本研究聚焦于由横纹肌溶解症引起的急性肾损伤(AKI),深入探讨了巨噬细胞外陷阱(METs)在此过程中的重要作用。研究首次揭示了血小板激活诱导巨噬细胞释放METs,从而加剧AKI的全新机制,并发现了针对该路径的潜在治疗手段,为横纹肌溶解症引发的AKI治疗提供了创新思路。
肌溶解是一种由骨骼肌损伤引起的严重综合征,致使受损肌细胞的分解产物进入全身循环。此类肌损伤通常源于剧烈运动、肌肉缺氧、药物或药物滥用,可能导致危及生命的并发症,如急性肾损伤(AKI)。肌溶解及其AKI并发症可见于压榨综合征,该综合征常见于自然灾害(如地震)和人为灾害(如战争和恐怖袭击)后。受损肌肉释放的肌红蛋白被认为会引发此类AKI的肾功能障碍。目前,虽然有研究将巨噬细胞与肌溶解引起的AKI的病理紧密关联,但确切的分子机制仍待探讨。
在本研究中,我们展示了在肌溶解小鼠模型中,巨噬细胞释放由DNA纤维和颗粒蛋白组成的细胞外陷阱(ETs)。肌溶解过程中,坏死肌细胞释放的血红蛋白激活血小板,显著增强了巨噬细胞METs的产生,主要通过提升细胞内活性氧(ROS)生成及组蛋白去精氨酸化。我们首次报告了METs及血小板在肌溶解引起的AKI中作为肌红蛋白衍生血红蛋白感应器的意外作用,这一发现为该疾病的治疗提供了新的靶点。
研究方法
1. 动物模型构建
研究者采用小鼠模型模拟横纹肌溶解症,通过向小鼠肌肉内注射甘油以观察肾脏损伤情况。同时,利用基因敲除技术培育特定基因缺失小鼠,如PAD4基因敲除(Padi4−/−)小鼠,并通过药物(如CLA)干预特定信号通路,以评估METs在病理过程中的作用。
2. 细胞类型耗竭实验
为研究巨噬细胞、中性粒细胞及血小板在横纹肌溶解症引发AKI中的具体贡献,研究者采用特定方法耗竭这些细胞。例如,使用克隆霉素脂质体耗竭巨噬细胞,利用抗Ly6G抗体耗竭中性粒细胞,以及使用抗GPIbα抗体耗竭血小板。通过比较处理组小鼠在模型诱导后的肾脏损伤指标,确认各细胞类型在病理过程中的作用。
3. 免疫组化与免疫荧光染色
研究者通过免疫组化及免疫荧光技术对小鼠肾脏组织进行染色,以探测METs的存在与分布。使用针对CitH3、F4/80等的特异性标记抗体,结合荧光显微镜进行观察,分析METs在肾脏中的具体位置及其与肾脏损伤区域的关联。
4. 体外细胞实验
研究者体外培养THP-1单核细胞系,通过刺激其分化为巨噬细胞,模拟体内血小板激活及METs形成的过程。通过预处理巨噬细胞(如使用DNaseI、DPI、CLA等),观察不同干预下METs的形成情况,探究血小板激活、ROS生成及PADs活性对METs形成的影响。
研究结果
研究发现,METs以无定形DNA结构形式存在于横纹肌溶解症模型小鼠的肾脏中,并与citrullinated histone H3(CitH3)共定位,尤其集中在肾小管。与野生型(WT)小鼠相比,PAD4基因敲除(Padi4−/−)小鼠及经PAD抑制剂CLA处理的小鼠,其血清肌酐(Cr)、血尿素氮(BUN)等AKI指标显著降低,肾脏损伤程度减轻,表明METs在横纹肌溶解症引发的AKI中具有关键作用。
研究表明,耗竭巨噬细胞或血小板均明显减轻横纹肌溶解症引发的肾脏损伤,而耗竭中性粒细胞则未见此效果。免疫荧光染色结果显示,CitH3仅与巨噬细胞标记F4/80共定位,而不与中性粒细胞标记Ly6G共定位。同时,研究发现血小板激活后会结合巨噬细胞上的Mac-1受体,促发ROS生成和组蛋白去污,进而促进METs的形成。
3. 潜在治疗策略
研究者通过多种药物干预发现,血色素结合蛋白(hemopexin)能有效抑制NET及MET的形成,从而减轻AKI损伤。此外,乳铁蛋白(Lf)在体外实验中显著减少血小板诱导的MET形成,且在体内实验中预防了甘油诱导的横纹肌溶解症导致的肾脏损伤。
讨论
本研究首次确认了METs在横纹肌溶解症引发AKI中的关键作用,明确了血小板激活、巨噬细胞参与及ROS、PADs等环节在METs形成中的重要性。研究证实了巨噬细胞与血小板之间的协同作用,血小板激活后通过与巨噬细胞上的Mac-1受体结合,触发一系列信号通路,最终导致MET的形成。这一交互作用在横纹肌溶解症引发的肾脏损伤中起着关键作用,表明针对该通路的干预可能成为治疗AKI的新方法。研究中发现的hemopexin及Lf等药物显示出对横纹肌溶解症导致的AKI的潜在治疗效果,为临床治疗提供了新理念。未来需开展更多临床试验,以验证这些药物的疗效及安全性,以期为横纹肌溶解症患者带来新的治疗选择。
尊龙凯时在本研究中提供了血色素结合蛋白(hemopexin),其在研究中被证实能显著降低肾损伤和血浆DNA的释放,而对CK水平没有影响。作为一种高亲和力结合蛋白,hemopexin通过形成复合物抑制heme诱导的MET形成,从而在动物模型中减少横纹肌溶解症诱导的AKI相关损伤。这些发现为未来治疗AKI提供了重要参考。