改寫教科書,紅細胞還有新功能

紅細胞是人體中數量最多的一類細胞,它們在體內循環,負責向全身輸送必不可少的氧氣。對於紅細胞的功能,這可能是很多人從教科書中學到的最深印象。然而,科學家們最近首次發現,紅細胞的工作任務比我們過去以為的更多,它們其實在免疫系統中還扮演着重要角色。

▎葯明康德內容團隊編輯

一項發表在《科學-轉化醫學》上的新研究表明,紅細胞除了攜帶氧氣,還會帶上其他細胞的DNA片段——比如來自細菌或寄生蟲的DNA,直接向免疫系統報告,體內可能有嚴重疾病發生。

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賓夕法尼亞大學佩雷曼醫學院的研究人員在發現了紅細胞的這種新功能后,終於解開了在臨床治療上遇到的一個謎題:為什麼在重症監護病房,很多患者會出現貧血。

“很長一段時間來,我們不知道為什麼因為膿毒血症、外傷、新冠肺炎、細菌感染或是寄生蟲感染而病危的患者會發展出急性貧血。此次發現首次解釋了發生急性炎症性貧血的一種機制。”研究作者Nilam Mangalmurti教授說。

在這項研究中,科學家們檢查了大約50名膿毒血症患者和100名新冠肺炎患者的血液,發現這些患者的紅細胞超過40%可在表面檢測到一種叫做TLR9的蛋白。這種受體蛋白往往與炎症有關,可以激活免疫反應。

研究人員通過一系列體外實驗觀察到,通過表面的TLR9,紅細胞可以結合富含CpG的DNA分子,包括那些來自細菌、瘧原蟲的DNA,以及細胞受損后釋放的線粒體DNA。隨着結合的DNA增多,紅細胞的結構形態發生了顯著的改變。而細胞膜的結構變化,導致TLR9與核酸結合的區域更多地暴露出來,從而可以結合更多的DNA分子。

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▲掃描電鏡下可以清楚地看到,表面結合DNA后的紅細胞(右)形態出現改變(圖片來源:參考資料[1])

這些面目全非的紅細胞就像哨兵,很快引起了免疫系統的警覺,導致被稱為巨噬細胞的免疫細胞迅速趕來。研究人員將一些結合了CpG DNA的紅細胞注入小鼠體內,幾個小時后,這些紅細胞就被動物體內的免疫細胞吞沒。與此同時,動物體內干擾素信號通路增強,表明已觸發了先天免疫。

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在這種炎症情況下,隨着這些攜帶DNA的紅細胞紛紛被清除,也就不難理解為什麼患者會發生相關的貧血問題了。研究人員檢查了一些新冠感染後繼發病毒性肺炎和膿毒血症的患者,發現紅細胞上結合的線粒體DNA越多的患者,往往其貧血和疾病嚴重程度也越高。

“在我們的重症監護室,幾乎所有危重患者都會出現貧血。通常發生這種情況時,標準的做法是給他們輸血,但輸血會伴隨一系列問題,包括急性肺損傷,增加死亡風險。”Mangalmurti教授說,“現在,我們對貧血的機制有了更深入的理解,就可以去尋找無需輸血治療急性炎症性貧血的新療法。比如,靶向阻斷紅細胞上的TLR9。”

除了為急性炎症性貧血的患者開發新的療法外,關於紅細胞的這一新發現還可能為診斷提供新思路,研究人員指出。例如,醫生也許可以給肺炎患者檢測一下紅細胞,根據表面結合的DNA分子確定病原體的類型,從而更精準地使用抗生素治療。

參考資料:

[1] L。 K。 METTHEW LAM et al。, (2021) DNAbinding to TLR9 expressed by red blood cells promotes innate immune activationand anemia。 SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE• DOI:10.1126/scitranslmed.abj1008

[2] Study finds red blood cells play significantrole in immune system through discovery of DNA-binding capability。 RetrievedOct。 22, 2021 from https://medicalxpress.com/news/2021-10-red-blood-cells-significant-role.html