NOX1/DUOX NADPH氧化酶的出现是中性粒细胞在肠道和肺屏障功能重编程的关键特征

本研究针对炎症和感染性疾病中中性粒细胞功能多样性的机制，揭示了NADPH氧化酶NOX1和DUOX在黏膜屏障中性粒细胞中的诱导表达及其双重作用。研究人员通过多模型实验发现，髓系NOX1缓解结肠炎症而上皮NOX1促进中性粒细胞招募；DUOX表达不影响金黄色葡萄球菌感染病程但延长流感病毒感染生存期。该研究为靶向氧化酶治疗屏障相关疾病提供了新视角。

　　

在人体免疫防御的最前线，中性粒细胞作为含量最丰富的先天免疫细胞，一直被视为抵抗病原体入侵的第一道防线。然而近年来研究发现，这些细胞并非简单的"敢死队"，它们在不同组织微环境中表现出惊人的可塑性（plasticity）和功能多样性。特别是在肠道和肺部等黏膜屏障部位，中性粒细胞会经历深刻的功能重编程（reprogramming），改变其遗传和表型程序。这种重编程的功能意义对于制定调控中性粒细胞行为的策略至关重要。

活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）的产生影响着中性粒细胞的应答，塑造微环境，并常常决定炎症、感染和癌症等疾病的结局。传统认知中，吞噬细胞NADPH氧化酶NOX2（又称CYBB）产生的超氧化物是微生物杀灭所必需的，其缺陷会导致慢性肉芽肿病（Chronic Granomatous Disease, CGD）和相关的炎症性肠病（CGD-IBD）。但近年来，研究人员发现浸润胃肠道的中性粒细胞在炎症和感染过程中会发生重编程，表达双氧化酶DUOX2，这种酶在加剧肠道炎症的同时，又支持宿主防御食源性病原体沙门氏菌。

由都柏林大学学院Conway研究所Ulla G. Knaus团队领衔的研究，在《Redox Biology》上发表了他们的最新发现。他们报告了在黏膜屏障组织中浸润的中性粒细胞其NADPH氧化酶家族的进一步扩展，导致了广泛的NOX1和刺激依赖性DUOX1/2表达，并深入探索了这些酶在塑造肠道和肺部疾病中的功能意义。

为了开展这项研究，团队运用了多种关键技术方法。他们利用临床样本（包括儿科IBD和CGD-IBD患者的活检组织）和多种基因工程小鼠模型（如Nox1^-/y、Cybb^-/y和Mrp8cre介导的细胞特异性敲除模型）。研究建立了多种疾病模型，包括TNBS和DSS诱导的结肠炎模型、沙门氏菌肠道感染模型、以及使用金黄色葡萄球菌（S. aureus）和甲型流感病毒（IAV）的肺部感染模型。关键技术手段包括：质谱分析（LC-MS/MS）用于蛋白质组学鉴定；流式细胞术（Flow Cytometry）和细胞分选（FACS）用于免疫细胞表型和功能分析；免疫组织化学/免疫荧光（IHC/IF）进行组织原位蛋白表达定位；实时定量PCR（qRT-PCR）检测基因表达；以及体内成像技术（IVIS）动态监测感染进程和氧化应激水平。

NOX1和NOS2在肠道中性粒细胞中的表达

研究人员通过重新分析TNBS结肠炎高峰期分离的结肠中性粒细胞的质谱数据，意外地发现了NOX1的表达。此前，肠道NOX1的表达被认为仅限于屏障上皮细胞。免疫荧光分析证实，在TNBS结肠炎第2天，野生型小鼠结肠组织中招募的中性粒细胞存在NOX1和NOS2。使用沙门氏菌肠道感染模型也检测到结肠中性粒细胞中NOX1的表达。基因表达谱比较显示，Nox1、其组织者Noxo1和Nos2 mRNA在粒细胞-单核细胞祖细胞（GMP）群体中均有检测，但在后期发育阶段和成熟中性粒细胞中不表达。然而，在结肠炎中，这些基因的表达在结肠中性粒细胞中被诱导，并且在SPF（有微生物组）小鼠中高度上调，而在无菌（GF）小鼠中表达非常微弱，说明了微生物组对浸润中性粒细胞中NOX1和NOS2表达的深远影响。

髓系NOX1在结肠炎中抵抗肠道炎症

尽管NOX1缺陷被认为是发生极早发型IBD的风险因素，但Nox1^-/y小鼠不会自发发生结肠炎。在诱导结肠炎后，这些小鼠表现出疾病减弱、炎症显著减轻、趋化因子和细胞因子（如Cxcl1, Cxcl2, Il1b, Il6, Lcn2）下调。中性粒细胞浸润在结肠炎诱导后24和48小时显著减少。研究发现，NOX1和NOS2在F4/80⁺巨噬细胞和MPO⁺中性粒细胞中均有表达。髓系NOX1缺陷的嵌合小鼠 developed更严重的结肠炎，体重下降更多，疾病活动度更高，结肠长度显著缩短。细胞因子和趋化因子表达上调，表明活化中性粒细胞浸润增加。

肺部疾病中中性粒细胞NADPH氧化酶库的扩展

肠道和肺在结构和功能上具有相似性。研究探索了在各类肺部疾病中浸润肺部的中性粒细胞是否会诱导表达不同于NOX2的NADPH氧化酶。LPS滴注后，支气管肺泡灌洗液（BAL）中的Ly6G⁺CD11b⁺中性粒细胞诱导了Nox1 mRNA，但未诱导Duox2或Duox1。在博来霉素处理后，BAL中性粒细胞不表达DUOX蛋白。然而，在金黄色葡萄球菌（SA）肺部感染后，超过80%的BAL中性粒细胞为DUOX阳性。qPCR分析证实，从SA处理小鼠BAL中回收的中性粒细胞表达了Duox1, Duox2, Nox1, Noxo1和Nos2。

NOX1促进金黄色葡萄球菌肺部感染

在SA感染早期，Nox1, Noxo1和Nos2在中性粒细胞中高度上调。与TNBS结肠炎类似，Nox1^-/y小鼠从SA感染中恢复更快，体重增加，疾病严重程度降低。感染后，Nox1^-/y小鼠BAL中的中性粒细胞计数显著低于野生型小鼠，而肺泡巨噬细胞增加。BAL液中TNF-α, CXCL9, CXCL10和M-CSF水平降低。中性粒细胞特异性DUOX1/2失活（D12-IA）小鼠与对照（D12-C）小鼠在疾病结局和存活率上无差异。

中性粒细胞DUOX在甲型流感病毒感染中起保护作用

研究人员使用了一种新创建的生物发光流感A pH1N1-Nluc病毒。IAV感染48小时后，超过60%的BAL中性粒细胞和87%的Ly6G^-CD11b⁺细胞表达DUOX。中性粒细胞特异性DUOX失活（D12-IA）不影响病毒载量或传播。然而，在中性粒细胞中表达活性DUOX的对照（D12-C）小鼠表现出显著的宿主保护和延长的存活期。这种保护伴随着BAL中趋化因子（如CXCL9, CXCL10）水平降低和TNF-α水平升高。

结论与讨论

该研究揭示了中性粒细胞功能异质性的一个新维度：其在黏膜屏障处可诱导表达一套扩展的NADPH氧化酶（NOX1, DUOX1, DUOX2），超出了其经典的NOX2。这种“氧化酶库”的扩展具有显著的组织和刺激依赖性，并在炎症和感染中扮演了复杂且时而矛盾的角色。

在肠道中，组成性表达于上皮的NOX1通过增强免疫细胞招募而促进炎症，而炎症诱导的髓系（中性粒细胞和巨噬细胞）NOX1表达则通过限制结肠炎严重程度而起到保护作用。在肺部，上皮NOX1在SA感染中扮演促炎角色，而中性粒细胞DUOX的表达虽不影响SA疾病进程，却在IAV感染中通过调节免疫病理和细胞因子环境，为宿主提供了关键的生存优势。

这些发现的重要意义在于：首先，它们将中性粒细胞置于与巨噬细胞类似的地位，即其功能可由微环境信号显著重塑。其次，研究强调了NADPH氧化酶家族不同成员在特定疾病背景下的特异性功能，为开发靶向特定氧化酶同工酶（而非广泛抗氧化策略）的精准疗法提供了理论依据。例如，抑制上皮NOX1或特异性增强髓系NOX1功能可能有益于结肠炎；而增强中性粒细胞DUOX2功能可能有助于对抗流感病毒感染。最后，这些发现在人类IBD和CGD-IBD患者样本中得到验证，凸显了其临床相关性，为理解相关疾病机制和开发新的治疗策略指明了方向。