и хроматин , образуя внеклеточный фибриллярный матрикс, известный как NET, посредством активного процесса. [2]
Структура и состав
Сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения показала, что сети состоят из участков ДНК и доменов глобулярного белка с диаметром 15–17 нм и 25 нм соответственно. Они объединяются в более крупные нити с диаметром 50 нм. [2] Однако в условиях потока сети могут образовывать гораздо более крупные структуры, достигающие сотен нанометров в длину и ширину. [4]
NET обезвреживают патогены с помощью антимикробных белков, таких как нейтрофильная эластаза , катепсин G и гистоны, которые имеют высокое сродство к ДНК. [6] NET обеспечивают высокую локальную концентрацию антимикробных компонентов и связывают, обезоруживают и убивают микробы внеклеточно независимо от фагоцитарного поглощения. В дополнение к своим антимикробным свойствам NET могут служить физическим барьером, который предотвращает дальнейшее распространение патогенов. Кроме того, доставка гранулярных белков в NET может удерживать потенциально вредные белки, такие как протеазы, от диффузии и вызывания повреждения в тканях, прилегающих к месту воспаления . Было также показано, что образование NET усиливает бактерицидную активность макрофагов в ответ на множественные бактериальные патогены. [7] [8]
Совсем недавно было также показано, что не только бактерии, но и патогенные грибы , такие как Candida albicans, побуждают нейтрофилы формировать NET, которые захватывают и убивают как гифальные, так и дрожжевые клетки C. albicans . [9] NET также были задокументированы в связи с инфекциями Plasmodium falciparum у детей. [10]
Хотя изначально предполагалось, что NET будут формироваться в тканях в месте бактериальной/дрожжевой инфекции, было также показано, что NET образуются внутри кровеносных сосудов во время сепсиса (в частности, в капиллярах легких и синусоидах печени ). Внутрисосудистое образование NET строго контролируется и регулируется тромбоцитами , которые чувствуют тяжелую инфекцию через тромбоцитарный TLR4 , а затем связываются с нейтрофилами и активируют их для формирования NET. Образование NET, вызванное тромбоцитами, происходит очень быстро (за несколько минут) и может привести или не привести к гибели нейтрофилов. [11] NET, образованные в кровеносных сосудах, могут захватывать циркулирующие бактерии, когда они проходят через сосуды. Захват бактерий под потоком был визуализирован непосредственно в проточных камерах in vitro , а прижизненная микроскопия продемонстрировала, что захват бактерий происходит в синусоидах печени и капиллярах легких (местах, где тромбоциты связывают нейтрофилы). [4]
НЕТоз
Активация и высвобождение NET, или NETosis, — это динамический процесс, который может иметь две формы: суицидальный и витальный NETosis. В целом, многие ключевые компоненты процесса схожи для обоих типов NETosis, однако существуют ключевые различия в стимулах, времени и конечном результате. [12]
Путь активации
Полный путь активации НЕТоза все еще изучается, но было идентифицировано несколько ключевых белков, и постепенно формируется полная картина пути. Считается, что процесс начинается с активации НАДФН-оксидазой протеин-аргининдезиминазы 4 ( PAD4 ) через посредников реактивных форм кислорода (ROS). PAD4 отвечает за цитруллинирование гистонов в нейтрофилах, что приводит к деконденсации хроматина. [12] Также была описана НАДФН-оксидаза-независимая форма НЕТоза, полагающаяся исключительно на митохондриальные ROS. [ 13] Затем азурофильные гранулярные белки, такие как миелопероксидаза (МПО) и нейтрофильная эластаза (NE), попадают в ядро и продолжают процесс деконденсации, что приводит к разрыву ядерной оболочки. Неконденсированный хроматин поступает в цитоплазму, где к ранней стадии NET добавляются дополнительные гранулярные и цитоплазматические белки. Результат процесса зависит от того, какой путь НЕТоза активирован. [12]
Суицидальный НЕТоз
Суицидальный НЕТоз был впервые описан в исследовании 2007 года, в котором отмечалось, что высвобождение НЕТ приводит к гибели нейтрофилов по другому пути, чем апоптоз или некроз . [14] При суицидальном НЕТозе за внутриклеточным образованием НЕТ следует разрыв плазматической мембраны , в результате чего он высвобождается во внеклеточное пространство. Этот путь НЕТоза может быть инициирован посредством активации толл-подобных рецепторов (TLR), Fc-рецепторов и рецепторов комплемента с различными лигандами, такими как антитела , PMA и т. д. [12] [15] В настоящее время считается, что при активации этих рецепторов нисходящая сигнализация приводит к высвобождению кальция из эндоплазматического ретикулума . Этот внутриклеточный приток кальция, в свою очередь, активирует НАДФН-оксидазу, что приводит к активации пути НЕТоза, как описано выше. [15] Следует отметить, что суицидальный НЕТоз может занять несколько часов, даже при высоких уровнях стимуляции PMA, в то время как жизненно важный НЕТоз может быть завершен за считанные минуты. [12]
Жизненно важный НЕТоз
Жизненно важный НЕТоз может стимулироваться бактериальным липополисахаридом (ЛПС), другими «бактериальными продуктами, тромбоцитами, активированными TLR4, или белками комплемента в тандеме с лигандами TLR2 ». [12] Жизненно важный НЕТоз становится возможным благодаря блеббингу ядра, в результате чего образуется заполненная ДНК везикула, которая подвергается экзоцитозу и оставляет плазматическую мембрану нетронутой. [12] Его быстрое образование и высвобождение не приводит к гибели нейтрофилов. Было отмечено, что нейтрофилы могут продолжать фагоцитировать и убивать микробов после жизненно важного НЕТоза, что подчеркивает антимикробную универсальность нейтрофилов. [15]
Регулирование
Образование NET регулируется липоксигеназным путем – во время определенных форм активации (включая контакт с бактериями) нейтрофильная 5-липоксигеназа образует 5-HETE-фосфолипиды, которые ингибируют образование NET. [16] Данные лабораторных экспериментов показывают, что NET удаляются макрофагами , которые фагоцитируют и разрушают их. [17]
повреждение хоста, связанное с NET
NETs также могут оказывать пагубное воздействие на хозяина, поскольку внеклеточное воздействие гистоновых комплексов может играть роль в развитии аутоиммунных заболеваний, таких как системная красная волчанка (СКВ). [18] NETs также могут играть роль в воспалительных заболеваниях, поскольку NETs могут быть обнаружены при преэклампсии , воспалительном заболевании, связанном с беременностью, при котором, как известно, активируются нейтрофилы. [19] NETs также были зарегистрированы в слизистой оболочке толстой кишки у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника — язвенным колитом . [20] NETs также были связаны с выработкой антинуклеарных двухцепочечных ДНК-антител IgG у детей, инфицированных малярией P. falciparum . [10]
NET также были обнаружены у онкологических больных. [21] Значительно более высокие уровни NET были обнаружены у онкологических больных по сравнению со здоровыми людьми, и были связаны с плохим прогнозом и клиническим исходом. [22] Доклинические исследования показывают, что NET совместно ответственны за патологии, связанные с раком, такие как тромбоз, недостаточность органов и образование метастазов . [23] NET могут вызывать недостаточность периферических органов или дисфункцию органов у онкологических больных, закупоривая сосудистую сеть, вызывая воспалительную реакцию и высвобождая цитотоксические компоненты с прямым повреждающим действием на ткани. [24]
Было показано, что NETs способствуют патогенезу ВИЧ / SIV . NETs способны захватывать вирионы ВИЧ и уничтожать их. [25] Наблюдается увеличение продукции NET на протяжении всего течения ВИЧ/SIV, которое снижается с помощью АРТ . Кроме того, NETs способны захватывать и убивать различные группы иммунных клеток, такие как CD4+ и CD8+ Т-клетки , В-клетки и моноциты . Этот эффект наблюдается не только в нейтрофилах в крови, но и в различных тканях, таких как кишечник, легкие, печень и кровеносные сосуды. NETs, возможно, способствуют гиперкоагуляционному состоянию при ВИЧ, захватывая тромбоциты и экспрессируя тканевой фактор . [26]
НЭТ также играют роль в тромбозе и связаны с инсультом. [27] [28] [29]
Эти наблюдения предполагают, что НЭТ могут играть важную роль в патогенезе инфекционных, воспалительных и тромботических заболеваний. [30] [31] [32]
Из-за заряженной и «липкой» природы NETs они могут стать проблемой для больных муковисцидозом , увеличивая вязкость мокроты. Лечение было сосредоточено на расщеплении ДНК в мокроте, которая в основном состоит из ДНК NET хозяина.
^ Nirmala GJ и Lopus M (2020) Механизмы клеточной смерти у эукариот. Cell Biol Toxicol, 36, 145–164. doi: /10.1007/s10565-019-09496-2. PMID 31820165
^ ab Clark SR, Ma AC, Tavener SA, McDonald B, Goodarzi Z, Kelly MM, Patel KD, Chakrabarti S, McAvoy E, Sinclair GD, Keys EM, Allen-Vercoe E, Devinney R, Doig CJ, Green FH, Kubes P (2007). "Толль-подобный рецептор-4 тромбоцитов активирует внеклеточные ловушки нейтрофилов, чтобы заманить бактерии в эндотоксемическую и септическую кровь". Nature Medicine . 13 (4): 463–9. doi :10.1038/nm1565. PMID 17384648. S2CID 22372863.
^ Urban CF, Ermert D, Schmid M, Abu-Abed U, Goosmann C, Nacken W, Brinkmann V, Jungblut PR, Zychlinsky A (2009). «Нейтрофильные внеклеточные ловушки содержат кальпротектин, цитозольный белковый комплекс, участвующий в защите хозяина от Candida albicans». PLOS Pathogens . 5 (10): e1000639. doi : 10.1371/journal.ppat.1000639 . PMC 2763347. PMID 19876394 .
^ Thomas MP, Whangbo J, McCrossan G и др. (июнь 2014 г.). «Связывание лейкоцитарной протеазы с нуклеиновыми кислотами способствует ядерной локализации и расщеплению белков, связывающих нуклеиновые кислоты». Журнал иммунологии . 192 (11): 5390–7. doi :10.4049/jimmunol.1303296. PMC 4041364. PMID 24771851 .
^ Монтейт, Эндрю Дж.; Миллер, Жанетт М.; Биверс, Уильям Н.; Малони, К. Николь; Сейферт, Эрин Л.; Хайноцки, Дьёрдь; Скаар, Эрик П. (2021-12-06). «Митохондриальный кальциевый унипортер влияет на бактерицидную активность нейтрофилов во время инфекции Staphylococcus aureus». Инфекция и иммунитет . 90 (2): IAI.00551–21. doi :10.1128/IAI.00551-21. ISSN 0019-9567. PMC 8853686. PMID 34871043. S2CID 244922139 .
^ Urban, CF; Reichard U; Brinkmann V; Zychlinsky A (апрель 2006 г.). «Нейтрофильные внеклеточные ловушки захватывают и убивают дрожжи и гифальные формы Candida albicans». Cellular Microbiology . 8 (4): 668–76. doi : 10.1111/j.1462-5822.2005.00659.x . PMID 16548892.
^ ab Baker VS, Imade GE, Molta NB, Tawde P, Pam SD, Obadofin MO, Sagay SA, Egah DZ, Iya D, Afolabi BB, Baker M, Ford K, Ford R, Roux KH, Keller TC (февраль 2008 г.). "Внеклеточные ловушки нейтрофилов, ассоциированные с цитокинами, и антинуклеарные антитела у детей младше шести лет, инфицированных Plasmodium falciparum". Malaria Journal . 7 (41): 41. doi : 10.1186/1475-2875-7-41 . PMC 2275287 . PMID 18312656.
^ Кодриллье, Аксель; Кессенброк, Кай; Джиллис, Брайан; Нгуен, Джон; Маркес, Мариса; Монестье, Марк; Той, Перл; Верб, Зена; Луни, Марк (2 июля 2012 г.). «Тромбоциты индуцируют внеклеточные ловушки нейтрофилов при остром повреждении легких, связанном с переливанием крови». Журнал клинических исследований . 122 (7): 2661–71. doi :10.1172/JCI61303. PMC 3386815. PMID 22684106 .
^ abcdefg Jorch, Selina K.; Kubes, Paul (март 2017 г.). «Возникающая роль нейтрофильных внеклеточных ловушек при неинфекционных заболеваниях». Nature Medicine . 23 (3): 279–287. doi :10.1038/nm.4294. ISSN 1078-8956. PMID 28267716. S2CID 8976515.
^ Дуда, Дэвид Нобухиро; Хан, Мерадж А.; Граземанн, Хартмут; Паланияр, Надес (2015-03-03). «SK3-канал и митохондриальные ROS опосредуют НАДФН-оксидаза-независимый НЕТоз, вызванный притоком кальция». Труды Национальной академии наук . 112 (9): 2817–2822. Bibcode : 2015PNAS..112.2817D. doi : 10.1073/pnas.1414055112 . PMC 4352781. PMID 25730848 .
^ Фукс, Тобиас А.; Абед, Ульрике; Гусманн, Кристиан; Гурвиц, Роберт; Шульце, Илка; Ван, Фолькер; Вайнраух, Иветт; Бринкманн, Фолькер; Жихлински, Артуро (15.01.2007). «Новая программа смерти клеток приводит к внеклеточным ловушкам нейтрофилов». Журнал клеточной биологии . 176 (2): 231–241. doi :10.1083/jcb.200606027. ISSN 0021-9525. PMC 2063942. PMID 17210947 .
^ abc Yang, Hang; Biermann, Mona Helena; Brauner, Jan Markus; Liu, Yi; Zhao, Yi; Herrmann, Martin (2016-08-12). "Новые знания о внеклеточных ловушках нейтрофилов: механизмы формирования и роль в воспалении". Frontiers in Immunology . 7 : 302. doi : 10.3389/fimmu.2016.00302 . ISSN 1664-3224. PMC 4981595. PMID 27570525 .
^ Clark, SR; Guy CJ; Scurr MJ; Taylor PR; Kift-Morgan AP; Hammond VJ; Thomas CP; Coles B; Roberts GW; Eberl M; Jones SA; Topley N; Kotecha S; O'Donnell VB (2011). «Этерифицированные эйкозаноиды остро генерируются 5-липоксигеназой в первичных человеческих нейтрофилах и при инфекции человека и мышей». Blood . 117 (6): 2033–43. doi :10.1182/blood-2010-04-278887. PMC 3374621 . PMID 21177434.
^ Фаррера, c; Фадель Б (2013). «Очистка макрофагами внеклеточных ловушек нейтрофилов — это тихий процесс». Журнал иммунологии . 191 (5): 2647–56. doi : 10.4049/jimmunol.1300436 . PMID 23904163.
^ Hakkim A, Fürnrohr BG, Amann K, Laube B, Abed UA, Brinkmann V, Herrmann M, Voll RE, Zychlinsky A (2010). «Нарушение деградации внеклеточной ловушки нейтрофилов связано с волчаночным нефритом». Proc Natl Acad Sci USA . 107 (21): 9813–8. Bibcode : 2010PNAS..107.9813H. doi : 10.1073/pnas.0909927107 . PMC 2906830. PMID 20439745 .
^ Gupta, AK; Hasler P; Holzgreve W; Gebhardt S; Hahn S. (ноябрь 2005 г.). «Индукция нейтрофильных внеклеточных решеток ДНК плацентарными микрочастицами и IL-8 и их присутствие при преэклампсии». Hum Immunol . 66 (11): 1146–54. doi :10.1016/j.humimm.2005.11.003. PMID 16571415.
^ Валлес, Хуана; Лаго, Аида; Сантос, Мария Тереза; Латорре, Ана Мария; Тембл, Хосе И.; Салом, Хуан Б.; Ньевес, Кандела; Москардо, Антонио (5 октября 2017 г.). «Внеклеточные ловушки нейтрофилов увеличиваются у пациентов с острым ишемическим инсультом: прогностическое значение». Тромбоз и гемостаз . 117 (10): 1919–1929. дои : 10.1160/TH17-02-0130. PMID 28837206. S2CID 21968805.
^ Fuchs TA, Brill A, Duerschmied D, Schatzberg D, Monestier M, Myers DD, Wrobleski SK, Wakefield TW, Hartwig JH, Wagner DD (7 сентября 2010 г.). «Внеклеточные ловушки ДНК способствуют тромбозу». Proc Natl Acad Sci USA . 107 (36): 15880–5. Bibcode : 2010PNAS..10715880F. doi : 10.1073/pnas.1005743107 . PMC 2936604. PMID 20798043 .
^ Brill A, Fuchs TA, Savchenko AS, Thomas GM, Martinod K, De Meyer SF, Bhandari AA, Wagner DD (1 ноября 2011 г.). «Нейтрофильные внеклеточные ловушки способствуют тромбозу глубоких вен у мышей». Журнал тромбоза и гемостаза . 10 (1): 136–144. doi :10.1111/j.1538-7836.2011.04544.x. PMC 3319651. PMID 22044575 .
^ Бориссофф, JI; тен Кейт, H (сентябрь 2011 г.). «От высвобождения нейтрофильных внеклеточных ловушек к тромбозу: избыточный механизм защиты хозяина?». Журнал тромбоза и гемостаза . 9 (9): 1791–4. doi : 10.1111/j.1538-7836.2011.04425.x . PMID 21718435. S2CID 5368241.
^ Бласко, Ана; Коронадо, Мария-Хосе; Эрнандес-Терсиадо, Фернандо; Мартин, Палома; Ройуэла, Ана; Рамиль, Эльвира; Гарсиа, Диего; Гойколеа, Хавьер; Дель Триго, Мария; Ортега, Хавьер; Эскудье, Хуан М. (29 декабря 2020 г.). «Оценка нейтрофильных внеклеточных ловушек в коронарном тромбе на примере пациентов с COVID-19 и инфарктом миокарда». JAMA Кардиология . 6 (4): 1–6. дои : 10.1001/jamacardio.2020.7308 . ISSN 2380-6583. ПМЦ 7772744 . ПМИД 33372956.
Внешние ссылки
Границы в молекулярном врожденном иммунитете тема исследования о NET
«Молекулярные механизмы, участвующие в формировании нейтрофильных внеклеточных ловушек (NET)», докторская диссертация Джайси Десаи, Мюнхенский университет Людвига-Максимилиана, Германия. Победитель в номинации «Химия», Dance Your PhD, 2015.