好中球細胞外トラップ

好中球細胞外トラップ（NET）は、主に好中球由来のDNAで構成される細胞外繊維のネットワークであり、病原体を結合します。^{[ 2 ]}ヒトでは、好中球は最も数の多い白血球サブセットであり、免疫系において重要な役割を果たしています。^{[ 3 ]}好中球は、感染に対する体の第二の防御線であり、従来は微生物の貪食と抗菌物質の分泌という2つの戦略によって侵入病原体を殺傷すると考えられてきました。2004年に、NETの形成という新たな第3の機能が特定されました。NETにより、好中球は宿主細胞への損傷を最小限に抑えながら細胞外病原体を殺傷することができます。^{[ 4 ]}ホルボールミリステートアセテート（PMA）、インターロイキン8（IL-8）またはリポ多糖（LPS）などの薬理学的因子で試験管内活性化されると、好中球は顆粒タンパク質とクロマチンを放出し、能動的なプロセスを経てNETと呼ばれる細胞外線維マトリックスを形成する。^{[ 2 ]} NETは生理的および病理的条件下で不可欠であり、細胞毒性と抗菌性の両方の特性を持つ。^{[ 3 ]}

NETは、ヒストン、DNA鎖、フィブリン、活性化血小板、組織因子（TF）や因子XIIなどの凝固因子を含むさまざまな成分で構成されています。^{[ 3 ]}好中球エラスターゼ（NE）やミエロペルオキシダーゼ（MPO）などのアズール顆粒の内容物とともに、好中球は脱凝縮したクロマチンを外部に放出することができます。

高解像度走査型電子顕微鏡観察により、NETsは直径15～17 nmと25 nmのDNA鎖と球状タンパク質ドメインから構成されていることが明らかになった。これらは凝集して直径50 nmのより大きな糸状構造を形成する。^{[ 2 ]}しかし、流動条件下では、NETsは長さと幅が数百ナノメートルに達する、はるかに大きな構造を形成する可能性がある。^{[ 5 ]}   

免疫蛍光分析により、NETsにはアズール顆粒（好中球エラスターゼ、カテプシンG、ミエロペルオキシダーゼ）、特異顆粒（ラクトフェリン）、三次顆粒（ゼラチナーゼ）、および細胞質由来のタンパク質が含まれていることが確認されました。ただし、CD63、アクチン、チューブリン、およびその他の様々な細胞質タンパク質はNETsには存在しません。^{[ 2 ] [ 1 ]}

NETは、DNAに対する高い親和性を持つ好中球エラスターゼ、カテプシンG、ヒストンなどの抗菌タンパク質を使用して病原体を無力化します。 ^{[ 6 ]} NETは抗菌成分の局所的な高濃度を提供し、貪食による取り込みとは無関係に、細胞外で微生物を結合、無力化、殺します。抗菌特性に加えて、NETは病原体のさらなる拡散を防ぐ物理的バリアとしても機能します。さらに、顆粒タンパク質をNETに送達することで、プロテアーゼなどの潜在的に有害なタンパク質が拡散して炎症部位に隣接する組織に損傷を与えるのを防ぐことができます。NET形成は、複数の細菌病原体に対するマクロファージの殺菌活性を増強することも示されています。^{[ 7 ] [ 8 ]}

さらに最近では、細菌だけでなく、カンジダ・アルビカンスなどの病原性真菌も好中球を誘導してNETsを形成させ、カンジダ・アルビカンスの菌糸細胞と酵母型細胞の両方を捕捉して殺すことが示されています。^{[ 9 ]} NETsは、小児の熱帯熱マラリア原虫感染症との関連も報告されています。^{[ 10 ]}

NETは当初、細菌/酵母感染部位の組織で形成されると提唱されていましたが、NETは敗血症時に血管内（特に肺毛細血管と肝類洞）でも形成されることが示されています。血管内NET形成は厳密に制御されており、血小板によって調節されています。血小板は血小板TLR4を介して重度の感染を感知し、好中球に結合して活性化し、NETを形成します。血小板誘導NET形成は非常に速く（数分で）起こり、好中球の死に至る場合とそうでない場合があります。^{[ 11 ]}血管内で形成されたNETは、血管を通過する循環細菌を捕捉することができます。流れの下での細菌の捕捉は、 in vitroのフローチャンバーで直接画像化されており、生体顕微鏡観察により、細菌の捕捉は肝類洞と肺毛細血管（血小板が好中球に結合する部位）で起こることが実証されています。^{[ 5 ]}

NETの活性化と放出、すなわちNETosisは、自殺型NETosisと生命維持型NETosisの2つの形態をとる動的なプロセスです。全体として、このプロセスの主要な構成要素の多くは両方のタイプのNETosisで似ていますが、刺激、タイミング、および最終的な結果には重要な違いがあります。^{[ 12 ]}

NETsは宿主にも有害な影響を与える可能性がある。なぜなら、ヒストン複合体の細胞外露出は、全身性エリテマトーデス（SLE）などの自己免疫疾患の発症に関与する可能性があるからである。^{[ 18 ]} NETsは炎症性疾患にも関与する可能性があり、妊娠関連の炎症性疾患である妊娠高血圧症では、好中球が活性化することが知られている。[ ^{19 ] NETs}は、炎症性腸疾患である潰瘍性大腸炎患者の大腸粘膜でも報告されている。^{[ 20 ]} NETsは、熱帯熱マラリア原虫に感染した小児におけるIgG抗核二本鎖DNA抗体の産生にも関連している。^{[ 10 ]} 

NETsはがん患者でも発見されている。^{[ 21 ]}がん患者では健常対照群と比較してNETsのレベルが有意に高く、予後不良や臨床転帰不良と関連している。^{[ 22 ]}前臨床研究では、NETsが血栓症、臓器不全、転移形成などのがん関連病態に共同で関与していることが示唆されている。 ^{[ 23 ]} NETsは血管を閉塞し、炎症反応を引き起こし、組織に直接損傷を与える細胞毒性成分を放出することにより、がん患者の末梢臓器不全や臓器機能障害を引き起こす可能性がある。^{[ 3 ]}

NETは、がんの転移を促進する可能性のある因子として説明されています。^{[ 24 ]} NETは、さまざまなメカニズムを介して転移の拡大を促進する可能性があります。^{[ 3 ]} NETのこの影響は、糖尿病患者にとって困難な環境を作り出します。高血糖による免疫機能障害とNETによって作られる転移促進環境の組み合わせにより、がんの進行リスクが高まります。^{[ 25 ]}乳がんでは、NETは腫瘍の進行を促進し、遠隔臓器を転移の拡大に備える炎症を促進することが示されています。^{[ 24 ]}研究により、NETは感染症や外科的ストレスに反応して形成され、転移に寄与する可能性があることが示されています。たとえば、盲腸結紮穿刺（CLP）モデルを使用した研究では、CLP誘導NETが循環腫瘍細胞の捕捉を強化し、肝臓への転移を増加させることが示されました。^{[ 26 ]}具体的には、CLP の 24 時間後に Lewis肺癌細胞 (LLC-H59) を脾臓内経路で注射すると、マウスは偽手術対照群と比較して転移の数が多くなりました。生体イメージングにより、NET が肝臓および肺の微小血管系で腫瘍細胞と共局在し、これらの領域での腫瘍細胞の停止を促進することが明らかになりました。^{[ 26 ]} NET は、感染や外科的介入がない場合でも癌細胞によって誘導されることがあります。^{[ 3 ]}乳癌のマウスモデルでは、転移性癌細胞は、悪性度の低い細胞と比較して NET 形成を誘導するのに効果的であることがわかりました。^{[ 27 ]}さらに、NET のレベルが高いことが乳癌患者の転移病変で検出され、特に、悪性度の高い進行で知られるトリプルネガティブ乳癌患者で多く見られました。^{[ 27 ]}

NETはHIV / SIVの病原性に寄与することが示されている。NETはHIVウイルス粒子を捕捉して破壊することができる。^{[ 28 ]} HIV/SIVの経過中、NETの産生は増加するが、ARTによって減少する。さらに、NETはCD4+およびCD8+ T細胞、B細胞、単球などのさまざまな免疫細胞群を捕捉して殺すことができる。この効果は血液中の好中球だけでなく、腸、肺、肝臓、血管などのさまざまな組織でも見られる。NETは血小板を捕捉し、組織因子を発現することによって、HIVの過凝固状態に寄与する可能性がある。^{[ 29 ]}

NETは血栓症にも関与しており、脳卒中との関連も指摘されている。^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}

これらの観察結果は、NETが感染性、炎症性、血栓性疾患の病態形成において重要な役割を果たす可能性があることを示唆している。^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

NETは電荷を帯びて粘着性があるため、嚢胞性線維症患者では喀痰の粘稠度を高めるなど問題となる可能性がある。治療法は、主に宿主NETのDNAで構成される喀痰中のDNAを分解することに重点を置いている。

JAMA Cardiology誌に掲載された小規模な研究では、ST上昇型心筋梗塞を発症したCOVID-19患者においてNETsが重要な役割を果たしていることが示唆された。^{[ 36 ]}

近年、NETと敗血症の重症度との関連性が研究で報告されている。循環細胞遊離DNA、ヒストン、ミエロペルオキシダーゼ-DNA複合体、好中球エラスターゼ-DNA複合体など、NET関連のバイオマーカーのいくつかは、疾患の重症度と予後と相関している^{[ 37 ]}。実験的研究では、ペプチジルアルギニンデイミナーゼ4阻害剤によるNET形成の阻害、またはデオキシリボヌクレアーゼIによるNETの分解が、NET関連の細胞毒性を軽減し、敗血症の転帰を改善する可能性があることも示唆されている^{[ 38 ]}。しかし、NETは敗血症中に保護的な抗菌効果と潜在的に有害な炎症促進効果および血栓形成促進効果の両方を発揮すると考えられているため、NETを標的とした治療法の開発は依然として複雑である。

• Frontiers in Molecular Innate Immunity誌に掲載されたNETに関する研究トピック
• 「好中球細胞外トラップ（NET）形成に関わる分子メカニズム」、博士論文、Jyaysi Desai、ミュンヘン大学（ドイツ）。2015年、 Dance Your PhD化学部門受賞。