中性粒细胞作为人体先天免疫系统中最丰富的白细胞亚型,约占循环白细胞总数的50-70%,其核心功能在于快速响应感染和炎症信号,从而维持组织稳态和防御外来入侵者。但其在高效杀灭病原体却可能释放有毒物质,这源于其进化设计:在急性感染中,这些物质针对性破坏微生物,而在慢性疾病如慢性阻塞性肺疾病(COPD)中,过度激活则可能加剧组织损伤。

中性粒细胞的主要作用体现在免疫防御和炎症调控上。

首先,它们通过趋化因子(如IL-8、LTB4)和黏附分子(如整合素)从骨髓快速募集到感染或损伤部位,寿命通常仅为数小时至几天,却能高效执行任务。

其次,它们通过吞噬作用(phagocytosis)摄取细菌、真菌或其他病原体,并在吞噬体-溶酶体融合后释放颗粒内容物杀死目标。这种颗粒包括原初颗粒(azurophilic granules,富含髓过氧化物酶和防御素)、次级颗粒(specific granules,含乳铁蛋白和胶原酶)以及三级颗粒(gelatinase granules,含明胶酶)。

中性粒细胞还能形成中性粒细胞外陷阱(NETs),一种DNA-蛋白复合网状结构,用于捕获和杀死大颗粒病原体,如某些细菌或寄生虫。这些机制确保了中性粒细胞在急性炎症中的“第一响应者”角色,例如在肺炎或创伤中,它们能限制感染扩散,防止系统性败血症。

但中性粒细胞释放的许多物质本质上是有毒的,这是其杀菌机制的核心,为了高效消灭病原体,它们必须产生非特异性破坏性工具。

这些毒性物质主要包括活性氧簇(ROS,如超氧化物和过氧化氢,由NADPH氧化酶产生)、反应性氮中间体(RNI)、蛋白水解酶(如弹性蛋白酶、胶原酶和MMP-9,即基质金属蛋白酶-9)以及阳离子蛋白(如防御素和细菌素)。

ROS通过氧化损伤病原体DNA和蛋白质,RNI则干扰微生物代谢,而蛋白酶则降解细胞壁或外膜。

在正常生理条件下,这些释放是局部的、短暂的,受调控以最小化对宿主组织的损伤(例如,通过抗氧化酶(如超氧化物歧化酶)或蛋白酶抑制剂(如α1-抗胰蛋白酶)来平衡。)

但当激活信号持续存在时,如在慢性炎症环境中,中性粒细胞会过度募集和脱颗粒,导致毒性物质外溢,引发旁观者效应(bystander damage),损伤邻近健康细胞和基质。

在COPD这一慢性气道炎症疾病中,中性粒细胞的作用被放大为病理驱动因素。

COPD患者常伴随吸烟或环境暴露诱发的氧化应激,导致气道上皮释放大量趋化因子(如CXCL8/IL-8和LTB4,脂氧合酶途径产物),从而持续募集中性粒细胞。

这些细胞在肺泡和支气管黏膜定植后,释放MMP-9(促进基质降解和气道重构)、弹性蛋白酶(破坏弹性纤维,导致肺气肿)和LTB4(进一步放大炎症级联)。

而 PDE4(磷酸二酯酶4)能够降解cAMP(环腺苷酸),从而增强中性粒细胞的趋化、脱颗粒和ROS产生。

所以临床上,PDE4 抑制剂如罗氟司特(roflumilast)被批准用于重度COPD,以降低中性粒细胞介导的炎症,减少急性加重风险。

同时,B细胞和T细胞的交互可间接放大中性粒细胞响应,而MMP-9的升高则与COPD进展相关,血清水平可作为生物标志物监测疾病严重度。

总体而言,在COPD中,中性粒细胞从毒性释放加剧了气道阻塞、肺功能下降和共病风险,如心血管事件。