在人体的免疫系统中，中性粒细胞和巨噬细胞如同忠诚的卫士，时刻守护着身体免受病原体的侵害。当流感病毒这样的 “敌人” 来袭时，它们迅速响应，在抗病毒免疫中发挥着至关重要的作用。然而，长期以来，科学家们对于这两种细胞在应对病毒感染时，相互之间是如何调控的，以及背后的机制是什么，一直没有完全弄清楚。这个知识空白就像蒙在免疫系统研究道路上的一层迷雾，阻碍着我们深入了解抗病毒免疫的奥秘。为了驱散这层迷雾，北京师范大学生命科学学院细胞增殖与调控生物学教育部重点实验室以及军事医学科学院病原微生物生物安全国家重点实验室的研究人员勇挑重担，开展了一项意义重大的研究。最终，他们的研究成果发表在《Cell Death and Disease》杂志上。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：构建小鼠流感病毒感染模型，以探究病毒感染对细胞的影响；通过细胞分选技术分离中性粒细胞和巨噬细胞，便于对其进行深入研究；运用 NET 形成实验、定量 RT-PCR、Western blot 等实验技术，检测相关分子的表达和细胞功能变化；利用 RNA 测序分析基因表达谱，挖掘潜在的调控机制。
下面来看具体的研究结果：
- 中性粒细胞 NET 形成和巨噬细胞分化与肺部呼吸道病毒感染相关：研究人员建立 PR8 流感病毒小鼠感染模型后发现，感染 48 小时后，随着小鼠临床症状加重，肺部免疫细胞大量浸润，其中主要是中性粒细胞和巨噬细胞。浸润的巨噬细胞呈现出更多 M1 型分化特征，产生更多 TNFα 和 NOS2 ，而 M2 型分化相关的 IL-10 和 CD206 减少。同时，中性粒细胞产生更多 NETs、ROS 和 CXCR2，且 NETs 与巨噬细胞浸润数量及 M1 型分化程度呈正相关。这表明中性粒细胞 NET 形成和巨噬细胞分化可能与小鼠呼吸道抗病毒反应的结果密切相关。
- Piezo1 对抗病毒免疫中中性粒细胞 NET 形成至关重要：通过对感染和未感染病毒小鼠中性粒细胞的 RNA 测序对比，发现病毒感染的中性粒细胞中 Piezo1 表达上调。在体外实验中，用 Piezo1 激动剂 Yoda1 处理野生型小鼠脾脏中性粒细胞，结果显示 Piezo1 表达增加，NET 和 ROS 产生增多，PAD4 表达也升高。这充分说明 Piezo1 在抗病毒免疫中对中性粒细胞功能包括 NET 形成的调控作用。
- Piezo1 在抗病毒感染中对中性粒细胞 NET 形成和巨噬细胞分化是必需的：研究人员构建了髓系特异性 Piezo1 条件性敲除小鼠（Piezo1-/-小鼠） 。感染 PR8 病毒后，Piezo1-/-小鼠与野生型小鼠相比，肺部和 BALF 中浸润的中性粒细胞和巨噬细胞数量相似。但 Piezo1-/-小鼠的病毒载量更高，中性粒细胞中 PAD4 表达、ROS 产生和 NET 形成减少，巨噬细胞中 TNFα 和 NOS2 表达降低。而 Yoda1 处理可使野生型小鼠的这些指标增加，在 Piezo1-/-小鼠中却没有这种效果。这明确表明 Piezo1 在小鼠抗病毒感染中，对中性粒细胞功能以及 M1 巨噬细胞分化起着不可或缺的作用。
- Piezo1 导向的中性粒细胞 NETs 在抗病毒感染中调节巨噬细胞分化：体外共培养实验表明，无论是新产生还是释放到上清中的中性粒细胞 NET DNA，都能有效促进 M1 巨噬细胞分化。用 LPS 或病毒诱导的中性粒细胞纯化 NET DNA 处理巨噬细胞，得到了相似的结果。体内实验也进一步证实，Piezo1-/-小鼠中性粒细胞 NET DNA 会导致受体小鼠病毒载量增加，巨噬细胞中 TNFα 和 NOS2 产生减少，而 M1 巨噬细胞分化对小鼠抗病毒免疫是必需的。这充分说明 Piezo1 导向的中性粒细胞 NETs 在抗病毒免疫中对巨噬细胞分化起着关键的调节作用。
- 中性粒细胞 NET DNA 通过 Piezo1 诱导的 TLR9 和 cGAS 信号调节 M1 巨噬细胞分化：研究发现，Piezo1-/-小鼠感染病毒后，巨噬细胞中 TLR9、cGAS、STING 和 IRF3 表达降低。用抑制剂阻断 TLR9 和 cGAS，或者在巨噬细胞中敲低 cGAS 和 STING，都会抑制 NET DNA 诱导的 M1 巨噬细胞分化。这表明 TLR9 和 cGAS-STING 信号通路在 Piezo1 导向的中性粒细胞 NET DNA 调节 M1 巨噬细胞分化过程中发挥着重要作用。
- Piezo1 通过 SIRT2-HIF1α 信号在病毒感染期间指导中性粒细胞 NET 形成：研究人员通过 RNA 测序筛选出 Piezo1 下游关键分子 SIRT2 和 HIF1α 。构建髓系特异性 SIRT2 和 HIF1α 条件性敲除小鼠后发现，SIRT2 和 HIF1α 缺失会减少中性粒细胞中 PAD4 表达、ROS 产生和 NET 形成。这充分说明 SIRT2-HIF1α 信号通路在 Piezo1 导向的中性粒细胞 NET 形成过程中起着关键的调节作用。
- 镁离子对 Piezo1 介导的抗病毒感染中 NET 形成是充足的：研究人员发现，阻断钙流入对 Piezo1 介导的中性粒细胞 NET 形成没有影响，而镁离子却有着重要作用。在正常和病毒感染条件下，生理浓度的镁离子（0.6 mM）可增加 NET 形成以及 PAD4、SIRT2 和 HIF1α 的表达，Yoda1 处理可增强这些作用，Piezo1-/-则会消除这些变化。这表明镁离子流入足以诱导 Piezo1 在抗病毒感染中促进中性粒细胞 NET 形成。
- 感知镁离子的 Piezo1 导向的 NETs 在小鼠和人类抗病毒感染反应中调节 M1 巨噬细胞分化：给小鼠喂食低镁饮食并进行相关处理后发现，低镁饮食会减弱肺部炎症变化、中性粒细胞 NET 形成以及巨噬细胞 TNFα 和 NOS2 产生。在人类细胞实验中也得到了类似的结果，这表明感知镁离子的 Piezo1 介导的信号通路在小鼠和人类中具有进化保守性，并且镁饮食调节可能是调控 Piezo1 导向的 NET 形成和巨噬细胞分化的有效方法。
- 靶向 Piezo1 对调节病毒感染反应中的中性粒细胞功能有效：用 Piezo1 拮抗剂 GsMTx4 处理感染 PR8 病毒的小鼠，结果显示中性粒细胞中 PAD4 表达、ROS 产生和 NET 形成减少，巨噬细胞中 TNFα 和 NOS2 表达降低。这充分说明靶向 Piezo1 能够有效调节病毒感染反应中的中性粒细胞功能，包括 NET 形成和 M1 巨噬细胞分化。
综合上述研究，研究人员发现离子通道 Piezo1 在流感病毒感染反应中，能够指导中性粒细胞 NET 形成，并调节巨噬细胞功能分化。Piezo1-/-的中性粒细胞 NET DNA 产生减少，导致 TLR9 和 cGAS-STING 信号活性降低，促使巨噬细胞从 M1 型向 M2 型分化。此外，Piezo1 整合镁信号和 SIRT2-HIF1α 信号通路，通过中性粒细胞 NET 形成来协调 M1 和 M2 巨噬细胞谱系的定向分化。这项研究为理解基于中性粒细胞的机械调节在指导巨噬细胞谱系定向分化中的作用提供了关键见解，为治疗病毒感染提供了潜在的新靶点，在生命科学和医学领域具有重要的理论和实践意义。
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