免疫刺激预暴露经MerTK/Bcl-xL增强肺泡巨噬细胞获取中性粒细胞源性抗菌分子以抵御细菌性肺炎

《Cell Reports》：Exposure to immune stimuli augments alveolar macrophages to acquire neutrophil antimicrobial molecules to prevent bacterial pneumonia

　　

固有免疫防御针对呼吸道病原体的保护性适应与既往免疫刺激暴露相关；然而，这些适应的潜在机制尚未被充分理解。研究人员在此显示，低剂量非特异性免疫刺激或感染的预暴露可抵御随后致死性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）攻击。这种增强的保护与肺部自我更新过程所致的肺泡巨噬细胞（AMs）增加相一致。重要的是，这些AMs被编程为从细胞外空间获取中性粒细胞释放的抗菌酶，以清除MRSA、防止组织损伤并迅速恢复肺稳态。AM功能依赖于差异基因表达，包括胞葬作用（efferocytosis）受体Mer原癌基因酪氨酸激酶（MerTK）和抗凋亡调节因子Bcl-xL的表达。因此，研究人员的数据强调，AMs获取中性粒细胞酶是固有免疫适应的一个组成部分。

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）可造成大量感染，是细菌性死亡的重要原因，并可引起从浅表皮肤软组织感染到肺炎、心内膜炎和脓毒症等疾病，复发感染亦较常见。个体易感性与手术、静脉装置及吞噬细胞发育和功能异常有关，但健康个体也可发生复发或侵袭性感染，提示免疫反应差异及既往炎症刺激暴露可能重编程宿主防御。抗金黄色葡萄球菌免疫依赖中性粒细胞、单核细胞（MONOs）和巨噬细胞的协同作用；中性粒细胞可释放毒性酶、活性氧（ROS）和DNA等杀伤胞外细菌，但这些破坏性分子若不能及时清除可损伤宿主组织。巨噬细胞表达Tyro3、Axl和Mer等受体，通过胞葬作用清除凋亡细胞及毒性物质，也可能摄取胞外分子以供后续利用。既往低水平炎症介质暴露可影响固有免疫细胞功能，但预暴露是否及如何预防严重金黄色葡萄球菌感染尚不清楚。肺持续暴露于环境和微生物颗粒，既往暴露于LPS、卡介苗（BCG）或微生物可诱导对后续细菌性肺炎的抵抗，并涉及AM和中性粒细胞表型与功能改变，但其机制未知。基于此，研究人员采用MRSA肺炎模型研究反复暴露于免疫刺激或病原体相关的保护性适应。研究得出，预暴露低剂量LPS、Pam3CSK4、Poly:IC或非致死MRSA可保护小鼠抵御后续致死MRSA感染；免疫刺激增加AM数量与功能，并增强AM获取中性粒细胞源性抗菌分子，MerTK或Bcl-xL抑制则削弱AM功能与宿主防御。该研究揭示了AM获取中性粒细胞酶是固有免疫适应的重要组成部分，并提出了固有免疫细胞协同防御策略。

关键技术方法（≤250字）：采用8–12周C57BL/6J及Rag1 KO、CCR2 KO、Pad4 KO小鼠（Jackson Laboratory），经口咽途径建立MRSA肺炎模型：非致死剂量MRSA（10⁶ CFU）或Toll样受体（TLR）激动剂预暴露后以致死剂量MRSA（10⁸ CFU）攻击；通过抗体或氯膦酸盐脂质体清除多形核白细胞（PMNs）、MONOs和AMs，流式细胞术做表型与绝对计数，qPCR和NanoString检测基因表达，LEGENDplex检测细胞因子，共聚焦成像和Rhodamine脂质体追踪，原代AM吞噬、杀菌及重组髓过氧化物酶（MPO）摄取实验，并以UNC2025、venetoclax、A-1331852抑制MerTK、Bcl-2、Bcl-xL。

研究结果：
1. Lung exposure to immune stimuli protects against subsequent MRSA pneumonia（肺部暴露于免疫刺激可抵御后续MRSA肺炎）。通过原发与继发MRSA感染模型、Rag1 KO小鼠、TLR2/3/4激动剂暴露及肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae，Kp）ST258攻击，研究发现预暴露非致死MRSA或TLR激动剂可提高生存率、降低肺部菌载，且该保护不依赖淋巴细胞并具非特异性；暴露1天不足以产生保护，而一旦获得保护可至少维持21天。
2. Macrophages and neutrophils are essential for LPS-induced pulmonary immunity against MRSA（巨噬细胞和中性粒细胞对LPS诱导的抗MRSA肺免疫至关重要）。通过细胞免疫表型分析和选择性清除实验，研究发现PMNs及中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）参与LPS诱导的保护；清除PMNs使小鼠高度易感，Pad4 KO小鼠亦更易感。AMs和MONOs清除对肺部菌载呈中度可测影响，尽管绝对细胞数降低，残留AMs对清除具有韧性并足以提供部分保护；来自LPS暴露小鼠的PMNs过继转移至naive小鼠虽可被募集并吞噬MRSA，但未能诱导保护。
3. LPS exposure increases the initiation and resolution of inflammation during subsequent MRSA challenges（LPS暴露增强后续MRSA攻击时炎症的启动与消退）。通过qPCR、NanoString炎症基因表达谱和LEGENDplex细胞因子检测，研究发现LPS预暴露小鼠在MRSA感染早期多数炎症介质显著诱导，晚期多数细胞因子和趋化因子水平较低，呈现快速启动和快速消退的炎症反应；差异基因涉及抗菌分子、溶酶体降解酶、吞噬分子及程序性细胞死亡调控因子。
4. Exposure to immune stimuli reprograms self-renewed AMs to scavenge PMN-derived antimicrobial enzymes（免疫刺激暴露重编程自我更新AMs以清除PMN源性抗菌酶）。通过共聚焦成像、Rhodamine脂质体追踪、原代AM分离及体外吞噬杀菌实验，研究发现LPS暴露小鼠肺内出现高吞噬性双核AMs，且这些细胞追溯至resident AMs而非血液MONOs；这些AMs含中性粒细胞来源的MPO和中性粒细胞弹性蛋白酶（NE），而Mpo转录水平未相应升高，MPO随时间累积，PMN清除或Pad4 KO减少MPO阳性AMs，表明AMs从胞外空间获取中性粒细胞释放的抗菌酶。
5. MerTK is required for MPO uptake by AMs to prevent lung injuries（MerTK是AMs摄取MPO以防止肺损伤所必需）。通过AM分离、qPCR、体外重组MPO摄取、共定位成像及MerTK抑制剂体内干预，研究发现LPS暴露小鼠AMs的MerTK表达增加，MPO与MRSA及Lamp1共定位；抑制MerTK减少AMs对重组MPO的摄取，并在LPS暴露小鼠中增加肺部菌载、降低生存率、减少AMs对MPO的摄取，而对naive小鼠MRSA清除无明显干扰。
6. Bcl-xL is essential for AM-mediated MPO clearance in response to LPS exposure（Bcl-xL对LPS暴露后AM介导的MPO清除至关重要）。通过NanoString凋亡相关基因分析及Bcl-2/Bcl-xL药理学抑制实验，研究发现LPS暴露小鼠MRSA感染肺中Bcl2l1、Mcl1和Bcl2等抗凋亡基因表达增加；Bcl-xL抑制剂而非Bcl-2抑制剂使LPS暴露小鼠对MRSA更易感，表现为死亡率升高、肺部菌载增加和AMs中MPO积累减少，且不影响免疫细胞募集；抑制剂处理的AMs裂解型caspase 3阴性，而其他肺细胞阳性，原文提示Bcl-xL可能独立于保护AMs免于感染诱导细胞死亡而调节AM功能。

讨论部分总结：研究指出，人类持续暴露于环境及复发性感染中的炎症刺激，既往暴露如何塑造后续感染炎症反应尚不清楚。该研究显示预暴露于非致死LPS、Pam3CSK4、Poly:IC或MRSA可提高后续致死MRSA攻击后生存、增加清除并促进炎症快速消退；保护与resident AMs自我更新增加相关，AMs被编程为通过增强胞葬作用摄取中性粒细胞抗菌酶，MerTK和Bcl-xL是重要调节因子。关于训练免疫，原文认为初始炎症需下降以区分初始与训练免疫反应，且保护在LPS暴露至少3天后出现并持续数周。AMs在免疫刺激后可发生扩增、韧性及表型可塑性。中性粒细胞是保护性免疫适应的重要组分，但其过度活化具双刃剑效应；PMNs过继转移不足以在naive小鼠中赋予保护，提示LPS诱导的肺微环境改变仍为保护性中性粒细胞效应功能所需。AMs获取中性粒细胞源性MPO和NE并在吞噬体样结构中与MRSA/Lamp1共定位；抑制MerTK或Bcl-xL阻断AMs摄取MPO并使小鼠易感，Bcl-xL抑制未诱导AM死亡，提示其可能调节其他细胞功能。研究局限在于对全肺评估炎症反应变化，差异调控基因是否特异发生于AMs或其他细胞类型尚未探索。研究结论翻译：总之，AMs捕获中性粒细胞释放的抗菌酶以增强宿主防御，提供了固有免疫细胞间的协同宿主防御策略，是免疫刺激期间获得的固有免疫适应不可或缺的机制。