Immunity:发现新线索!揭秘胆结石的形成过程

2019-08-21 佚名 中国生物技术网

近日,来自德国埃尔兰根大学的研究团队发现,由中性粒细胞挤出的DNA和蛋白质的粘性网状结构(胞外陷阱),在胆结石形成过程中充当了钙和胆固醇晶体结合的粘合剂。


人胆结石,比例尺5mm。图片来源:Immunity

近日,来自德国埃尔兰根大学的研究团队发现,由中性粒细胞挤出的DNA和蛋白质的粘性网状结构(胞外陷阱),在胆结石形成过程中充当了钙和胆固醇晶体结合的粘合剂。抑制这些中性粒细胞的胞外陷阱(NET)形成的遗传学和药理学方法均减少了小鼠胆结石的形成和生长。该研究近日已发表在《Immunity》上。

该研究通讯作者、埃尔兰根大学免疫学家Martin Herrmann说:“长期以来,中性粒细胞一直被认为是抵御感染的第一道防线,并已被证明能产生缠绕并杀死病原体被称为胞外陷阱的网状结构。在这里,我们通过证明这些‘陷阱’在胆结石的形成和生长中发挥重要作用,为它们的双刃剑性质提供更多的证据。针对中性粒细胞和胞外陷阱的形成可能成为在高危人群中预防胆结石的有力工具。”

胆结石是一种坚硬的卵石状物质,或小如一粒沙,或大如高尔夫球。它们形成于胆囊,胆囊是位于右肋骨下肝脏后方的梨形囊袋器官,其作用是在用餐时通过胆管将胆汁释放到小肠,帮助分解脂肪。大多数胆结石患者没有症状,但它们会引起腹痛、恶心和呕吐,是全球入院的主要原因之一。虽然有针对性的药物存在,但它们可能需要几个月甚至几年的治疗才能分解所有胆结石。


中性粒细胞的胞外陷阱如何粘合胆石碎石(左)、胆固醇结晶(中)和碳酸钙(右)。比例尺20μm。图片来源:Immunity

目前限制胆结石新疗法发展的一个障碍,是科学家们还没有完全理解胆结石是如何形成的。几十年来,已知胆汁中胆固醇和钙盐的沉积是胆结石形成的先决条件,但目前还不清楚是什么原因导致钙和胆固醇晶体在胆结石聚集和生长过程中粘在一起。

该研究共同第一作者、风湿病学和免疫学系Luis Mu?oz博士及其团队检查从接受支架的患者身上提取的胆汁淤积物(胆汁中的小结石),为这一谜团提供了重大线索。他们观察到大量的DNA聚集,以及中性粒细胞弹性酶(帮助分解蛋白质的分泌酶)的强大活性。研究人员还在较大的人类胆结石表面观察到DNA碎片和高活性中性粒细胞弹性酶。总之,这些分子是由中性粒细胞挤压出的网状结构的特征,这些结构有助于预防感染,但也与自身免疫和炎症疾病有关。为了确定是什么触发了网状结构的形成,研究人员用人类中性粒细胞培养了胆固醇晶体,并观察这些细胞中DNA的释放。


中性粒细胞弹性蛋白酶(绿色)和DNA(红色)共定位于人胆结石(黄色)表面。比例尺4mm。图片来源:Immunity

为了测试网状结构是否在胆结石生长中发挥作用,研究人员将人体胆结石置于旋转和摇动装置上,并在有或没有中性粒细胞悬浮液的情况下旋转它们:在有中性粒细胞存在的情况下,胆结石在其表面上迅速收集DNA碎片和中性粒细胞弹性蛋白酶。另一些实验表明,网状结构聚集胆固醇和钙晶体形成胆结石,DNA包裹在晶体周围,把它们聚到一起形成更大的结石。


人胆结石,比例尺1cm。图片来源:Immunity

为了进一步研究NET和中性粒细胞在胆结石形成中的作用,研究人员给小鼠喂食诱导胆结石形成富含胆固醇的饮食。具有抑制NET形成的遗传缺陷小鼠,其胆结石数量较少,体积较小,而中性粒细胞较少的小鼠,胆结石的体积也较小。此外,在饮食中添加抑制精氨酸脱亚胺酶4(PAD4)的化合物(一种参与NET形成的酶)或称为美托洛尔的β受体阻滞剂(干扰中性粒细胞)的小鼠中,胆结石的数量和体积均减少。该化合物还被广泛用于治疗高血压和胸痛。用PAD4抑制化合物或美托洛尔治疗也完全阻断了原有胆结石的生长。

研究团队表示,中性粒细胞和NET被鉴定为胆结石形成和生长的罪魁祸首,这为治疗和干预手段打开了新的途径。

Mu?oz说:“用新的PAD4抑制剂或已有的β-受体阻滞剂美托洛尔阻止这些过程可能会引入避免手术的新治疗策略。然而,还需要进行人体研究来建立治疗胆结石的新疗法。希望我们能说服制药公司使用NET形成或NET聚集的抑制剂进行临床研究。”

原始出处:Luis E. Munoz, Sebastian Boeltz, Rostyslav Bilyy, et al. Neutrophil Extracellular Traps Initiate Gallstone Formation. Immunity. August 15, 2019 

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