尿路感染是全球范围内非常常见的一种疾病。据世界卫生组织（WHO）估计，全球每年有数亿人受到尿路感染的影响，大约60%的女性在其一生中至少会经历一次尿路感染。
但通常情况下，尿路感染仅限于膀胱，只在极少数情况下，入侵的微生物会无视人体的免疫防御系统，沿着尿路向上迁移，进入肾脏。
人体究竟是如何保护肾脏免受病原菌侵害的？这一直是个医学之谜。直到最近，剑桥大学的Andrew P. Stewart和他的同事们通过一系列精妙的实验揭开了这个谜团。他们发现了一种名为中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular trap, NET）的高度特化生物结构，在保护肾脏免受感染方面起着关键作用。
相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“Neutrophil extracellular traps protect the kidney from ascending infection and are required for a positive leukocyte dipstick test”。
中性粒细胞胞外陷阱的作用
NET是由缕缕细丝组成的粘性网状结构，可以说是名副其实的细菌陷阱。它们能捕获试图从下尿路向上迁移到肾脏的细菌。NET是人体对抗感染的一系列抗菌活动中的重要补充。
在这项新的研究中，Stewart及其团队提出了令人信服的证据，表明NET是抵御感染的重要抗菌屏障。他们的研究不仅揭示了泌尿道中NET的存在，还回答了一个长期存在的问题：是什么让肾脏免受病原体感染？
Stewart写道：“这些发现凸显了NET生成（NETosis）在预防尿路上行感染中的作用。”他强调说，NETosis能够阻止各种细菌——如大肠杆菌、粪肠球菌和奇异变形杆菌，从膀胱向上迁移到肾脏。这项研究的重点是大肠杆菌，它是导致尿路感染的最常见细菌。
NETosis过程以及NET的功能
NETosis过程是人类生物学的一个奇迹。它展示了人体，特别是免疫系统是如何创造结构来捕获病原体的。NETosis的关键实体是一种称为中性粒细胞的免疫细胞，当它们接收到信号后，会经历一种独特的细胞死亡形式。当中性粒细胞死亡时，它们会释放出DNA、组蛋白和颗粒蛋白，留下一个网状结构。大肠杆菌和其他细菌就像昆虫被蜘蛛网捕获一样被困住。
要在脑海中形成NET的印象，可以想象一下蜘蛛网的样子——不是那种装饰着露珠的花边几何网，而是阁楼上那种更厚、编织更繁密的蜘蛛网。
这项新的研究表明，NET并不能阻止尿路感染的发生，但它们能阻止尿路感染在尿路其他部位扩散和造成破坏。
NET可预防尿路上行感染
作为这项研究的一部分，Stewart团队分析了15名健康人的尿液样本。他们发现，每种样本中都显著存在NET。这些结构与一种名为尿调蛋白（uromodulin）的蛋白质相互作用，从而帮助形成较大的网状结构来困住致病细菌。他们在由大肠杆菌引起的尿路感染小鼠模型中验证了这些发现。他们发现，中断NET的形成会使细菌侵入肾脏。
尿液试纸测试的新理解
此外，他们的实验还表明，白细胞酯酶试纸测试——一种最常用的尿路感染检测方法，是通过突出中性粒细胞来发挥作用的。长期以来，人们一直认为这种检测是在检测中性粒细胞的总体数量。但实际上，它实际上是通过精确定位释放了NET的中性粒细胞来发挥作用的。
Stewart总结道：“这项研究不仅强调了NETosis的作用，而且还揭示了几十年来无处不在的尿液试纸测试的机理基础一直存在一定程度的误解。”
参考资料：
Andrew P. Stewart et al. Neutrophil extracellular traps protect the kidney from ascending infection and are required for a positive leukocyte dipstick test. Science Translational Medicine, 2024, doi:10.1126/scitranslmed.adh5090.