IL-33/ST2轴通过ATF4/REDD1信号通路调节NETs（神经酰胺脂质酸代谢产物）的形成，从而促进败血症引起的肺损伤

《Free Radical Biology and Medicine》：The IL-33/ST2 axis promotes sepsis-induced lung injury by modulating NETs formation via the ATF4/REDD1 signaling pathway

　　

戴鸿凯 | 郑英芳 | 李成 | 杨斌 | 黄茜蕊 | 萧然 | 何顺科 | 李永生

中国武汉华中科技大学同济医学院同济医院急诊医学系

摘要

背景

中性粒细胞胞外陷阱（NETs）可介导脓毒症引起的肺损伤，但其上游调控机制尚不清楚。IL-33参与中性粒细胞的活化，可能作为NETs形成的上游调节因子。因此，本研究旨在阐明IL-33/ST2轴通过何种分子机制调节NETs的形成，从而介导脓毒症引起的肺损伤。

方法

采用CLP方法建立脓毒症诱导的肺损伤小鼠模型，以评估肺损伤和NETs的形成。通过DNase I干预和HUVECs细胞实验考察NETs对内皮屏障的破坏作用。使用IL-33或ST2基因敲除小鼠来研究IL-33/ST2轴在脓毒症引起的肺损伤中的作用及其对NETs形成的调控效应。通过对小鼠中性粒细胞的转录组测序，鉴定差异表达基因，并通过沉默或过表达dHL-60细胞中的REDD1来探讨IL-33诱导NETs形成的下游分子机制。

结果

在脓毒症小鼠中，观察到中性粒细胞浸润和NETs水平升高，同时伴有肺水肿和血管通透性增加。这些损伤通过DNase I干预得到缓解。IL-33/ST2信号通路在脓毒症小鼠中被激活，敲除IL-33或ST2基因可减轻肺损伤，减少内皮屏障破坏，并抑制NETs的形成。体外实验和转录组测序结果表明，IL-33通过ST2受体诱导中性粒细胞形成NETs，ATF4/REDD1信号通路是IL-33促进NETs形成的关键下游机制。

结论

本研究表明，IL-33/ST2信号通路导致中性粒细胞中的PERK/eIF2α/ATF4通路活化，上调REDD1以引发由氧化应激触发的NETosis，从而破坏肺血管内皮屏障，加重脓毒症引起的肺损伤。

引言

脓毒症引起的急性肺损伤（ALI）仍是重症监护病房的主要死亡原因之一，主要是由于肺内皮屏障的破坏，导致严重水肿、炎症浸润和呼吸衰竭1, 2, 3。尽管支持性护理取得了进展，但缺乏直接针对这一核心病理机制的疗法，这凸显了一个亟待满足的需求4, 5。因此，深入理解内皮屏障的破坏机制对于开发有效治疗方法和改善临床结果至关重要。

作为先天免疫的前卫，中性粒细胞在脓毒症期间会大量招募至肺部⁶。除了其经典功能外，这些细胞还能释放中性粒细胞胞外陷阱（NETs），这是一种由染色质和颗粒蛋白组成的自牺牲网络，能够捕捉病原体。NETs的形成是一个活跃的过程，由肽基精氨酸脱亚胺酶4（PAD4）介导的组蛋白瓜氨酸化和活性氧（ROS）依赖的染色质解凝聚驱动7, 8。然而，在脓毒症中，这种防御机制失调，导致NETs过度释放。病理性的NETs含有细胞毒性成分，如瓜氨酸化组蛋白H3（CitH3）、髓过氧化物酶（MPO）和中性粒细胞弹性蛋白酶（NE），直接损害内皮和上皮屏障，加剧炎症级联反应9, 10, 11, 12。因此，循环中的NETs标志物与器官功能障碍相关，并可预测脓毒症患者的死亡率，说明NETosis是脓毒症引起的肺损伤的关键效应器13, 14。尽管存在这种因果关系，但在脓毒症中触发病理性NETosis的上游细胞因子信号及其精确的细胞内转导途径仍不清楚，这成为开发针对NETs的靶向疗法的主要障碍。

白细胞介素-33（IL-33）是IL-1家族中的一种核因子，在屏障组织细胞（如肺内皮和上皮）的细胞核中持续表达，并在细胞应激或损伤时释放。IL-33与其膜受体ST2结合后，启动强大的2型免疫和组织修复程序15, 16。虽然这种反应在受控环境下具有保护作用，但在包括脓毒症在内的多种病理情况下，IL-33/ST2轴也是炎症的强大放大器，血清IL-33水平与器官功能障碍的严重程度相关17, 18。重要的是，新证据表明IL-33可以直接招募中性粒细胞到炎症部位并促进NETs的形成，使其成为NETosis的潜在上游调节因子19, 20, 21, 22。尽管存在这种联系，IL-33/ST2轴在脓毒症期间驱动NETosis的精确作用、其直接的细胞靶点（特别是它是否作用于中性粒细胞本身）以及涉及的特定下游信号通路仍完全未知。阐明这一轴对于确定其作为调节脓毒症肺损伤中NETs驱动病理的有效治疗靶点至关重要。

章节摘录

试剂

研究中使用的抗体见表1。本研究中使用的试剂见表2。

动物和处理

野生型（WT）C57BL/6J小鼠购自北京维塔尔河实验动物技术有限公司。C57BL/6J背景下的IL-33和ST2基因敲除小鼠由华中科技大学生物医学学院免疫学系的郑芳教授提供。所有实验小鼠均为8周大的雄性，体重23–25克。

脓毒症中过量的NETs形成导致内皮损伤和肺损伤

接受CLP手术的小鼠出现严重的临床脓毒症，表现为与假手术对照组相比小鼠脓毒症评分显著升高（图S1a）。组织病理学分析证实CLP小鼠存在严重的肺损伤，表现为肺泡壁破坏、出血和广泛的炎症浸润，通过半定量肺损伤评分加以量化（图S1b）。同时，CLP引发了全身性炎症反应，表现为显著

讨论

从全身炎症到器官特异性衰竭的病理生理转变仍是脓毒症研究中最为难以理解但至关重要的问题之一33, 34。尽管已确定中性粒细胞是通过NETosis等机制介导脓毒症引起的肺损伤的关键效应器，但它们从循环防御者转变为组织侵袭者的确切机制仍不完全清楚³⁵

作者贡献声明

郑英芳：撰写 - 审稿与编辑、初稿撰写、方法学、数据分析、概念构建。戴鸿凯：撰写 - 审稿与编辑、初稿撰写、方法学、研究实施、数据分析、概念构建。李永生：撰写 - 审稿与编辑、监督、项目管理、数据分析、概念构建。何顺科：撰写 - 审稿与编辑、监督、软件应用、资金获取、正式格式化。

伦理声明

该动物研究已获得华中科技大学同济医院动物伦理委员会的审查和批准（TJH-202509026）。

数据可用性

支持本研究所有发现的数据可在文章及其补充信息文件中找到，或根据合理请求从相应作者处获取。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号：82572496和82002621）的支持。

利益冲突声明

作者声明本研究在没有任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行。

致谢

我们感谢郑芳教授慷慨提供本研究中使用的IL-33和ST2基因敲除小鼠。本研究的实验流程图和机制图由Figdraw绘制。（www.figdraw.com