cPLA2α靶向外泌体连接核变形与LTB4信号传导，从而驱动中性粒细胞趋化过程中的方向持久性

《SCIENCE ADVANCES》：cPLA2α targeting to exosomes connects nuclear deformation to LTB4-signaling during neutrophil chemotaxis

中性粒细胞如何感知穿越狭窄空间时的机械挤压，并将其转化为指导持续迁移的化学信号？针对这一关键问题，研究人员开展了关于胞质磷脂酶A2α (cPLA2α) 如何整合机械与化学信号的研究。他们发现，细胞核受挤压时，cPLA2α作为核曲率传感器被招募至核膜衍生的外泌体表面，并驱动局部白三烯B4(LTB4) 合成，进而强化细胞极性并维持迁移方向性。这项研究揭示了连接核结构与趋化效率的cPLA2α依赖型机械化学新轴，为调控炎症反应提供了新策略。

　　

当身体发生感染或损伤时，中性粒细胞作为“先锋部队”，需要迅速穿过复杂的组织微环境，精准地迁移到“出事地点”。这一过程被称为趋化。长期以来，科学家们知道趋化是由化学信号（如趋化因子梯度）引导的。但在真实的人体组织中，细胞除了要“闻着味儿”走，还必须应对拥挤的物理空间——比如在致密的胶原纤维网络之间穿行，甚至要挤压变形才能通过比自身细胞核直径还窄的缝隙。这就提出了一个有趣的问题：细胞在穿越这些物理障碍时，如何感知“被挤了一下”这种机械刺激，并将这种“感觉”转化为指导后续行动的生化信号，从而确保迁移不偏离方向、坚持不懈？此前的研究表明，一种名为白三烯B₄(LTB₄) 的脂类信号分子对放大和维持中性粒细胞的趋化至关重要。然而，将细胞核受到的机械挤压与LTB₄的精确生产联系起来的分子机制，一直是一个未解之谜。

为了回答这个谜题，一项发表在《SCIENCE ADVANCES》上的研究为我们带来了突破性的发现。该研究揭示，一种名为胞质磷脂酶A₂α (cytosolic phospholipase A₂α， cPLA₂α) 的关键酶，扮演了“核变形传感器”的核心角色。当细胞核被挤压时，cPLA₂α能感知核膜（NE）产生的极端曲率变化，并迅速定位到特定的膜区域。最令人惊奇的是，它随后会被包装到从核膜“出芽”形成的外泌体（exosomes）的外表面上。这种独特的拓扑位置使得LTB₄的合成能够在局部、高效地进行。产生的LTB₄信号继而同步细胞内钙离子波动，促进肌球蛋白轻链II (MLC II) 磷酸化，最终在细胞通过狭窄区域后，加固其前后极性并维持定向、持久的迁移。这些发现不仅首次阐明了cPLA₂α如何将物理挤压与化学信号传导耦联，也为理解免疫细胞在复杂组织中的高效导航提供了全新视角，并可能为调控过度炎症反应提供新的靶点策略。

为开展这项研究，作者运用了多项关键的技术方法。研究主体使用了人早幼粒白血病来源的HL60细胞系，将其分化为中性粒细胞样细胞（dHL60），并利用CRISPR-Cas9技术构建了cPLA₂α基因敲除（KO）株。为了模拟体内穿越物理屏障的过程，作者自主设计并制造了一种名为“收缩趋化小室”（C³）的微流体装置，该装置能在维持稳定趋化因子梯度的同时，让迁移中的细胞经历一次精确可控的细胞核挤压（3微米或5微米宽的收缩）。研究还使用了荧光钙指示剂（Fluo4-AM）实时监测单细胞钙信号动态。此外，通过密度梯度超速离心结合聚乙二醇沉淀法从细胞上清中纯化外泌体，并利用蛋白质印迹（Western blot）和酶联免疫吸附试验（ELISA）分析了外泌体的蛋白组成及LTB₂含量。成像方面，则采用了共聚焦显微镜、超高分辨率Airyscan成像以及4倍膨胀显微镜来观察蛋白质的亚细胞定位和共定位情况。部分验证实验使用了从健康捐献者外周血中分离的原代人中性粒细胞（PMNs）。

研究结果部分通过一系列精心设计的实验逐步揭示了cPLA₂α的功能。

首先，在“中性粒细胞核形态受cPLA₂α调控”部分，研究发现敲除cPLA₂α会导致细胞核变得更圆、褶皱更少，同时核纤层蛋白A/C (LMNA/C) 的表达量上升，而重新表达cPLA₂α可恢复正常的核分叶形态。这表明cPLA₂α对于维持中性粒细胞特征性的复杂核形态至关重要。

其次，在“缺乏cPLA₂α的中性粒细胞表现出有缺陷的核机械敏感性”部分，当细胞在排列整齐的合成对齐密纤维（sADF）上迁移时，敲除细胞虽能像对照组一样使细胞体沿纤维方向排列，但其细胞核却无法有效地与纤维方向对齐并嵌入纤维垫中。这显示cPLA₂α的缺失损害了细胞核响应底物拓扑结构的机械形变能力。

第三，在“核挤压促进cPLA₂α依赖性的方向性增加”部分，研究利用C³装置发现，所有细胞都能成功挤过3微米的狭窄通道。然而，挤过去之后，敲除cPLA₂α的细胞迁移距离更短、速度下降且方向性（即指向目标方向的直线程度）变差；而过表达cPLA₂α的细胞则表现出更强的方向持久性。重要的是，用药物MK886抑制LTB₄合成（通过抑制5-脂氧合酶激活蛋白FLAP）后，这种挤压后增强的方向性就消失了。此外，敲除细胞在挤压后，从变形虫样迁移模式向类似角质细胞（keratocyte-like）的扁平、快速迁移模式转变的能力也大大减弱。

第四，在“核挤压驱动cPLA₂α依赖的钙离子峰和MLC II磷酸化”部分，钙成像显示，野生型细胞在挤过3微米窄道后会出现一个同步的钙离子浓度高峰，而敲除细胞则没有。同时，免疫荧光显示，只有cPLA₂α正常或过表达的细胞，在挤压后其磷酸化MLC II (pMLC II) 的总量和在细胞皮质（特别是后部）的极化分布才会显著增加。

第五，在“cPLA₂α被招募至核膜衍生外泌体的外表面”部分，机制探索发现，在趋化过程中，cPLA₂α会与核膜内侧（INM）的鞘磷脂酶产生的神经酰胺（ceramide）富集微域共定位，并进入抗去垢剂膜（DRM）组分。更重要的是，cPLA₂α存在于分泌出来的外泌体中。用胰蛋白酶处理外泌体会完全降解cPLA₂α，但不影响外泌体内部的蛋白，证明它确实是暴露在外泌体的外表面。来自敲除细胞的外泌体完全不含LTB₄，而过表达细胞的外泌体则含有更多的LTB₄，说明外泌体上的cPLA₂α是具有酶活性的。

最后，在“核挤压促进原代中性粒细胞中核膜多泡体形成和pMLC II极化”部分，在原代人中性粒细胞中的验证表明，核挤压确实能触发更多核膜来源的多泡体（NE-MVB）形成。虽然抑制cPLA₂α的酶活性不影响这些囊泡的形成，但却完全阻断了挤压所诱导的皮质pMLC II的增加。这证明，机械挤压本身可以启动核膜出芽，但需要cPLA₂α的催化活性来将这些机械信号转化为指导细胞极性和迁移的肌球蛋白收缩信号。

研究的结论与讨论部分将上述发现整合为一个清晰的模型。本研究发现cPLA₂α是连接中性粒细胞核机械变形与LTB₄信号放大环路的关键分子。它作为核曲率传感器，在核被挤压时被招募至高曲率的核膜内侧微域，并随核膜出芽过程被整合到外泌体的外表面。这些携带活性cPLA₂α和全套LTB₄合成酶的外泌体，实现了LTB₄的局部产生和释放。分泌的LTB₄以自分泌/旁分泌方式激活其G蛋白偶联受体（GPCR），引发钙离子内流，进而驱动肌球蛋白轻链II (MLC II) 磷酸化，增强细胞后部的收缩力，从而稳定细胞前后极性，并在细胞挤过狭窄空间后维持其高速、定向的迁移。这项研究的重要意义在于，它首次在分子和细胞器水平上，阐明了物理挤压如何通过一个由cPLA₂α介导的“核膜重塑-外泌体信号”轴，转化为指导细胞行为的化学信号。这不仅深化了我们对免疫细胞在复杂组织中趋化机制的理解，也揭示了一个全新的、可被靶向的机械化学信号转导通路，为未来开发调节炎症性疾病（如类风湿性关节炎、急性肺损伤等）中中性粒细胞过度浸润的新疗法提供了潜在的理论基础和干预靶点。