Czym są sieci zewnątrzkomórkowe neutrofili i jak działają w organizmie?

Badania przeprowadzone na 52 pacjentach poddawanych aferezie lipoproteinowej ujawniły nieoczekiwane zjawisko: standardowe metody oczyszczania krwi zamiast obniżać, zwiększają poziom struktur zwanych sieciami zewnątrzkomórkowymi neutrofili (NETs). To odkrycie może mieć istotne znaczenie dla bezpieczeństwa terapii u osób starszych, u których NETs odgrywają szczególną rolę w rozwoju chorób przewlekłych.

Sieci zewnątrzkomórkowe neutrofili to złożone struktury składające się z DNA, histonów oraz białek ziarnistości, które neutrofile – rodzaj białych krwinek – uwalniają do przestrzeni pozakomórkowej. Proces ten, odkryty w 2004 roku, stanowi ewolucyjnie zachowany element odpowiedzi immunologicznej. NETs działają jak pułapki dla patogenów, zapobiegając ich rozprzestrzenianiu się w organizmie. Tworzenie NETs jest uruchamiane przez receptory układu odpornościowego za pośrednictwem wewnątrzkomórkowych mediatorów, w tym reaktywnych form tlenu, które aktywują enzymy stymulujące dekondensację chromatyny.

Współczesne dane naukowe wskazują, że proces tworzenia NETs można podzielić na dwa typy. Pierwszy typ, określany jako „samobójczy”, zależy od aktywności oksydazy NADPH i ostatecznie prowadzi do śmierci neutrofili. Drugi typ, nazywany „witalnym”, jest niezależny od oksydazy NADPH i pozwala komórkom przetrwać po uwolnieniu NETs. NETs mogą przybierać różne formy – od struktur wstęgowych, przez kształty przypominające chmury, aż po sieci przekraczające objętością 10-15 razy wielkość uwalniającej je komórki.

Jak nadmiar NETs wpływa na proces starzenia i rozwój chorób przewlekłych?

Proces starzenia charakteryzuje się stopniowym pogorszeniem funkcji organizmu, które występuje w sposób niejednorodny w różnych tkankach, prowadząc do postępującego pogarszania stanu zdrowia. W konsekwencji zaawansowany wiek stanowi niezależny czynnik ryzyka wielu chorób, w tym chorób sercowo-naczyniowych, demencji, osteoporozy, nowotworów i cukrzycy typu 2.

Najnowsze badania wykazały, że w procesie starzenia poziom NETs może być zmniejszony lub zwiększony, ale co najważniejsze – NETs są funkcjonalnie zmienione, co znacząco przyczynia się zarówno do podwyższonej podatności na infekcje, jak i zwiększonego ryzyka sercowo-naczyniowego u osób starszych. NETs są zdolne do celowania w starzejące się naczynia krwionośne w celu przebudowy tkanek w retinopatii. Starzejące się naczynia uwalniają substancje, które przyciągają neutrofile i prowadzą do tworzenia NETs, a powstałe struktury mogą przebudowywać naczynia siatkówki poprzez eliminowanie komórek śródbłonka.

Zdolność NETs do uszkadzania tkanek została wykazana zarówno w przypadku infekcji, jak i stanu zapalnego. NETs mogą bezpośrednio zabijać komórki nabłonkowe i komórki śródbłonka, a nadmierna ich produkcja uszkadza nabłonek płuc w infekcjach grzybiczych oraz śródbłonek w ostrej pourazowej niewydolności płuc. Pojawiające się dowody ujawniły również rolę NETs w wielu stanach związanych z bardziej zaawansowanym wiekiem, takich jak przewlekłe zapalenie, gdzie są one zaangażowane w różne etapy miażdżycy i reagują na bodźce zapalne, takie jak lipoproteiny i cytokiny.

W jaki sposób NETs uszkadzają komórki i przyczyniają się do chorób?

Badania nad neutralizacją za pomocą przeciwciał sugerują, że histony związane z NETs odgrywają kluczową rolę w cytotoksyczności wywołanej przez NETs. Inne białka NETs, na przykład defensyny, mogą zwiększać przepuszczalność komórek, podczas gdy elastaza neutrofilowa atakuje białka macierzy pozakomórkowej, co zakłóca połączenia międzykomórkowe.

NETs promują zakrzepicę immunologiczną poprzez interakcję z komórkami śródbłonka naczyniowego i płytkami krwi, a ich obecność wiązano z progresją chorób sercowo-naczyniowych, w tym zawału mięśnia sercowego i zakrzepicy. NETs promują również zapalenie związane z nowotworami i stres mięśnia sercowego, a także są zaangażowane w śródmiąższową chorobę płuc i związane z nią zwłóknienie zarówno w ostrej postaci COVID-19, jak i w długim COVID.

Ponadto rośnie liczba dowodów sugerujących, że zaburzona produkcja NETs znacząco przyczynia się do niewydolności wielonarządowej wywołanej sepsą, w tym niedotlenienia, niedociśnienia tętniczego, zaburzeń krzepnięcia oraz dysfunkcji nerek, wątroby i układu nerwowego. Dodatkowo NETs są źródłem autoantygenów i mogą wywoływać autoimmunizację prowadzącą do produkcji autoprzeciwciał skierowanych przeciwko składnikom NETs w reumatoidalnym zapaleniu stawów czy tocznieu rumieniowatym układowym.

Jakie metody terapeutyczne są badane w celu kontrolowania poziomu NETs?

Biorąc pod uwagę, że proces starzenia wiąże się ze starzeniem komórkowym i immunologicznym, a także z przewlekłym zapaleniem i degeneracją naczyniową, celowanie w NETs jako terapia przeciwstarzeniowa może być atrakcyjną strategią. Tworzenie NETs i same NETs stają się obiecującym celem dla ostrych i przewlekłych zaburzeń zapalnych. W licznych przedklinicznych modelach chorób, w tym gojenia ran, zakrzepicy, miażdżycy, wstrząsu wywołanego sepsą, zapalenia jelita grubego, zwłóknienia i tocznia rumieniowatego układowego, blokowanie NETs wywierało pozytywny efekt.

Zarówno usuwanie za pomocą DNazy, jak i blokowanie enzymu PAD4 zostały ocenione jako potencjalne podejście celujące w NETs. Badania na myszach z niedoborem ApoE karmionych dietą wysokotłuszczową wykazały, że podawanie inhibitora PAD skutecznie blokowało tworzenie NETs, zmniejszało rozmiar zmian miażdżycowych i opóźniało wystąpienie zakrzepicy szyjnej. W eksperymentach z ostrym uszkodzeniem tętnicy szyjnej, niedobór PAD4 w komórkach pochodzących z szpiku kostnego lub leczenie DNazą I chroniło myszy przed powierzchowną erozją blaszki miażdżycowej.

Jednak terapia DNazą nie jest wolna od wad, ponieważ usuwa tylko komponent DNA z NETs. Wysoce aktywne enzymy, które były utrzymywane przez szkielet DNA, są uwalniane i nadal mogą uszkadzać zdrowe komórki. Ponadto wolne krążące histony są cytotoksyczne ze względu na ich zdolność do naruszania integralności błony komórkowej. Badania wykazały również potencjał terapeutyczny innych substancji: wodoru molekularnego, N-acetylocysteiny oraz niektórych antybiotyków, takich jak azytromycyna i chloramfenikol, w redukcji tworzenia NETs.

Co odkryto na temat wpływu standardowej aferezy na poziom NETs?

Afereza terapeutyczna to metoda leczenia pozaustrojowego, która selektywnie usuwa komórki lub cząsteczki z krwi przyczyniające się do lub bezpośrednio powodujące określone choroby. Biorąc pod uwagę zaangażowanie NETs w wiele schorzeń oraz brak specyficznych, zatwierdzonych i bezpiecznych podejść do hamowania tworzenia lub usuwania NETs, naukowcy postawili pytanie, czy afereza terapeutyczna może mieć dodatkowy efekt usuwania NETs.

W badaniu zebrano próbki krwi od 52 pacjentów leczonych aferezą lipoproteinową w Centrum Lipidowym Szpitala Uniwersyteckiego w Dreźnie, tuż przed i po pojedynczej sesji leczenia oraz tydzień później. Afereza była przeprowadzana przy użyciu metod opartych na podwójnej filtracji, precypitacji lub immunoadsorpcji, a NETs w osoczu mierzono za pomocą immunoenzymatycznego testu chemiluminescencyjnego.

Zaskakująco wszystkie badane metody aferezy prowadziły nie do spadku, ale do wzrostu poziomów krążących NETs bezpośrednio po sesji leczenia. Tydzień później poziomy NETs w osoczu wracały do wartości wyjściowych. Obserwowano ten sam wzorzec odpowiedzi niezależnie od zastosowanej metody aferezy czy choroby współistniejącej. Wyniki te sugerują potencjalną korzyść z dodania dodatkowego filtra specyficznego dla NETs w celu usunięcia nadmiaru tych struktur przed ponownym przetoczeniem osocza u pacjentów poddawanych aferezie.

W kolejnym etapie badań przetestowano skuteczność kolumny NucleoCapture w usuwaniu NETs z krążenia. Pacjent z toczniem rumieniowatym układowym i ciężkim zaostrzeniem był leczony trzema sesjami aferezy z użyciem kolumny NucleoCapture z jednodniowymi odstępami między zabiegami wraz ze standardową terapią. Leczenie doprowadziło do prawie całkowitego usunięcia wolnego DNA komórkowego, a także do redukcji wskaźnika aktywności choroby.

Jakie są perspektywy wykorzystania terapii anty-NETs w medycynie?

Celowanie w NETs i ich usuwanie u pacjentów w podeszłym wieku może potencjalnie stanowić strategię przeciwstarzeniową zdolną do złagodzenia przynajmniej niektórych chorób związanych z zaawansowanym wiekiem. Obecnie rozważane podejścia kompromitują funkcje obronne neutrofili, co może być szczególnie szkodliwe u osób starszych. Badania wykazały, że zwykła afereza lipoproteinowa, wbrew początkowej hipotezie, prowadzi do wzrostu poziomów krążących NETs.

Obserwacje te sugerują potencjalną korzyść z dodania dodatkowego filtra specyficznego dla NETs w celu usunięcia nadmiaru tych struktur przed ponownym przetoczeniem osocza u pacjentów poddawanych aferezie lipoproteinowej. Szczególną uwagę należy zwrócić na to, aby nie wprowadzać tej terapii w okolicznościach, w których NETs są korzystne, jak na przykład w przypadku ostrej infekcji. Jak podkreślają naukowcy – kluczowe jest odpowiednie dobranie momentu terapii.

Zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za podwyższone poziomy NETs po aferezie wymaga dalszych badań, ale jednym z możliwych wyjaśnień może być to, że uszkodzenie komórek w obwodach pozaustrojowych prowadzi do uwalniania NETs. Analiza proteomiczna ujawniła, że NETs indukowane przez różne bodźce są wysoce heterogeniczne pod względem modyfikacji potranslacyjnych i składu białkowego, co sugeruje, że NETs indukowane w różnych warunkach mogą wywierać różne funkcje biologiczne.

Pytania i odpowiedzi