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研究背景:中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps,NETs)是由中性粒细胞释放的以DNA为骨架、装载组蛋白和颗粒酶类物质的细胞外网状结构,可作为天然免疫有效的免疫防御机制,然而过多的NETs释放已被证明参与了多种疾病的病理过程;因此,NETs在体内释放能力的过弱或过强都会造成机体健康的天平失去平衡。同样,在运动免疫学领域已达成的研究共识为:过度运动致使机体暂时性免疫抑制,感染疾病风险上升;规律有氧运动提高机体免疫机能,患病风险降低。然而,NETs与这两点研究共识相关的研究还屈指可数,因此,本课题将从运动免疫学两大共识出发,围绕NETs的功能情况,分别探究两部分内容:一、急性力竭运动中外周循环血NETs的释放情况及其可能的机制;二、NETs在规律有氧运动缓解疾病炎症反应中的作用及机制。在第二部分研究中,我们选取了临床常见的呼吸系统危重疾病,急性肺损伤(acute lung injury,ALI)作为研究模型,其典型的特征为气道和全身失控的炎症反应。已有研究报道了 NETs参与ALI气道炎症反应的过程,并且规律的有氧运动可以减轻ALI气道炎症反应;这为本部分研究奠定了良好的基础。因此,本课题通过这两部分的研究,以期揭示不同运动方式下,NETs在健康和ALI机体中发挥的作用及机制,从而丰富运动性免疫抑制的认知视角以及为ALI的治疗提供新的靶点。研究方法:在研究一中,我们选取了 7周龄雄性C57BL/6小鼠,将其随机分为对照组(C组),递增负荷跑步至60min(E60组),递增负荷跑步至力竭组EE组,力竭后恢复1.5小时组(1.5E组),恢复3小时组(3E组);在实施急性力竭跑台运动的不同的时间点,检测乳酸堆积情况,NETs释放情况及通过体外实验探究乳酸抑制NETs的情况和机制。在研究二中,7周龄雄性C57BL/6小鼠随机分为对照组(CON组),LPS诱导急性肺损伤组(LPS组),有氧运动+急性肺损伤组(EXE+LPS组),急性肺损伤结合DNase注射降解NETs组(DNase+LPS组)。运动干预和药物注射完毕后的24小时进行取材,分别检测肺组织中性粒细胞和M1型肺泡巨噬细胞的浸润情况、NETs的释放情况以及原代肺泡巨噬细胞中MAPK信号通路关键蛋白和NF-κB蛋白活化情况;此外,通过提纯NETS诱导小鼠肺泡巨噬细胞系MH-S极化反应,检测刺激后细胞促炎性因子表达情况和关键蛋白活化情况。研究结果:研究一的结果为:1.急性力竭运动中血乳酸浓度的变化情况:递增跑台运动开始的前60min,血乳酸浓度处于较低水平;而在持续90min时,出现大幅的提升并保持在较高的平台水平。2.急性力竭运动中血浆NETs的释放情况:血浆中MPO-DNA复合物在力竭运动过程中呈逐步抑制的趋势,运动后3小时未见恢复。3.急性力竭运动后循环中性粒细胞体外释放NETs的能力:无论是无刺激还是100nM PMA刺激下,急性力竭运动后小鼠外周血中性粒细胞释放NETs的能力均显著低于对照组。4.力竭运动中和运动后即刻血乳酸浓度和血浆NETs释放的相关性:血浆MPO-DNA复合物与血乳酸呈现显著的负性相关关系。5.体外不同浓度乳酸刺激中性粒细胞释放NETs的情况:在10、15和20mM乳酸结合100nM PMA刺激下的中性粒细胞释放NETs的能力显著低于对照组。6.乳酸抑制NETs释放可能的机制:在100nM PMA刺激下,随着乳酸刺激浓度的上升,中性粒细胞胞内ROS的表达量呈现明显下降的趋势。研究二的结果为:1.肺组织炎症反应情况:LPS组较CON组更多中性粒细胞和M1型肺泡巨噬细胞的浸润,肺泡灌洗液中促炎症细胞因子显著上升;EXE+LPS组上述炎症反应较LPS组显著减轻。2.肺组织中NETs释放的情况:LPS组较CON组肺内更多NETs的释放,EXE+LPS组和DNase+LPS组肺内NETs的表达较LPS组显著减少。3.有氧运动缓解ALI气道炎症可能的机制:LPS组肺泡巨噬细胞ERK、JNK、p38和NF-κB蛋白磷酸化水平均显著高于CON组;运动组和DNase组上述蛋白磷酸化水平均显著低于LPS组。4.NETs对MH-S细胞极化的作用和机制:NETs在刺激MH-S细胞发生M1型极化的早期,ERK蛋白最先活化,而在刺激的后期,NF-κB蛋白才出现活化效应。研究结论:1.研究一结论:急性力竭运动中血乳酸的积累使小鼠外周循环血NETs释放的能力受到抑制;细胞外的强乳酸环境可以抑制中性粒细胞依赖ROS途径释放NETs。2.研究二结论:规律有氧运动可通过抑制气道NETs的过多释放,减少肺泡巨噬细胞M1型极化,从而减轻气道炎症反应;有氧运动减轻ALI气道炎症反应是通过抑制ERK和NF-κB相关信号通路实现的。