中性粒细胞的黑暗面：释放组蛋白H4裂解动脉平滑肌细胞，造成动脉硬化斑块失稳

来源：BioArt

原标题：Nature亮点 | 中性粒细胞的黑暗面：释放组蛋白H4裂解动脉平滑肌细胞，造成动脉硬化斑块失稳

动脉粥样硬化由动脉血管壁发生慢性炎症导致，与脂质代谢不平衡和不良炎症反应相关【1】。近几十年，动脉粥样硬化引起的心血管疾病已成为人类死亡的主要原因，其中动脉粥样硬化斑块破裂是急性心血管事件的触发因素。动脉硬化斑块失稳急剧增加了斑块破裂的风险，而造成斑块失稳的主要原因是损伤区域平滑肌细胞（smooth muscle cells, SMC）的死亡【2】。目前，动脉粥样硬化损伤区域的平滑肌细胞的死亡原因和机制尚不清楚。

中性粒细胞是数量最多的天然免疫效应细胞，不仅在免疫防御过程中发挥作用，还会造成自身组织损伤。中性粒细胞杀伤靶细胞的方式分为两种：1.直接吞噬病原；2.释放NETs（neutrophil extracellular traps，中性粒细胞胞外陷阱，在防御病原入侵中起重要作用）。NETs是一种大型的，存在于细胞外的网状结构，它的骨架是染色质，支撑着组蛋白，颗粒蛋白（例如弹性蛋白酶（neutrophil elastase, NE）和髓过氧化物酶（myeloperoxidase, MPO）和一些胞质蛋白【3,4】。已有文献报道，MPO缺陷能抑制宿主动脉粥样硬化的发生【5】，说明NETs与动脉粥样硬化的发生相关，但机制并未阐明。

近期，来自德国慕尼黑大学心血管预防研究所的Oliver Soehnlein团队在Nature 发表了题为Externalized histone H4 orchestrates chronic inflammation by inducing lytic cell death的文章。文章报道了一种由胞外组蛋白H4介导的细胞裂解方式。中性粒细胞被招募到动脉粥样硬化损伤区域后，释放NETs并利用这种方式裂解SMC，造成硬化斑块的失稳。而阻断H4的裂解作用能够维持宿主动脉粥样硬化斑块的稳定性。

首先，作者发现损伤区域的中性粒细胞的数目和损伤区域面积正相关，与SMC细胞数量和斑块稳定性负相关。并且，使用药物干预和遗传突变的方法造成中性粒细胞减少，进一步导致了SMC含量和斑块稳定性的增加；相反，中性粒细胞增多则加剧了斑块的失稳。说明中心粒细胞在斑块失稳过程中起到重要作用。同时，损伤处中性粒细胞与SMC临近（图1），提示这两种细胞有直接的相互作用。那么趋化中性粒细胞与SMC临近的原因就是作者下一步要探究的内容。

图1：损伤处免疫荧光显微照片（红色：SMC，灰色：中性粒细胞，洋红色：巨噬细胞）

作者发现受到血小板衍生生长因子（platelet-derived growth factor-BB, PDGF-BB）激活的SMC能够通过释放趋化因子CCL2和CCL7招募中性粒细胞。其中，CCL7能够诱发中性粒细胞NETs的释放。并且，阻断NETs的释放能够削弱中性粒细胞对SMC的杀伤（图2），表明NETs的释放是中性粒细胞杀伤SMC的主要方式。

图2：敲除Pad4或使用PAD抑制剂Cl-amidine阻断NETs的释放对SMC存活的影响

作者进一步深入研究了NETs的杀伤机制。通过使用抗体阻断的方法，作者排除了NETs中颗粒蛋白的功能，鉴定出组蛋白H2A和H4发挥主要的杀伤作用。H2A发挥功能依赖于DNA的存在，而H4可独立实现对细胞的杀伤。重组的组蛋白H4可直接与细胞膜结合（图3），并在细胞膜上形成孔道，造成细胞的裂解。

图3：组蛋白H4与细胞膜的结合

最后，作者筛选到多肽HIPe，它能够与组蛋白H4的N端相互作用，阻碍H4与细胞膜的结合。使用HIPe治疗发生动脉粥样硬化的小鼠，能够增加平滑肌细胞的数量和斑块的稳定性（下图），为临床治疗提供了新的靶点和策略。

图4：多肽HIPe抑制动脉粥样硬化斑块的失稳

综上，作者鉴定了动脉粥样硬化损伤区域内SMC的死亡方式：趋化的中性粒细胞能够释放包含组蛋白H4的NETs，组蛋白H4结合SMC细胞膜表面并形成孔道，从而裂解SMC，加剧动脉硬化斑块失稳。进一步，阻断组蛋白H4的功能会保护SMC，并稳定硬化斑块，为临床治疗提供新的靶点。

本文的通讯作者为慕尼黑大学的Oliver Soehnlein教授，他获得欧洲心脏病学会颁发的2017年突出贡献奖，主要研究方向是髓系细胞在心血管炎性疾病中的功能。实验室成员Carlos Silvestre-Roig和Quinte Braster为共同第一作者。

参考文献

1.  Weber C,Noels H. Atherosclerosis: currentpathogenesis and therapeutic options [J]. Nat Med, 2011. 17(11): 1410-1422

2.  Silvestre-Roig C, de Winther MP, Weber C, etal. Atherosclerotic plaque destabilization: mechanisms, models, and therapeuticstrategies [J]. Circ Res, 2014. 114(1): 214-226

3.  Jorch SK,Kubes P. An emerging role forneutrophil extracellular traps in noninfectious disease [J]. Nat Med, 2017.23(3): 279-287

4.  Papayannopoulos V. Neutrophil extracellulartraps in immunity and disease [J]. Nat Rev Immunol, 2018. 18(2): 134-147

5.  Milligan KL, Mann D, Rump A, et al. CompleteMyeloperoxidase Deficiency: Beware the "False-Positive"Dihydrorhodamine Oxidation [J]. J Pediatr, 2016. 176: 204-206