摘要：在我们的身体里，潜藏着一支无畏的军队，中性粒细胞 (neutrophils)。它们是血液中数量最多的白细胞，构成了抵御病原体入侵的第一道防线。当中性粒细胞接到战斗警报时，它们会毫不犹豫地奔赴“战场”，吞噬细菌、释放杀菌物质。然而，它们还藏着一个惊人的“终极大招
在我们的身体里，潜藏着一支无畏的军队，中性粒细胞 (neutrophils)。它们是血液中数量最多的白细胞，构成了抵御病原体入侵的第一道防线。当中性粒细胞接到战斗警报时，它们会毫不犹豫地奔赴“战场”，吞噬细菌、释放杀菌物质。然而，它们还藏着一个惊人的“终极大招”：在生命的最后一刻，它们会引爆自身的细胞核，将内部的遗传物质，染色质 (chromatin)，像一张大网一样抛向胞外空间，这便是著名的中性粒细胞胞外诱捕网 (Neutrophil Extracellular Traps, NETs)。
这张由DNA骨架和多种蛋白组成的“天罗地网”，不仅能有效捕获并杀死细菌，还与凝血、自身免疫乃至癌症等多种生理和病理过程息息相关。然而，一个根本性的问题长久以来困扰着研究人员：细胞核内的染色质，作为承载生命蓝图的遗传密码，被组蛋白 (histones) 紧密地缠绕、折叠，其致密程度堪比将几十公里的细线塞进一个篮球。究竟是何种力量，能将这团高度压缩的“线球”解开，并将其转化为一张具有强大杀伤力的免疫武器？
9月17日，《Nature》的研究报道“Myeloperoxidase transforms chromatin into neutrophil extracellular traps”，为我们揭示了这一过程背后的巧妙分子机制。研究人员发现，中性粒细胞中的一种关键蛋白——髓过氧化物酶 (Myeloperoxidase, MPO)，扮演了一个出人意料的“双面角色”。它既是拆解染色质的“拆迁队”，又是装备NETs的“装修工”。更令人称奇的是，决定它扮演何种角色的，仅仅是它自身的聚合状态，是“单兵作战”还是“联手出击”。
珠帘乍现：高精度显微镜下的“蛛丝马迹”
故事的起点，始于一个看似简单的观察。研究人员希望知道，在NETs这张庞大的DNA网络上，MPO究竟分布在哪里。MPO是中性粒细胞中含量最丰富的蛋白之一，约占细胞干重的5%，它能催化产生次氯酸（即家用漂白剂的有效成分），具有强大的杀菌能力。长久以来，人们知道MPO会附着在NETs上，但它的具体排列方式却是个谜。
为了看清纳米尺度的细节，研究人员动用了当今最前沿的超高分辨率显微镜技术，如受激发射损耗显微镜 (STED)和随机光学重建显微镜 (STORM)。这些技术能够突破传统光学的衍射极限，让我们得以窥见蛋白质在DNA纤维上的“站位”。
显微镜下的景象令人着迷。MPO并非均匀地涂抹在NETs的DNA纤维上，而是呈现出一种断续的、周期性的分布模式，宛如一串串点缀在丝线上的“珠子”。通过精密的自相关分析计算，研究人员发现这些“MPO珠子”之间的距离大约在 100到300纳米 之间。
这种“串珠”结构 (beads on a string)立刻让研究人员联想到了染色质的基本结构单元，核小体 (nucleosome)。核小体是由DNA双螺旋链缠绕在八个组蛋白核心上形成的复合物，它们在染色质中就像穿在线上的珠子一样排列。难道MPO的周期性分布，正是一一对应着DNA链上的核小体吗？
为了验证这个猜想，研究人员使用了一种能够特异性识别核小体结构的抗体 (PL2.3) 对NETs进行染色。结果惊人地一致：核小体的分布模式与MPO的分布模式几乎完美重叠。随后，双色荧光成像进一步证实，MPO和核小体在NETs纤维上紧密地共存于相同的位置。这强烈暗示，MPO是直接与核小体发生了相互作用。
然而，眼见不一定为实，显微镜下的共定位也可能是“离得很近”而非“直接接触”。为了获得更坚实的生化证据，研究人员采取了更为直接的策略。他们首先用一种叫做微球菌核酸酶 (micrococcal nuclease)的工具酶，将完整的NETs网络小心地剪切成单个的“核小体珠子”。这种酶会优先切断核小体之间的裸露DNA，而保留核小体结构的完整。
接着，他们将这些包含MPO和核小体的混合物通过蔗糖密度梯度离心进行分离。不同大小和密度的复合物会在离心力作用下停留在不同的“楼层”。分析结果显示，MPO、构成核小体的各种组蛋白（H2A, H2B, H3, H4）以及核小体DNA，都出现在了相同的“楼层”里。这表明它们紧密地结合在一起，形成了一个稳定的“MPO-核小体”复合物。
最后的“实锤”来自免疫共沉淀 (Co-immunoprecipitation)实验。实验结果清晰地显示，当研究人员“钓”起MPO时，所有的组蛋白也都一并被“钓”了上来。这无疑证明了MPO与核小体之间存在着直接或间接的物理结合。
研究人员还设计了一个巧妙的对照实验：如果在“钓鱼”之前，先用DNase I（一种能高效降解DNA的酶）将核小体彻底破坏，会发生什么？结果，MPO的“钩子”再也钓不上来组蛋白了。这个结果一语道破天机：MPO识别并结合的，是完整的核小体结构，而不仅仅是零散的组蛋白。DNA在这场“握手”中扮演了不可或缺的平台角色。
至此，第一层谜底被揭开：MPO在NETs上的周期性分布，源于它与DNA链上核小体的精准结合。但这立刻引出了一个更深层次的疑问：MPO是如何识别核小体的？它又是如何通过这种结合，来实现解开整个染色质这一宏伟任务的呢？
致命的拥抱：MPO如何精准识别并“锁定”核小体
为了回答这个问题，研究人员需要将视野从细胞层面缩小到原子层面，看清楚MPO与核小体“握手”的每一个细节。为此，他们请出了冷冻电子显微镜 (Cryo-EM)。
研究人员首先使用了一种在体外合成的、性质更均一的重组MPO (recombinant MPO, rMPO)。这种rMPO是单体形式，便于形成稳定的复合物进行结构解析。他们将rMPO与人工重构的核小体混合，成功捕获了两者结合的瞬间，并解析出了分辨率高达 3.8埃（1埃等于0.1纳米）的三维结构。
结构图像清晰地揭示了MPO的“着陆点”。它并没有结合在核小体的DNA部分，也没有接触那些从组蛋白核心伸出的、灵活的“组蛋白尾巴”，而是精准地停靠在了由组蛋白H2A和H2B共同构成的一个特殊区域上。这个区域表面富含谷氨酸和天冬氨酸等酸性氨基酸，因此带负电，被称为“酸性补丁” (acidic patch)。
“酸性补丁”是核小体表面一个著名的“交际中心”，许多与染色质功能调控相关的蛋白，如酵母的Sir3蛋白、组蛋白甲基转移酶DOT1L等，都会通过识别这个区域来与核小体发生相互作用。MPO显然也加入了这个“俱乐部”。
那么，MPO又是如何“抓住”这个酸性补丁的呢？结构显示，MPO分子表面有两个关键的精氨酸残基，Arg473和Arg653，像两只“锚”一样，深深地插入了酸性补丁表面的两个“口袋”中。精氨酸带正电，与酸性补丁的负电荷相互吸引，形成了稳固的静电相互作用。这种由“精氨酸锚” (arginine anchors)介导的结合模式，是许多酸性补丁结合蛋白的共同特征。
更有趣的是，研究人员发现，MPO用来与核小体结合的这个界面，与它发挥催化活性的位点（即产生次氯酸的地方）位于分子的不同侧。这意味着，MPO在“拥抱”核小体的同时，它的“武器”，活性位点，是朝向外部的，随时可以对外界的底物发起攻击。这也完美地解释了之前的生化实验结果：MPO的催化活性对于它结合核小体而言，并非必需。
至此，MPO与核小体的“握手”细节被完全破译。单体MPO通过其表面的精氨酸锚，精准地识别并结合到核小体的酸性补丁上。
然而，这个发现却让整个故事变得更加扑朔迷离。因为结构显示，单体MPO仅仅是“坐”在了核小体上，整个核小体结构看起来安然无恙，并没有要解体的迹象。这与“MPO导致染色质去凝集”的宏观现象似乎相悖。如果单体MPO不能拆解核小体，那么真正的“拆迁队”又是谁呢？难道MPO内部还隐藏着不为人知的秘密？
“双刃剑”的另一面：MPO二聚体的“暴力”拆解术
秘密就藏在MPO的聚合状态里。
在人体内，MPO并非总是“单兵作战”的单体，它还可以通过一个二硫键将两个单体连接起来，形成二聚体 (dimer)。研究人员敏锐地意识到，或许正是这种聚合状态的差异，决定了MPO的功能。
他们设计了一个简洁而有力的生化实验来验证这个猜想。他们将带有生物素标记（一种可以用链霉亲和素轻易捕获的标签）的核小体，分别与两种MPO进行孵育：一种是只能形成单体的重组rMPO，另一种是从人中性粒细胞中纯化的天然MPO（包含单体和二聚体的混合物）。
孵育结束后，他们用链霉亲和素“磁珠”去捕获那些生物素标记的核小体。如果核小体保持完整，那么组蛋白应该会随着DNA一起被磁珠捕获。如果核小体被拆散了，组蛋白就会脱离DNA，游离到溶液上清中。
实验结果令人振奋：
与重组rMPO（单体）孵育的核小体，其组蛋白牢牢地留在了磁珠上，表明核小体结构稳定。
而与天然MPO（混合物）孵育的核小体，大量的组蛋白出现在了上清中，这意味着核小体被有效地拆解了！
这个结果清楚地表明，单体MPO只能结合核小体，而真正执行“拆迁”任务的，是MPO二聚体。
这又是为什么呢？同样是MPO，为何“两个人”一起就能拆房子，而“一个人”就不行？答案，依然要从结构中寻找。研究人员再次运用Cryo-EM技术，历经挑战，终于成功解析了MPO二聚体与核小体结合的复合物结构。
这个结构揭示了一个充满巧思的分子冲突机制：
MPO二聚体的其中一个单体（我们称之为“第一单体”），其行为与rMPO单体完全一样，也是通过精氨酸锚，稳稳地结合在核小体的酸性补丁上。
然而，它的“同伴”——“第二单体”，处境就非常尴尬了。由于二硫键的限制，它被“拴”在了第一单体的旁边，无法自由选择自己的位置。结构显示，这个第二单体被推向了核小体的外围，正好“坐”在了DNA双螺旋链从组蛋白核心上解链/进入的交叉点上。
这里，一场不可避免的“空间冲突” (steric clash)发生了。我们可以打个比方：想象一张只够一个人坐的椅子（核小体），第一个人（第一单体）安稳地坐下了。这时，他的同伴（第二单体）被强行要求也坐在这张椅子上。结果，第二个人的一部分身体必然会悬空，并且会挤到椅子旁边原本放着的一个花瓶（DNA链的末端）。为了不被挤碎，这个花瓶只能被移开。
在分子世界里，这个“花瓶”，也就是核小体DNA链的末端，为了避免与MPO第二单体发生剧烈的物理碰撞，被迫从组蛋白核心上“松开”并解旋。研究的结构模型清晰地显示，与MPO二聚体结合后，核小体DNA末端的 12个碱基对 变得无序和松散。
这种末端的“松绑”，就像是拆毛衣时找到了线头。它打破了整个核小体结构的稳定性，最终导致DNA链从组蛋白核心上完全脱落，整个核小体结构分崩离析。
为了在功能层面上验证这个“空间冲突”模型，研究人员设计了一个更为巧妙的动态实验。他们在核小体的DNA中，预先埋入了一个特殊的“密码”——GATC序列。这个序列是DpnII限制性内切酶的切割位点。在正常的核小体中，这个位点被紧紧地包裹在组蛋白核心周围，DpnII酶无法接触和切割它。只有当DNA从组蛋白上解链、暴露出来时，切割才会发生。因此，检测GATC位点是否被切割，就能实时监测核小体的解体速度。
实验结果为“空间冲突”模型提供了强有力的动态证据：
当加入MPO二聚体后，GATC位点在不到一分钟内就开始被切割，并在5到10分钟内反应完全。这表明核小体的解体发生得非常迅速。
而加入MPO单体后，几乎观察不到任何切割。
更有说服力的是，如果研究人员用一种能阻断酸性补丁的抗体片段 (PL2-6) 预先占据核小体的“第一座位”，那么MPO二聚体就无法结合，也就无法诱导DNA解链和切割。这证明了酸性补丁的结合是“拆迁”的第一步。
最后，研究人员用化学方法（加入还原剂DTT）切断了MPO二聚体之间的二硫键，使其强制解离成单体。这些“单飞”的MPO分子虽然仍能结合核小体，却完全丧失了拆解核小体的能力。
所有的证据都指向同一个结论：MPO二聚体通过一种巧妙的“协同与冲突”机制来拆解核小体。一个单体负责“定位与锚定”，将整个二聚体复合物精准地置于核小体的特定位置；而另一个单体则负责制造“空间冲突”，像一把撬棍一样，迫使DNA从组蛋白上解链，最终导致整个结构瓦解。
从试管到病榻：在囊性纤维化患者的“战场”上验证猜想
至此，一个关于MPO如何拆解核小体的分子故事已经构建完成。但这些在试管中（in vitro）获得的结论，必须在真实的生命体（in vivo）或接近真实的病理环境中得到验证。
研究人员将目光投向了一种与中性粒细胞和NETs密切相关的疾病，囊性纤维化 (Cystic Fibrosis, CF)。CF是一种遗传性疾病，患者的呼吸道长期存在慢性的中性粒细胞炎症，其痰液中富含大量的NETs。这为研究天然状态下的MPO-核小体相互作用提供了绝佳的“战场”。
首先，研究人员运用冷冻电子断层扫描技术 (Cryo-ET)，一种能够对细胞或组织样品进行三维重构的“细胞CT”技术，直接观察了由刺激物诱导产生的中性粒细胞NETs的超微结构。在复杂的DNA网络、细胞碎片和颗粒之间，他们成功识别出了大量外形酷似核小体的颗粒。令人兴奋的是，在这些颗粒的一侧，他们观察到了一个额外的密度团块，其大小和位置与他们在体外重构的MPO-核小体复合物中的MPO非常相似。这为MPO在真实NETs中与核小体结合提供了直观的形态学证据。
接着，他们收集了三位CF患者的痰液样本，并从中分离出NETs成分。他们重复了之前的免疫共沉淀实验：用MPO抗体去“钓”痰液样本中的蛋白。结果与之前的实验如出一辙：组蛋白被成功地钓了上来。而且，这种相互作用同样依赖于完整的核小体结构，因为一旦用DNase I处理，结合就消失了。
这个发现在CF患者的病理样本中证实了MPO-核小体复合物的真实存在，它将体外分子机制与临床疾病的真实病理过程紧密地联系在了一起，极大地提升了整个研究的生理学意义。
MPO作为“染色质转化因子”的开创性意义
现在，我们可以将所有的碎片拼凑起来，描绘出一幅完整的画卷，来理解MPO在NETs形成和功能执行中的双重角色。
一个统一的模型：
1. 启动阶段（细胞核内）：当NETosis过程被触发后，储存在颗粒中的MPO（包含单体和二聚体）被释放并进入细胞核。
2. 拆迁阶段（染色质去凝集）：MPO二聚体结合到核小体上，通过“空间冲突”机制高效地拆解核小体，导致染色质迅速去凝集、解开。这为DNA最终被抛出细胞外做好了准备。
3. 调控与稳定阶段：与此同时，MPO单体也进入细胞核并结合到核小体的酸性补丁上。但它们并不拆解核小体。相反，它们的存在可能会“保护”一部分核小体不被二聚体拆解，因为它们占据了二聚体结合所必需的“第一座位”。这或许解释了为何NETs上仍然保留着核小体结构。
4. 功能执行阶段（细胞外）：当去凝集的染色质被抛出细胞形成NETs后，那些与核小体稳定结合的MPO单体也随之来到了胞外空间。此时，它们朝向外部的酶活性位点就成了致命的武器，可以利用周围环境中的过氧化氢和氯离子，原位生产次氯酸，高效杀灭被诱捕网捕获的病原体。
一个全新的概念：
这项研究最重要的贡献，是提出了一个全新的概念。传统上，我们把能够改变染色质结构的蛋白称为“染色质重塑剂” (chromatin remodeler)。这些重塑剂通常需要消耗能量（ATP），对染色质进行精细、可逆的局部调整，比如移动或移除某个核小体，以便于基因的转录或修复。它们的目的是“微调”遗传信息的读取。
然而，MPO的行为完全不同。它不需要ATP，其作用过程是“暴力”的、不可逆的，并且其最终目的不是为了调控基因表达，而是为了彻底改变染色质的物理性质和生物学功能，从一个信息存储介质，转变为一个免疫防御的物理支架和化学武器平台。
因此，研究人员提出，MPO不应被归类为传统的染色质重塑剂，而应被视为一个全新蛋白家族的创始成员，“染色质转化因子” (chromatin transformer)。这类因子的使命，是在特定（通常是应激）条件下，将染色质从其经典的遗传功能中解放出来，赋予其全新的、与遗传信息编码完全无关的生物学角色。
这一发现为我们打开了一扇全新的窗户，去重新审视生命最核心的物质——染色质。它不再仅仅是静态的遗传密码本，而可能是一个在进化压力下被巧妙“再利用”(repurpose)的多功能材料。或许在免疫系统、在细胞应激、甚至在某些细胞死亡形式中，还存在着其他未知的“染色质转化因子”，它们以各自独特的方式，将染色质转变为临时的细胞器、信号平台，甚至是病理过程的驱动器。
理解MPO如何将双刃剑挥舞得如此巧妙，不仅为我们展现了分子世界的神奇与复杂，也为未来干预与NETs相关的疾病（如自身免疫病、血栓、以及某些癌症并发症）提供了新的思路。或许有一天，我们可以通过设计小分子药物，特异性地阻断MPO与核小体酸性补丁的结合，从而“缴械”这支过于激进的免疫“拆迁队”，让生命蓝图回归其本来的宁静。
参考文献
Burn GL, Raisch T, Tacke S, Winkler M, Prumbaum D, Thee S, Gimber N, Raunser S, Zychlinsky A. Myeloperoxidase transforms chromatin into neutrophil extracellular traps. Nature. 2025 Sep 17. doi: 10.1038/s41586-025-09523-9. Epub ahead of print. PMID: 40963017.
声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！
来源：生物探索一点号1
