Cell：活化的中性粒细胞外泌体保护弹性蛋白酶引起基质破坏和肺部疾病

2019 年 1 月 15 日 外泌体之家

来自美国阿拉巴马大学的Edwin Blalock课题组近日在Cell杂志上发表文章，报道了在慢性炎性肺病中，中性粒细胞衍生的致病性外泌体绕过肺抗蛋白酶屏障促进细胞外基质破坏。

外泌体是细胞外囊泡，直径<150 nm，由大多数细胞组成性和响应于刺激而释放。外泌体被认为是细胞-细胞通讯的介质，以及多种蛋白质、脂质和核酸的细胞间递送者。最近的研究表明，外泌体还可以含有具有完整酶活性的蛋白酶。

源自多形核白细胞（polymorphonuclear leukocytes，PMNs，主要是中性粒细胞）的蛋白酶在肺的某些慢性炎性疾病中起重要作用。抗蛋白酶屏障与PMN分泌的蛋白酶之间的紊乱相互作用参与肺细胞外基质（ECM）重塑的几种疾病的发病机制，包括慢性阻塞性肺病（COPD）和支气管肺发育不良（BPD）。COPD是一种吸烟相关疾病，仍然是全球第四大死因，是由蛋白酶-抗蛋白酶失衡导致的肺病的典型例子。COPD的特征在于炎性气道阻塞和肺气肿，引起咳嗽、呼吸短促和呼吸衰竭。

中性粒细胞弹性蛋白酶（neutrophil elastase, NE）及其主要的肺抑制剂α1-抗胰蛋白酶（a1AT）是COPD中最重要的。NE具有广泛的底物特异性，并且能够降解构成大部分肺间质基质的两种ECM结构蛋白，I型胶原和弹性蛋白。将NE或某些其它蛋白酶滴入动物气道已被证明在足以压倒抗蛋白酶屏障的量时引起肺气肿。a1AT的活性降低与COPD有关，a1AT的遗传缺陷引起人类COPD的一种形式，即使在没有接触烟草烟雾或其他危险因素的情况下也会自发发生。

尽管有证据支持NE在肺实质变形的发展中发挥核心作用，但a1AT施加的肺抗蛋白酶屏障是强有力的，并且NE绕过它以诱导ECM破坏的机制仍不清楚。来自美国阿拉巴马大学的Edwin Blalock课题组研究了NE是否以外泌体形式存在，以及这些外泌体是否可能绕过a1AT并导致炎性肺病。该报道定义了源自PMN的新外泌体群体，通过不受约束的NE活性降解ECM。

这些CD63⁺/CD66b⁺纳米囊泡在PMN脱粒期间获得表面结合的中性粒细胞弹性蛋白酶（NE），这些外泌体上的NE对α1-抗胰蛋白酶（α1AT）具有抗性。这些外泌体分别通过整合素Mac-1和NE结合并降解细胞外基质（ECM），引起慢性阻塞性肺病（COPD）。由于ECM靶向和α1AT抗性，外泌体NE比游离NE更有效。重要的是，这种PMN衍生的外泌体存在于来自患有COPD的样本中，而不存在于健康对照的受试者的临床标本中，并且能够以NE驱动的方式将COPD样表型从人转移至小鼠。对另一种中性粒细胞驱动的ECM重塑疾病（支气管肺发育不良[BPD]）也观察到类似的现象。这些发现揭示了外泌体在ECM稳态疾病（如COPD和BPD）发病机制中的未被重视的作用，为蛋白降解损伤提供了关键机制。

更具破坏性的外泌体NE（而不是游离液相NE）的定量对监测COPD患者的疾病活动、治疗剂功效和早期疾病检测提供帮助。先前观察到的NE水平与COPD活性和进展之间的相关性可能通过考虑外泌体相关NE的水平而得到加强。类似地，NE抑制剂对NE的外泌体形式的功效是治疗开发中的重要考虑因素。考虑到对未分级COPD外泌体的NE抑制仅部分抑制肺泡增大，并且因为其它蛋白酶如MMP-12也在COPD中起重要作用，未来纳米颗粒与其它蛋白酶的结合似乎也是值得研究的。类似地，应该检查其它细胞类型的外泌体，如巨噬细胞外泌体，在健康和疾病情况下基质修饰特性。这些机制可能潜在地涉及与免疫细胞活化和ECM重塑相关的许多其它病症（例如，心肌梗塞、转移性癌症和慢性肾病）。最后，这些研究证明了至少在体外治疗策略的可行性，这些策略可以阻断PMN外泌体功能的致病方面（即NE从外泌体中解离，使其对内源性α-1AT敏感，对外泌体Mac-1的抑制和抑制外泌体NE本身）。硫酸鱼精蛋白（一种引起NE从外泌体解离的化合物）正好是一种批准用于人类的药物。

亮点：

活化的PMN的外泌体表面具有α1AT不敏感的NE；
活化的PMN外泌体通过MAC-1结合ECM并通过NE降解ECM；
当处理小鼠时，CD66b⁺/NE⁺PMN外泌体引起肺气肿和RVH；
CD66b⁺/NE⁺ PMN外泌体存在于COPD患者中并可将COPD表型转移至小鼠。

参考文献：

Genschmer KR, Russell DW, Lal C, SzulT, Bratcher PE, Noerager BD, Abdul Roda M, Xu X, Rezonzew G, Viera L, Dobosh BS, Margaroli C, Abdalla TH, King RW, McNicholas CM, Wells JM, Dransfield MT, Tirouvanziam R, Gaggar A, Blalock JE14. Activated PMN Exosomes: Pathogenic Entities Causing Matrix Destruction and Disease in the Lung. Cell. 2019 Jan 10;176(1-2):113-126.e15. doi: 10.1016/j.cell.2018.12.002. IF=31.398