Nat Immunol | 张煊等揭示先天免疫中性粒细胞在系统性红斑狼疮发病机制中起关键作用

系统性红斑狼疮 （Systemic lupus erythematosus, SLE ） 是一种代表性自身免疫性疾病，其特点是免疫耐受丧失和免疫系统异常激活。目前传统观点认为SLE主要是由于淋巴细胞针对自身抗原产生了大量的自身抗体，进而致病。而SLE患者固有免疫细胞在狼疮发病进展中的作用和机制还缺乏深入研究。

2021年8月12日，中国医学科学院北京协和医学院临床免疫中心/北京医院张烜教授率领课题组与哈佛大学医学院合作者 （共同一作为博士生李鹏冲、李可天、姜梦迪） 在Nature Immunology杂志上发表文章  Glutathione peroxidase 4 regulated neutrophil ferroptosis induces systemic autoimmunity  ，以涵盖亚洲人种、高加索人种和美洲非裔人种的狼疮队列为研究对象，借助体内体外实验、敲除基因模型和转录组学等的手段， 首次提出并发现中性粒细胞铁死亡在人和小鼠的自身免疫性疾病中的关键作用，并对SLE患者中诱导中性粒细胞特殊形式死亡的调控机制进行了深入解析。 同时通过单纯干预中性粒细胞铁死亡建立了典型SLE动物模型。本研究的深远意义在于颠覆了以往传统观念认为SLE主要是由于适应性免疫异常所致，证实固有免疫细胞异常在系统性自身免疫中具有关键性作用。因此，它必会激发学界对固有和适应性免疫系统在维持免疫稳态方面相互作用的讨论，以及这种相互作用的特定扰动如何导致自身免疫发生。同时本研究也为治疗SLE开辟了新的靶点方向。

血清因素降低SLE中性粒细胞活性

SLE患者表现出明显低于健康人和其他免疫病的中性粒细胞计数，同时细胞活率也明显降低，以上现象在治疗后明显缓解。研究团队推测该现象与血清有关，并检测了SLE患者的血清炎症因子谱，发现SLE中特异升高的一型干扰素可以明显诱导中性粒细胞死亡，阻断一型干扰素可以缓解SLE血清诱导的细胞死亡。自身抗体的产生是狼疮的重要特征，研究团队同时发现狼疮患者IgG中dsDNA抗体的占比与中性粒细胞计数明显负相关，并且分离出的SLE IgG明显促进了中性粒细胞死亡，而不含IgG的SLE血清诱导中性粒细胞死亡的能力下降。

SLE中性粒细胞呈现铁死亡的特点

为了研究中性粒细胞具体的死亡形式，研究团队通过电镜观察SLE中性粒细胞的形态，发现其线粒体呈现铁死亡的特点，进一步的验证也表明，SLE中性粒细胞过氧化脂质 （lipid-ROS） 含量明显高于健康对照组，抗铁死亡药物可以阻断SLE血清诱导中性粒细胞死亡的作用。同时，一型干扰素和SLE IgG可以明显诱导中性粒细胞铁死亡。值得注意的是，研究团队发现中性粒细胞胞外捕获网的发生过程 （NETosis） ，并不是狼疮中性粒细胞的主要死亡形式。

抑制铁死亡可以减缓狼疮小鼠的病情进展

给予铁死亡抑制剂Liproxstatin-1能够明显缓解MRL.lpr小鼠的狼疮进展，具体指标包括蛋白尿、anti-dsDNA、炎症因子水平的降低，脾脏、淋巴结的缩小以及补体C3的恢复。

自身抗体和干扰素降低中性粒细胞GPX4的表达

研究团队通过中性粒细胞的转录组测序，发现23个铁死亡相关基因在狼疮患者中表达异常，其中谷胱甘肽过氧化物酶4 （GPX4） 明显降低，且降低程度与狼疮疾病活动度相关，治疗后恢复。研究团队发现SLE血清可以降低GPX4的表达，阻断一型干扰素或SLE IgG可以缓解GPX4的降低，并且这一现象表现出中性粒细胞特异性。

特异性中性粒细胞GPX4单倍体不足小鼠自发出现狼疮表型

接下来，研究团队构建了中性粒细胞GPX4敲低的小鼠动物模型，发现该模型自发出现狼疮表型，包括皮损，肾脏免疫复合物沉积，anti-dsDNA和炎症因子增加，该小鼠在12月大小时表现出明显的脾脏和淋巴结肿大，较好模拟了人的狼疮表型。

CaMKIV-CREM-GPX4通路

为了研究清楚狼疮患者中性粒细胞GPX4降低进而发生铁死亡的具体机制，研究者用染色质免疫共沉淀和DNA-pulldown的方法，发现患者中性粒细胞GPX4的启动子区异常结合了CREM抑制型的转录因子，SLE血清，或者一型干扰素和SLE IgG，可以通过激活CaMKIV分子，使得CREM结合在GPX4的启动子区从而抑制GPX4的转录。在Crem^-/-和Camk4^-/-的狼疮动物模型中，GPX4的下降也得到明显缓解。

总之，该研究的主要新发现是：1. 活动性SLE 患者的中性粒细胞存在明显自发性铁死亡，经过有效治疗后细胞铁死亡恢复到正常水平。2.血清自身反应性 IgG和 I 型干扰素能够诱导中性粒细胞铁死亡。3. 铁死亡抑制剂能够显著减轻狼疮小鼠疾病进展。4.小鼠髓系特异性单倍体敲除铁死亡负调节蛋白GPX4，可诱导出典型狼疮样表型。5. 血清自身反应性 IgG和 I 型干扰素通过 CaMKIV/CREM 通路，抑制SLE 患者中性粒细胞的 GPX4 表达，导致细胞内脂质活性氧物质蓄积和中性粒细胞铁死亡。

张烜教授指出:“过去的研究主要强调适应性免疫在诱发系统性自身免疫性疾病中的作用，而我们的研究在某种程度颠覆了传统概念，单纯固有免疫系统细胞的异常即可导致系统性自身免疫的发生。具体而言，即中性粒细胞GPX4 缺陷导致铁死亡后可出现典型SLE表型。既往铁死亡在自身免疫性疾病中的作用没有报道，我们的研究表明它不仅是狼疮患者白细胞减少的重要原因，而且能够诱导发生级联病理反应进而促进 SLE发生发展。”

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41590-021-00993-3

制版人：十一

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