Нейтрофильные внеклеточные ловушки повышают антибактериальную активность макрофагов

Группа ученых из Университета Вандербильта (США) в экспериментах in vitro и in vivo показала, что внеклеточные ловушки нейтрофилов усиливают антибактериальное действие макрофагов. Само же выбрасывание внеклеточных ловушек стимулируется митохондриальным супероксидным радикалом (O2^-) и усиливается в отсутствие белка S100A9.

Нейтрофильные внеклеточные ловушки (neutrophil extracellular traps, NETs) — это нити ДНК, несущие на себе антимикробные пептиды. Процесс образования и высвобождения NETs — нетоз — служит одним из способов защиты от бактериальных инфекций. S100A9 входит в состав гетеродимерного белка кальпротектин. На кальпротектин приходится около 50% цитоплазматического белка нейтрофилов. При бактериальной инфекции этот белок выходит из клеток и связывает находящиеся в межклеточном пространстве ионы металлов, препятствуя их использованию патогенами.

Ранее было показано, что у мышей A9^−/−, дефицитных по кальпротектину из-за делеции гена S100A9, при инфицировании Staphylococcus aureus бактериальная нагрузка в печени и почках выше, а в сердце — ниже, чем у контрольных мышей. Кроме того, у таких мышей повышена выживаемость. В новой работе ученые проверили, на какие процессы в нейтрофилах при иммунном ответе влияет отсутствие S100A9.

Первичный цитометрический анализ нейтрофилов мышей A9^−/−, инфицированных золотистым стафилококком, выявил косвенные признаки повышения уровня нетоза. Для проверки этого наблюдения ученые модифицировали протокол исследования, используя в качестве маркеров нетоза внеклеточную двухцепочечную ДНК и ассоциированные с ней белки. Кроме этого, с помощью красителя, не проникающего через клеточную мембрану, они определяли тип нетоза — с разрушением клетки или без него. Анализ подтвердил усиленный нетоз с разрушением клетки.

Ученые также показали, что при отсутствии S100A9 продукция O2^- митохондриями нейтрофилов не изменяется в печени и почках, но повышается в сердечных тканях. Блокирование производства O2^- с помощью антиоксиданта предотвращало нетоз как in vitro, так и in vivo.

В экспериментах in vitro с использованием S. aureus авторы работы обнаружили, что сами по себе нейтрофилы A9^−/− не обладают повышенной антибактериальной активностью. Основываясь на опубликованных ранее данных, они предположили, что нейтрофилы должны действовать в кооперации с макрофагами. И действительно, совместная культура макрофагов с нейтрофилами A9^−/− подавляла рост S. aureus. Варьируя пропорции клеток двух типов, ученые показали, что в присутствии макрофагов нейтрофилы A9^−/− демонстрируют повышенную антибактериальную активность.

Нейтрофилы также стимулировали макрофаги. Обработка макрофагов изолированными NETs усиливало их ингибирующее действие против S. aureus. NETs повышали способность макрофагов фагоцитировать бактериальные клетки, а также способствовали разрушению бактерий внутри макрофагов за счет транспорта в макрофаги антибактериальных белков.

Повышение антибактериальной активности макрофагов в совместной культуре с нейтрофилами A9^−/− относительно совместной культуры с нейтрофилами дикого типа наблюдалось также при стимуляции клеток батериями Streptococcus pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa как in vitro, так и in vivo.

Точный механизим действия S100A9 остается неизвестным, однако авторы работы показали, что его отсутствие приводит к более активному образованию NETs. NETs, в свою очередь, усиливают антимикробную активность иммунитета против бактериальных патогенов в присутствии макрофагов.