《Scientific Reports》：Disruption of neutrophil homeostasis is associated with functional alterations in mitochondria of critically ill COVID?19 patients
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該研究旨在解決重癥COVID-19患者中中性粒細胞功能紊亂的分子機制問題。研究人員通過對ICU幸存者與非幸存者中性粒細胞的分析，探究了其線粒體功能、鈣穩(wěn)態(tài)和凋亡的改變。研究發(fā)現(xiàn)，危重癥患者的中性粒細胞表現(xiàn)出凋亡減少、鈣處理失調(diào)、線粒體膜電位超極化、復(fù)合體II呼吸增強及線粒體活性氧增加。這些協(xié)同性改變與中性粒細胞穩(wěn)態(tài)失衡相關(guān)，為理解嚴重炎癥下的免疫病理提供了新見解。結(jié)果具有重要的觀察意義，但需進一步因果驗證。
2019冠狀病毒病（COVID-19）的嚴重病例常伴隨失控的全身性炎癥，這被認為是導(dǎo)致器官衰竭和高死亡率的關(guān)鍵驅(qū)動因素。在這種“炎癥風(fēng)暴”中，作為免疫系統(tǒng)“先頭部隊”的中性粒細胞扮演著復(fù)雜而矛盾的角色。一方面，它們是清除病原體的主力軍；另一方面，過度激活和聚集的中性粒細胞會釋放大量顆粒酶和網(wǎng)狀染色質(zhì)（NETs），對自身組織造成嚴重損傷。臨床上，危重癥COVID-19患者普遍存在顯著的中性粒細胞增多，但這種變化背后的細胞內(nèi)在機制，特別是與患者預(yù)后（生存或死亡）的關(guān)系，仍不清楚。中性粒細胞的壽命、功能與其內(nèi)部的“能量工廠”——線粒體——以及重要的信號信使——鈣離子（Ca2+）——的調(diào)控密切相關(guān)。那么，危重癥COVID-19患者體內(nèi)的中性粒細胞，其線粒體功能和鈣信號處理是否出現(xiàn)了異常？這些異常又如何與中性粒細胞的“生死”（凋亡）和疾病結(jié)局相聯(lián)系？為了回答這些問題，一組研究人員展開了一項深入探索。
研究人員開展了一項觀察性研究，比較了危重癥COVID-19幸存者（ICU-S）、非幸存者（ICU-NS）與健康對照組的外周血中性粒細胞。他們運用了一系列前沿技術(shù)來描繪這些中性粒細胞的“生命圖譜”：通過流式細胞術(shù)分析細胞數(shù)量和凋亡狀態(tài)；通過代謝譜分析評估細胞能量代謝；通過免疫熒光成像觀察細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)；還通過小RNA測序（miRNA-seq）探尋可能調(diào)控這些過程的微小分子開關(guān)。
研究結(jié)果揭示了以下幾個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：
危重癥COVID-19患者表現(xiàn)出顯著的中性粒細胞增多和表型改變。 與健康人相比，ICU患者血液中的中性粒細胞數(shù)量異常升高，并且含有更高比例的不成熟CD16low中性粒細胞，提示骨髓在應(yīng)激下加速釋放未完全成熟的細胞。
危重癥患者的中性粒細胞凋亡程序受損。 無論是ICU幸存者還是非幸存者，他們的中性粒細胞都顯示出凋亡減少的特征，具體表現(xiàn)為細胞膜上“吃我信號”磷脂酰絲氨酸暴露（annexin V陽性細胞）減少，以及細胞內(nèi)執(zhí)行凋亡的關(guān)鍵“劊子手”蛋白——活化的caspase-3（cleaved caspase-3）信號減弱。這意味著這些本應(yīng)適時“自我了斷”的炎癥細胞在體內(nèi)持續(xù)存在，可能加劇組織損傷。
探索性發(fā)現(xiàn)與凋亡相關(guān)的miRNA特征，但未能與死亡率明確關(guān)聯(lián)。 在對一小部分ICU患者的中性粒細胞進行miRNA測序后，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些表達水平有差異的miRNA，生物信息學(xué)分析預(yù)測它們富集在凋亡和鈣信號相關(guān)通路中。然而，這些在幸存者與非幸存者之間差異表達的miRNA特征，并未得到功能性凋亡檢測結(jié)果（cleaved caspase-3和annexin V）的支持。因此，這些miRNA更應(yīng)被視為未來研究的假設(shè)生成線索，而非已驗證的死亡預(yù)測生物標(biāo)志物。
危重癥患者中性粒細胞的鈣處理和線粒體功能發(fā)生協(xié)同改變。 研究發(fā)現(xiàn)了更為核心的細胞功能紊亂：
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鈣處理失調(diào)：ICU患者中性粒細胞內(nèi)鈣離子的調(diào)控出現(xiàn)異常。
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線粒體膜電位超極化：線粒體內(nèi)外膜之間的電壓差異常增高，這通常與功能狀態(tài)改變相關(guān)。
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呼吸模式改變：細胞耗氧率顯示，與復(fù)合體II（琥珀酸脫氫酶）相關(guān)的呼吸作用增強。
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活性氧（ROS）產(chǎn)生增加：線粒體來源的活性氧顯著升高。
結(jié)論與討論
這項研究系統(tǒng)性地揭示，危重癥COVID-19患者的中性粒細胞并非僅是數(shù)量增多，其細胞內(nèi)部發(fā)生了深刻的、相互關(guān)聯(lián)的功能重組。這些細胞表現(xiàn)出鈣處理失調(diào)、線粒體活性異常（包括膜電位超極化、復(fù)合體II呼吸增強和ROS產(chǎn)生增多）以及細胞凋亡程序受阻。這些改變共同指向一個核心問題：中性粒細胞的“穩(wěn)態(tài)”被嚴重打破。正常情況下，中性粒細胞在完成抗感染任務(wù)后會迅速走向凋亡，并被巨噬細胞安靜地清除，這是炎癥得以消退的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而本研究中觀察到的凋亡減少和功能亢進的線粒體，可能使中性粒細胞壽命延長、持續(xù)活化，從而阻礙炎癥消退，導(dǎo)致組織損傷持續(xù)惡化。
盡管研究在幸存者與非幸存者之間未發(fā)現(xiàn)凋亡程度的顯著區(qū)別，但觀察到的整體功能改變模式為理解COVID-19及其他重癥炎癥中免疫病理機制提供了重要的細胞生物學(xué)基礎(chǔ)。線粒體和鈣信號可能成為干預(yù)中性粒細胞過度激活、恢復(fù)免疫穩(wěn)態(tài)的潛在新靶點。研究人員謹慎地指出，這些發(fā)現(xiàn)是觀察性的，不能確定因果關(guān)系。例如，是病毒感染直接導(dǎo)致了這些細胞改變，還是嚴重的全身炎癥環(huán)境所造成？此外，探索性發(fā)現(xiàn)的miRNA差異表達譜為后續(xù)機制研究提供了有價值的方向。這項研究如同一份詳細的“細胞診斷報告”，清晰地指出了危重癥COVID-19患者體內(nèi)中性粒細胞的關(guān)鍵異常，為開發(fā)針對過度炎癥反應(yīng)的新治療策略奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。該論文發(fā)表于《Scientific Reports》期刊。
