一项最新研究发表在《实验医学杂志》上，研究人员发现了一种保护机体免受炎症侵害的中性粒细胞昼夜节律检查点。
中性粒细胞是应对感染和创伤的第一反应者。然而，其中毒性强的活性可能对旁观宿主细胞造成不可逆损伤。这在无菌性炎症和感染情况下尤为相关，因为受影响组织招募的中性粒细胞可通过分泌细胞成分和化学物质，诱导未受影响细胞的死亡，从而扩大损伤面积。
炎症损伤和免疫保护的这种对抗效应阻碍了治疗开发，因为这两种特性被认为是中性粒细胞不可分割的特征。然而，最近的研究报告显示，中性粒细胞在不同疾病状态、组织和昼夜时间上并非同质，这表明中性粒细胞可能以时空特异性方式被靶向。
心肌梗死作为昼夜节律模型
在本研究中，研究人员展示了中性粒细胞昼夜节律检查点如何保护机体免受炎症侵害。他们专注于心肌梗死（MI），这是一种继发性损伤的典型代表，在小鼠和人类中表现出严重程度的昼夜节律模式。首先，研究人员每隔四小时短暂结扎小鼠的左前降冠状动脉45分钟以诱导缺血。
在再灌注一小时后分析梗死的左心室。心脏损伤表现出明显的昼夜变化，在昼夜节律时间1（ZT1）和ZT5（上午8点至12点）诱导梗死时达到峰值，在ZT13和ZT17（夜间）诱导时达到低谷。值得注意的是，梗死前中性粒细胞耗竭减少了梗死面积并消除了心肌损伤的昼夜节律模式，而不会减少中性粒细胞的招募或改变其他免疫细胞的招募。
人类证据：中性粒细胞与损伤的关联
接下来，研究人员进行了一项回顾性分析，以评估中性粒细胞是否与人类心肌损伤的昼夜变化相关。利用2043名MI患者的数据库，研究团队注意到入院时的中性粒细胞计数与心脏损伤严重程度呈正相关。此外，患者根据中性粒细胞计数百分位进行分层，以确定自然低中性粒细胞计数是否会减弱昼夜变化。
不出所料，心肌损伤的指标——血浆肌钙蛋白水平，从低中性粒细胞计数组到高计数组逐渐增加。此外，随着高、中、低计数组的变化，昼夜变化的幅度逐渐下降，分别表现出强烈、轻微和无振荡。研究团队还观察到中计数组的损伤在清晨达到峰值，而高计数组的峰值甚至更早。
中性粒细胞昼夜节律机制
接下来，研究人员在中性粒细胞特异性缺失脑和肌肉ARNT样1（Bmal1）转录因子的小鼠中诱导缺血性损伤，这些小鼠的中性粒细胞昼夜节律钟被禁用，并在24小时再灌注后分析损伤。虽然这些突变体中中性粒细胞数量和其他血液学参数的昼夜振荡得以保留，但它们免于心肌组织死亡。
值得注意的是，心肌损伤的昼夜峰值完全消失，这并非由于生物体昼夜节律活动的变化所致。这些数据表明，由中性粒细胞昼夜节律钟调节的中性粒细胞基础激活状态和血管内行为的昼夜变化，是炎症损伤昼夜振荡的原因。
CXCR4、CXCL12作为保护性检查点
接下来，研究人员聚焦于C-X-C基序趋化因子受体4（CXCR4），它是中性粒细胞迁移的关键调节因子，也是中性粒细胞昼夜节律钟的细胞内抑制剂，及其天然激动剂C-X-C趋化因子配体12（CXCL12）。他们发现，在幼稚小鼠中，血浆CXCL12水平的昼夜振荡与梗死大小的振荡相位相反，这表明中性粒细胞中通过CXCR4的昼夜信号传导可能有助于防止炎症损伤。
此外，研究团队培养了来自幼稚小鼠的中性粒细胞，并通过流式细胞术观察其自发的时间表型变化。中性粒细胞表现出明显的表型转变，类似于体内老化过程中观察到的变化；这些变化在中性粒细胞特异性CXCR4缺失的小鼠中不存在。
CXCR4激动剂的治疗效果
此外，具有功能获得性突变的小鼠产生了一种高活性形式的CXCR4，这些小鼠免于心肌损伤，并且相关的昼夜变化减弱，尽管生物体的昼夜节律活动没有变化。这表明通过CXCR4激活抑制中性粒细胞昼夜节律钟可以防止中性粒细胞激活的昼夜峰值，而不会全局抑制炎症。
接下来，研究人员发现，通过使用ATI2341（一种实验性CXCR4激动剂）进行CXCR4激动来抑制中性粒细胞钟，可通过诱导夜间观察到的自然失活状态来保护小鼠免受血管炎症。此外，ATI2341的CXCR4激动在镰状细胞病小鼠模型中保护了血管炎症。
同样，CXCR4激动通过不影响中性粒细胞计数或其他血液学参数来保护心脏免受缺血-再灌注损伤。进一步的实验表明，CXCR4激动重新定位了受影响组织内的中性粒细胞，将其集中在损伤部位，同时限制其扩散到相邻健康组织，这一机制在包括皮肤和心脏在内的多种组织模型中被推断为在夜间活跃，可防止无差别的组织死亡。
最后，研究团队调查了CXCR4激动的保护作用（包括中性粒细胞重新定位到受影响组织）是否会在感染期间产生不利影响。用ATI2341或载体处理的小鼠被挑战感染金黄色葡萄球菌或白色念珠菌。ATI2341治疗并未损害抗菌防御，并与宿主对金黄色葡萄球菌的控制能力轻微改善相关，表明CXCR4激动保留了抗菌反应。
昼夜节律检查点的治疗意义
综上所述，该研究确定了一对配体-受体，作为中性粒细胞激活和组织定位的昼夜节律检查点。通过合成激动剂进行CXCR4激动可诱导中性粒细胞转变为更宽容的夜间状态，通过限制继发性损伤而非减少中性粒细胞招募来减轻炎症损伤，同时不损害抗菌防御。因此，中性粒细胞昼夜节律检查点可保护机体免受炎症侵害，这种保护作用可通过治疗性激活使宿主受益。
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