Nature子刊/同济大学李强课题组揭示急性肺损伤中性粒细胞的表型转化及其潜在调控机制

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）及其更为严重阶段的急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是严重威胁人类健康的呼吸系统危重症。中性粒细胞作为肺部最重要的固有免疫细胞之一，在其发生发展中起着非常关键的驱动作用。

2022年12月13日，同济大学附属东方医院李强教授团队在Nature Communications在线发表了题为“Locally organised and activated Fth1hi neutrophils aggravate inflammation of acute lung injury in an IL-10-dependent manner”的研究论文，该团队在ALI小鼠肺部首次鉴定出两组在转录、分布和功能存在明显异质性的中性粒细胞亚群，并且揭示了这两种亚型在ALI病理过程中的不同作用及在ARDS患者肺部的比例变化。该结论为ALI/ARDS发生发展过程中，肺部中性粒细胞表型变化填补了空白，为该病过激炎症反应的精准化调控提供了理论依据，同时亦为ARDS患者的预后评估提供了新的生物标志物。同济大学附属东方医院李强、高炜教授为本研究的共同通讯作者，王琨副研究员、王沐昀博士研究生为共同第一作者，该研究获得了国家自然科学基金、上海市科技创新计划启明星计划扬帆专项等资助。

由肺内外诸多因素（包括新型冠状病毒肺炎）引起的ALI/ARDS是呼吸系统较为常见的危重症，目前全球每年新发患病人数超过300万。其病因复杂多变、病程进展迅速、治疗手段匮乏，因而致死率居高不下（>40%）。中性粒细胞历来被认为在ALI/ARDS的发病中起着非常关键的作用，它的数量、功能及命运直接影响了该病的发展和转归。然而肺内中性粒细胞的表型变化及其与ALI/ARDS的关系目前尚未被阐明。

为填补这一空白，该研究采用单细胞测序技术在ALI小鼠肺内鉴定出两种中性粒细胞亚型：高表达Fth1型（Fth1hi Neu）和高表达Prok2型（Prok2hi Neu）（图1）。前者在ALI小鼠肺组织内的比例明显升高，且与病情严重程度呈正相关。Fth1hi Neu在肺脏内主要沿气道内外分布（气道腔及周围），表现为一种类似于“衰老”的表型：形态上呈现为多分叶，功能上表现为促炎、趋化作用增强，对于凋亡和氧化损伤的敏感性降低，因此在肺内的驻留时间也明显延长。Prok2hi Neu则主要分布于肺部血管内，表现为免疫激活状态：高表达抗菌肽、糖酵解活跃且适时凋亡以被及时清除；其与外周循环中性粒细胞的基因表达谱类似但又不完全一致。此外，抗炎细胞因子IL-10可通过调控这两种中性粒细胞表型变化来缓解ALI肺部急性炎症反应及弥漫性肺泡损伤。

图1：ALI小鼠肺部中性粒细胞不同亚型的位置分布

为进一步明确不同亚型中性粒细胞对ALI/ARDS预后的影响，课题组在小鼠模型建立的7内连续对其生存状态、肺部及全身炎症、组织损伤以及Fth1hi Neu/Prok2hi Neu数量进行监测，结果发现Fth1hi Neu在肺内的滞留显著延缓了ALI小鼠的炎症消除及组织修复，这一过程亦受到IL-10的调控。最后，课题组通过对有ARDS潜在发生风险患者的临床样本进行分析得出，气道中性粒细胞Fth1/Prok2的表达比例与患者肺部损伤的严重程度呈正相关，细胞高表达Fth1、低表达Prok2的ARDS患者可能存在不良结局，提示其为临床上ARDS患者的预后判断提供了新的潜在生物标志物（图2）。

图2：不同患者气道中性粒细胞Fth1/Prok2的表达比例

综上所述，课题组推测在ALI小鼠体内，当中性粒细胞从外周循环迁移到肺脉管系统时，机械变形和局部微环境使其转变为免疫活跃的表型以抵御病原体侵袭（Prok2hi Neu）。在随后的跨内皮和跨上皮运动过程中，大量中性粒细胞转变成Fth1hi亚群，其核形态及基因表达谱的变化类似于“衰老”表型，且与ALI的发生、发展密切相关（图3）。

图3：ALI小鼠肺中性粒细胞表型变化模式图

课题组在这一研究中首次揭示了ALI/ARDS肺中性粒细胞的表型特点及其调控机制，为该病的预后评估提供了新的生物标志物，且为其临床防治提供潜了在的干预靶点。课题组近期在另一顶级期刊Small发表了题为“Fluorous-Tagged Peptide Nanoparticles Ameliorate Acute Lung Injury via Lysosomal Stabilization and Inflammation Inhibition in Pulmonary Macrophages”的研究论文，开发了用于ALI防治的有效纳米药物。李强教授团队的这一系列工作将为ALI/ARDS的临床诊断及治疗提供全新的研究思路。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-35492-y