細胞因子風暴綜合征（Cytokine Storm Syndrome, CSS）是一種致命的全身性炎癥反應綜合征，誘發因素包括感染、藥物、腫瘤和自身免疫疾病等。其特點是免疫細胞過度激活并大量釋放促炎因子。中性粒細胞是體內最豐富的白細胞。傳統觀點認為它們是炎癥反應失控、加劇組織損傷的主要因素，其數量增加通常預示CSS的不良預后。然而，最新研究表明，中性粒細胞也可能在免疫抑制和組織修復中發揮重要作用。這些細胞高度動態，能迅速聚集到炎癥部位，與其他免疫細胞和非免疫細胞進行互動。盡管如此，目前對細胞因子風暴中這些細胞相互作用的生物學效應仍不完全了解。

2024年5月14日，上海交通大學醫學院上海市免疫學研究所王靜團隊和上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院麻醉科羅艷團隊在《Cellular & Molecular Immunology》雜志上發表了一篇題為“Neutrophil–macrophage communication via extracellular vesicle transfer promotes itaconate accumulation and ameliorates cytokine storm syndrome”的研究論文。該研究發現，在細胞因子風暴綜合征中，中性粒細胞通過釋放細胞外囊泡與巨噬細胞進行交流，這一過程促進了巨噬細胞中抗炎代謝物衣康酸的積累，進而減少了巨噬細胞促炎因子的產生，從而抑制了細胞因子風暴的進展。
 

圖片來源：《Cellular & Molecular Immunology》
（https://www.nature.com/articles/s41423-024-01174-6）

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員構建了小鼠CSS模型，通過活體成像觀察細胞因子風暴的發生發展、中性粒細胞產生胞外囊泡的過程，以及中性粒細胞外泌囊泡在體內的分布和靶細胞；體外研究則獲取小鼠及人中性粒細胞實驗進行機制分析，包括bulk RNA-seq和代謝組學分析，并通過Irg1敲除小鼠（賽業生物提供，產品編號：S-KO-02679）加以驗證。

技術路線

研究結果
1.細胞因子風暴動物模型的建立和分析
本研究首先建立了小鼠細胞因子風暴模型，主要采用了TLR激動劑造模方法，即先后注射TLR3激動劑（Poly I:C）和TLR4激動劑（LPS），小鼠表現為系統性的高炎癥反應，與人類sHLH臨床表現相似，其常誘發細胞因子風暴綜合征。分析發現在細胞因子風暴的發生發展過程，巨噬細胞顯著活化且發生大量細胞死亡，是促炎因子的主要來源；巨噬細胞清除非常顯著改善小鼠在細胞因子風暴中的生存；以上表明巨噬細胞是細胞因子風暴中的主要致病細胞類型（圖1）。
 

圖1 細胞因子風暴中巨噬細胞的時空動態變化^[1]

2.中性粒細胞在細胞因子風暴中的抑炎保護性作用
通過注射Ly6G中和抗體清除中性粒細胞，卻發現CSS造模小鼠的生存率和生存時間顯著下降，巨噬細胞死亡數目顯著增加，循環細胞因子的水平顯著增加；反之，輸注中性粒細胞顯著改善小鼠的生存狀況，且顯著降低循環細胞因子的水平；以上表明中性粒細胞在細胞因子風暴發揮保護性作用（圖2）。
 

圖2 中性粒細胞在細胞因子風暴中具有保護作用^[1]

3. 中性粒細胞分泌NDEV抑制巨噬細胞促炎因子表達
通過活體成像觀察中性粒細胞在造模小鼠體內的動態，發現有大量的中性粒細胞來源的囊泡（Neutrophils derived extracellular vesicle, NDEV）產生，且多被巨噬細胞吞噬（圖3）；之后研究人員建立一系列體外實驗系統，分析中性粒細胞調控巨噬細胞的機制，發現中性粒細胞通過產生NDEV調控巨噬細胞炎癥反應，抑制巨噬細胞促炎因子的表達；隨后通過NDEV體外標記和體內示蹤技術，發現輸注的NDEV多被巨噬細胞吞噬，即NDEV調控的主要靶細胞為巨噬細胞（圖4）；以上結果表明中性粒細胞通過分泌NDEV抑制巨噬細胞促炎因子的產生，進而在細胞因子風暴綜合征中發揮保護性作用。
 

圖3 細胞因子風暴期間中性粒細胞產生大量囊泡且被巨噬細胞吞噬^[1]
 

圖4 中性粒細胞通過外泌囊泡抑制巨噬細胞炎癥反應^[1]

4.NDEV增加巨噬細胞的衣康酸水平發揮抑炎特性
代謝組學分析發現NDEV處理可增加巨噬細胞的抗炎代謝物衣康酸的水平（圖5）；并且NDEV處理和外源添加衣康酸衍生物OI引起炎性巨噬細胞高度相似的轉錄組變化；使用Irg1敲除的巨噬細胞（來自Irg1敲除小鼠，賽業生物提供，產品編號：S-KO-02679），即無法合成衣康酸的巨噬細胞，發現NDEV對這些巨噬細胞的抑炎效果顯著下降（圖6）；以上表明NDEV調控巨噬細胞炎癥反應部分依賴于巨噬細胞的抗炎代謝物衣康酸。
 

圖5 NDEV處理增加巨噬細胞內衣康酸水平^[1]
 

圖6 巨噬細胞內源性衣康酸是NDEV抑制巨噬細胞炎癥反應的靶點^[1]

5. NDEV抑制巨噬細胞衣康酸分解代謝
衣康酸的分解代謝酶SUC，由Suclg1編碼，在NDEV處理后的炎性巨噬細胞內，其RNA表達和蛋白表達水平均下調；NDEV攜帶的miR-27a-3p經雙熒光素酶實驗驗證可靶向巨噬細胞的Suclg1 mRNA并促進其降解；并且NDEV確實攜帶大量miR-27a-3p；這些結果暗示了NDEV攜帶miR-27a-3p下調巨噬細胞衣康酸分解代謝酶SUC，進而實現衣康酸累積（圖7）。
 

圖7 NDEV抑制巨噬細胞衣康酸分解代謝^[1]

總之，本研究闡明了中性粒細胞在細胞因子風暴中發揮抑炎保護性作用的機制（圖8），即中性粒細胞通過產生胞外囊泡，攜帶miR-27a-3p下調促炎性巨噬細胞SUC表達，介導巨噬細胞內源性衣康酸因分解代謝減弱而增加；衣康酸作為抗炎代謝物，可顯著下調巨噬細胞中IκBζ、NF-κB等多個炎癥信號通路，進而抑制巨噬細胞促炎因子的表達，由此中性粒細胞在細胞因子風暴中發揮抑炎保護性作用。

圖8 中性粒細胞在細胞因子風暴中發揮保護性作用的機制示意圖^[1]

研究結論
總體而言，這項研究表明中性粒細胞通過胞外囊泡與巨噬細胞通信，調控巨噬細胞中抗炎代謝物衣康酸的水平，促進巨噬細胞的抗炎代謝重編程，這一發現提示我們可以通過靶向中性粒細胞胞外囊泡來開發治療過度炎癥的新策略。

參考文獻：
[1]Kang H, Liu T, Wang Y, Bai W, Luo Y, Wang J. Neutrophil-macrophage communication via extracellular vesicle transfer promotes itaconate accumulation and ameliorates cytokine storm syndrome. Cell Mol Immunol. 2024.