《Signal Transduction and Targeted Therapy》：IFNAR1-dependent metabolic circuit drives pathogenic neutrophil activation in chronic mucosal inflammation
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中性粒细胞（Neutrophils）是先天免疫系统的双刃效应器：虽然对于宿主防御（host defense）至关重要，但在慢性炎症性疾病的背景下，它们可驱动显著的组织损伤。识别选择性抑制其致病功能而不损害抗菌免疫的策略仍然是一个重大的临床挑战。在此，研究人员定
中性粒细胞（Neutrophils）是先天免疫系统的双刃效应器：虽然对于宿主防御（host defense）至关重要，但在慢性炎症性疾病的背景下，它们可驱动显著的组织损伤。识别选择性抑制其致病功能而不损害抗菌免疫的策略仍然是一个重大的临床挑战。在此，研究人员定义了一个由铁稳态介导的保守IFNAR1驱动回路，该回路在不同黏膜组织中维持中性粒细胞的致病性。利用单细胞转录组学（single-cell transcriptomics）和基于CRISPR的功能筛选，研究人员鉴定了线粒体铁转运蛋白Mitoferrin-1（SLC25A37）作为中性粒细胞炎症编程的关键调节因子。机制上，研究数据表明Mitoferrin-1介导一个前馈回路，其中NET衍生的组蛋白激活Toll样受体9（Toll-like receptor 9, TLR9），进而维持IFN-α/IFNAR1信号，重塑线粒体代谢，并最终通过NETosis、活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生和脱颗粒的显著增加来驱动组织损伤。值得注意的是，这一IFNAR1驱动的炎症回路完全独立于抗菌功能，因为药理学IFNAR1阻断在体内完全保留了对细菌病原体的吞噬活性。靶向该通路可在小鼠结肠炎和急性肺损伤模型以及原代人肠类器官系统中选择性减弱中性粒细胞驱动的炎症。总之，这些发现确定了一个可靶向的代谢节点，用于在慢性炎症性疾病背景下选择性解除病理性中性粒细胞反应。
**研究背景与科学问题**
中性粒细胞是循环中最丰富的白细胞，通过吞噬、脱颗粒、中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular trap, NET）释放和活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生等机制发挥先天免疫防御功能。在生理条件下，这些功能受到严格调控，并维持肠道和呼吸道黏膜稳态。然而，在慢性炎症中，中性粒细胞的清除失败导致其过度积累和持续活化，从保护性清除者转变为慢性组织破坏的关键驱动者。在炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）等慢性黏膜炎症中，NETosis增加与疾病活动度相关，NET降解释放的细胞毒性组蛋白破坏上皮屏障，促进自身炎症循环；COPD中中性粒细胞驱动的基质金属蛋白酶和弹性蛋白酶过量产生则导致肺实质破坏和肺气肿。传统治疗策略往往导致系统性免疫抑制，使宿主易受机会性感染，因此识别能够选择性地解除致病性中性粒细胞反应而不损害其抗菌功能的细胞内在通路，是抗炎药物研发的重大挑战。
**研究目的**
研究人员旨在通过无偏的单细胞转录组学与CRISPR功能筛选相结合，直接分析慢性黏膜炎症组织中浸润中性粒细胞的异质性活化状态，绘制IBD和COPD中致病性高炎症状态特有的细胞内代谢检查点，从而寻找能够将组织破坏与保护性宿主免疫解耦联的可靶向通路。
**研究方法概要**
研究人员整合了13个公开的单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）数据集，包括5个IBD/肠道数据集和8个COPD/肺数据集，使用CellTypist机器学习方法进行白细胞注释，并经伪bulk分析鉴定患者与健康对照组之间共享的中性粒细胞上调基因。为进行功能验证，研究人员利用成人和脐带血CD34+造血干细胞和祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells, HSPCs）建立了CRISPR兼容的体外中性粒细胞分化模型，并通过蛋白组、转录组和功能分析确认其与新鲜分离中性粒细胞的高度相似性。随后对95个在IBD和COPD中上调且在中性粒细胞有蛋白表达的候选基因进行靶向CRISPR-Cas9功能筛选，评估吞噬、ROS产生、脱颗粒、二维迁移和NETosis五种功能。研究进一步应用Seahorse细胞代谢分析、线粒体膜电位和线粒体ROS检测，并采用DSS诱导的结肠炎小鼠模型和香烟烟雾（cigarette smoke, CS）诱导的COPD小鼠模型进行体内验证。最后，研究人员利用健康供者或IBD/COPD患者来源的人原代3D类器官与中性粒细胞共培养系统，评估中性粒细胞内在IFNAR1或Mitoferrin-1缺失对炎症和组织损伤的影响。
**主要研究结果**
**浸润性中性粒细胞在IBD和COPD中共享转录特征**
通过分析IBD和COPD患者的scRNA-seq数据集，研究人员确认两种疾病中浸润性中性粒细胞均增加，并鉴定出172个共享上调基因，这些基因富集于NET形成、白细胞迁移、脱颗粒和白细胞介素信号通路，且以干扰素α/β信号富集最为显著。转录因子分析显示RELA、NFKB1、SPI1、STAT1和ETS1等炎症调节因子被激活。
**CD34-成体来源的中性粒细胞与新鲜分离中性粒细胞表型相似**
研究人员开发了三阶段体外分化方案，从成人或脐带血CD34+ HSPCs获取约60-80%的中性粒细胞样细胞，其中成熟中性粒细胞（CD66b+CD10+）可达60%。蛋白组主成分分析显示，成体来源（adult-derived, AD）中性粒细胞与新鲜分离（freshly isolated, FI）中性粒细胞聚类最为接近，高于脐带血来源；转录组和功能分析（吞噬、NETosis、脱颗粒、迁移）也进一步证实AD中性粒细胞能较好地模拟原代中性粒细胞。
**CRISPR-Cas9筛选中性粒细胞功能关键调节因子**
在靶向95个候选基因的CRISPR-Cas9功能筛选中，SLC25A37（Mitoferrin-1）是唯一一个同时损害吞噬、ROS产生、脱颗粒、迁移和NETosis五种功能的基因。该结果在新鲜分离的原代中性粒细胞中得到验证，转染后细胞存活率未受影响，而Mitoferrin-1蛋白水平显著降低。
**Mitoferrin-1调节中性粒细胞对TLR9的应答**
研究人员观察到不同Toll样受体（toll-like receptor, TLR）激动剂诱导线粒体形态的差异性变化：细胞表面受体TLR2和TLR4促进线粒体分裂样行为，而细胞内受体TLR9（配体ODN2006）则促进线粒体融合样行为，并最快地提高线粒体膜电位和极化和线粒体ROS产生。使用铁螯合剂地拉罗司（deferasirox, DFX）处理可消除TLR9引起的线粒体极化和ROS产生，表明铁摄取是关键。TLR9刺激显著提高耗氧率（oxygen consumption rate, OCR），而Mitoferrin-1缺失则降低OCR、线粒体膜电位、mtROS，并抑制TLR9诱导的OPA1上调和DRP1下调，表明Mitoferrin-1通过促进线粒体融合驱动氧化磷酸化。
**线粒体膜电位调控中性粒细胞I型干扰素的产生**
TLR9刺激导致中性粒细胞I型干扰素（IFN-α）产生增加，这一过程依赖Mitoferrin-1，且使用线粒体复合物I或复合物II抑制剂可显著减少IFN-α。TLR9激活还促进细胞铁摄取，DFX处理抑制IFN-α分泌，外源IFN-α刺激可诱导类似TLR9的IFN-α自分泌环路，而IFNAR1中和抗体可阻断该效应。研究人员进一步鉴定NETosis产物（特别是瓜氨酸化组蛋白H3，H3Cit）为体内触发TLR9的潜在内源性配体，可刺激IFN-α产生，且该效应依赖Mitoferrin-1，而氯喹（内体TLR抑制剂）可剂量依赖性地抑制组蛋白诱导的IFN-α产生。DSS结肠炎小鼠的骨髓中性粒细胞中Slc25a37、Opa1和Mfn2表达上调，且人肠道炎症类器官中浸润的中性粒细胞显示线粒体极化。
**治疗性IFNAR1阻断改善IBD和COPD模型中的炎症**
在DSS结肠炎小鼠模型中，抗IFNAR1抗体治疗降低了结肠重量长度比、组织学评分，减少了中性粒细胞浸润、NETosis和隐窝破坏。在CS诱导的COPD小鼠模型中，抗IFNAR1治疗减少了肺部浸润的中性粒细胞和单核细胞数量，降低了平均线性截距（mean linear intercept, MLI，反映肺泡破坏程度），减少了炎症细胞因子和趋化因子（包括KC、TNFα、MCP-1、IL-6和IL-12）的产生，并降低了浸润中性粒细胞的线粒体极化和NETosis。该治疗未影响骨髓和血液中的中性粒细胞数量，提示其作用机制是抑制细胞迁移而非促进骨髓生成。
**破坏IFNAR1反馈回路可减轻人类器官模型中的肠道和肺部炎症**
在健康供者结肠类器官与中性粒细胞共培养体系中，IFNAR1缺失或Mitoferrin-1缺失的中性粒细胞表现出浸润减少、IL-6产生降低。在溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）患者来源的类器官中，IFNAR1缺陷或Mitoferrin-1缺陷的中性粒细胞同样显示迁移减少、IL-6和TNFα/IFNγ释放降低以及更少的细胞凋亡事件。在肺泡类器官模型中，香烟烟雾提取物（cigarette smoke extract, CSE）暴露促进中性粒细胞浸润、CXCR2上调和上皮凋亡，而IFNAR1缺失或Mitoferrin-1缺失的中性粒细胞表现为浸润受损、上皮凋亡减少及细胞因子产生降低。使用蛋白酶体抑制剂、N-乙酰半胱氨酸（NAC）或PAD4抑制剂处理可分别降低中性粒细胞浸润，提示脱颗粒、ROS和NETosis均参与组织损伤。
**总结讨论**
本研究通过整合scRNA-seq和功能筛选，揭示了IBD和COPD中共有的中性粒细胞驱动炎症机制，即线粒体- NET - TLR9 - I型干扰素轴。Mitoferrin-1介导的线粒体融合和氧化磷酸化是TLR9诱导I型干扰素产生的关键环节，而IFN-α通过IFNAR1形成正反馈回路，持续驱动中性粒细胞的致病性活化。全球IFNAR1阻断在体内可有效抑制中性粒细胞浸润和NETosis，但不能排除对其他细胞类型的影响。通过类器官共培养模型，研究人员证实中性粒细胞内在的IFNAR1信号在驱动组织炎症中发挥关键作用。该回路独立于抗菌功能，IFNAR1阻断可保留中性粒细胞对细菌的吞噬活性，因此TLR9-IFN-α-IFNAR1轴有望成为选择性抑制慢性黏膜炎症中中性粒细胞致病性而不损害宿主防御的新靶点。
**研究结论**
本研究确定了一个保守的中性粒细胞内在TLR9–Mitoferrin-1–IFNAR1环路，作为IBD和COPD中性粒细胞病理性的核心驱动因素，并揭示IFNAR1阻断可作为选择性抑制慢性炎症性疾病中中性粒细胞介导组织损伤的有前景策略，为窄谱免疫治疗提供了概念性框架。
