Nový superaktivujúci makrofágový receptor by mohol vysvetliť hyperzápal pri závažnom ochorení COVID-19

Imunita je zaujímavá vec. Aj keď sú nevyhnutné pri ochrane tela pred napadnutím patogénmi a cudzími antigénmi, môže sa tiež obrátiť proti telu a spustiť deštruktívne imunologické procesy. Nová štúdia publikovaná na serveri predtlače bioRxiv * v novembri 2020 správy o úlohe, ktorú zohrávajú hyperaktívne makrofágy v rade akútnych a chronických hyper-zápalových stavov.

Hyperaktivované makrofágy

Makrofágy sú bunky imunitnej obrany, je súčasťou vrodeného imunitného systému, ktorý sleduje infekcie. Avšak, ich reakcia na patogény akéhokoľvek druhu môže tiež vyvolať chronický alebo nadmerný zápal. Tento druh abnormálnej aktivácie makrofágov je pozorovaný pri reumatoidnej artritíde (RA) a iných autoimunitných stavoch. Jedným z cieľov liečby RA je modulácia stavov aktivácie makrofágov a zníženie infiltrácie makrofágov do zapáleného tkaniva.

V pľúcach, tiež, infekcia môže spôsobiť zápal vyvolaný makrofágmi, čo má za následok deštrukciu pľúcneho tkaniva. Môže tiež vyvolať cytokínovú búrku, pozorované pri syndróme akútnej respiračnej tiesne (ARDS). Aktivácia makrofágov závisí od receptorov, ktoré zase reagujú na rôzne externé signály. Väčšina z nich je sprostredkovaná cytokínmi a antigénmi prítomnými na mikróboch.

Aktivácia makrofágov vs superaktivácia

Jednou z najznámejších a najdôležitejších molekúl aktivátora makrofágov je interferón-y (IFN-y). Makrofágy primované expozíciou IFN-y reagujú účinnejšie na následnú stimuláciu. Ďalšia podobná trieda aktivátorov obsahuje agonisty receptora podobného molu (TLR), ktoré pripravia makrofágy tak, aby vylučovali molekuly, ktoré tvoria zápalové telo, nazývané zápal. Aktivácia zložiek zápalu spôsobuje, že bunka zaniká pyroptózou spolu s uvoľňovaním interleukínu -1β (IL -1β).

Podľa slov výskumníkov, “ Dôležitou súčasťou reakcie makrofágov na primárny signál je upregulácia sekundárneho superaktivátorového receptora, ktorý potom môže tieto primárne makrofágy transformovať na výbušnú, potenciálne patogénny zápalový stav . ”

Vedci skúmali niekoľko zápalových stavov, ako je RA, Crohnova choroba a závažný COVID-19, nájdenie nového sekundárneho superaktivujúceho makrofágového receptora s názvom SLAMF7. Toto, hovoria, je kľúčom k patogenéze týchto stavov.

Superaktivované makrofágy SLAMF7 spôsobujú zápal pri autoimunitných a infekčných ochoreniach. A) Graf sopky z obr. 1A zvýrazňujúci gény z „SLAMF7-vysokého makrofágového podpisu, “„ Stimulačný podpis Macrophage SLAMF7, “A gény zahrnuté v oboch podpisoch. B) Analýza obohatenia génovej sady porovnávajúca diferenciálnu génovú expresiu v RA proti OA s „podpisom vysokého SLAMF7-vysokého makrofága“ a „stimulačným podpisom Macrophage SLAMF7“. C) Skóre aktivácie SLAMF7 pre hromadné údaje o RNA-seq o synoviálnych makrofágoch od pacientov s OA (n =10) alebo RA (n =11). Údaje predstavujú priemer ± SD. D) Analýza obohatenia génovej sady porovnávajúca génovú expresiu z makrofágov zo zapálených ileálnych tkanív u pacientov s Crohnovou chorobou alebo pľúc pacientov s COVID-19 s „zapáleným podpisom makrofágov RA“, „Vysoký podpis makrofágov SLAMF7“ a „Stimulačný podpis makrofága SLAMF7“. E) Skóre aktivácie SLAMF7 pre makrofágy z nezapálených (n =9) a zapálených ileálnych tkanív (n =9). F) Skóre aktivácie SLAMF7 pre bronchoalveolárne lavážové makrofágy od zdravých kontrol (n =3), alebo jednotlivci s miernym (n =3) alebo závažným ochorením COVID-19 (n =6). Údaje v E-F predstavujú priemer ± SD. G) Graf UMAP klastrov makrofágov zo zapojených a nezapojených ileálnych tkanív. H) Percento makrofágov od každého darcu priradeného ku každému klastru. I) Grafy UMAP ukazujúce génovú expresiu populácií ileálnych makrofágov. J) Graf UMAP populácií makrofágov bronchoalveolárnej laváže. K) Percento makrofágov od každého darcu priradeného ku každej populácii. L) Grafy UMAP ukazujúce génovú expresiu pre populácie makrofágov bronchoalveolárnej laváže. Párovaný t-test bol použitý na obojsmerné štatistické porovnania, a na porovnanie mierneho a závažného COVID-19 so zdravými kontrolami sa použila jednosmerná ANOVA s testom Dunnettovho viacnásobného porovnávania.*, p ≤ 0,05; **, p <0,01; ****, p <0,0001; Res, Rezidentný klaster makrofágov; Inf, Klaster zápalových makrofágov; HC, zdravá kontrola; M, mierny COVID-19; S, závažný COVID-19.

SLAMF7 s vysokým obsahom zapáleného synoviálneho tkaniva

Porovnanie osteoartritídy (OA) s reumatoidnou artritídou, vedci zistili, že tkanivo RA obsahuje makrofágy s podpisom zápalu, vrátane upregulácie génov, ktoré sú indukované interferónom, ako aj génov, ktoré kódujú zápalové chemikálie v tele. Génom s najvyšším nárastom expresie medzi nimi bol SLAMF7.

Toto sa zistilo v nízkych hladinách v kĺbovom synoviálnom tkanive z kĺbov zapálených OA, ale vo vysokých hladinách u pacientov s RA. V druhom z nich bol prítomný v 55% makrofágov, ale <6% pacientov s OA. Bol prítomný v dvojnásobne vyšších hladinách v makrofágoch synoviálnej tekutiny zo skupiny RA v porovnaní so skupinou OA, a asi na polovici a štvrtine makrofágov v každej skupine, resp. Avšak, to neplatilo pre iný SLAM receptor, poukazujúce na SLAMF7 ako špecifický pre zápalové makrofágy v RA.

IFN-y poháňa hlavne nadmernú expresiu SLAMF7

Zistilo sa, že IFN-γ je primárnym induktorom tohto receptora na makrofágoch, spolu s IFN-β, IL-1 p a TNF-a v nižších hladinách. Avšak, prozápalový cytokín IL-6 nedokázal indukovať expresiu SLAMF7. Opäť bývalé cytokíny znižovali hladiny iného SLAM receptora, CD84, na polovicu.

Vedci tiež potvrdili, že dráha JAK hrala dôležitú úlohu pri aktivácii makrofágov sprostredkovanej SLAMF7. Inhibítor JAK ruxolitinib ho účinne potlačil. V skutočnosti, tento liek sa používa na liečbu myelofibrózy, kde, znova, aktivované makrofágy exprimujúce SLAMF7. Zdvojnásobuje tiež úrovne CD84, čo môže znamenať, že IFN-y má opačné a recipročné účinky na tieto dva receptory SLAM.

Väzba SLAMF7 spúšťa zápalovú kaskádu

V nasledujúcom kroku Expresia SLAMF7 bola indukovaná vo vysokých hladinách na makrofágoch, podľa IFN-γ. Následne, na naviazanie na receptory bola pridaná aktivujúca monoklonálna protilátka alebo rekombinantný proteín SLAMF7. Vedci zistili, že táto väzbová udalosť vyvolala dramatické zmeny v génovej expresii.

Bolo upregulovaných takmer 600 génov - stimulačný podpis Macrophage SLAMF7 - spolu s nárastom niekoľkých zápalových cytokínov a chemokínov, dokonca aj za nárast spôsobený samotným IFN-γ. Napríklad Hladiny TNF-a a IL-6 sa v tomto čase zvyšujú z pikomolárnych na nanomolárne hladiny. Navyše, výraz samotného SLAMF7 sa ešte zvýšil, naznačuje pozitívnu spätnú väzbu.

Väzba makrofágov na SLAMF7 tiež uvádza do pohybu myeloidný zápalový cyklus, okrem aktivácie zápalu na silnú reakciu na mikrobiálne antigény viažuce TLR, alebo na cytokíny, s masívnym uvoľňovaním IL-1 p. Na druhej strane, keď sa na aktiváciu makrofágov použila kombinácia IFN-y + LPS (silná bakteriálna molekula), cytokínový profil charakteristický pre väzbu SLAMF7 nebol pozorovaný. Avšak, medzi cytokínovou odpoveďou a profilom génovej expresie bola čiastočná podobnosť, ku ktorej došlo pri prvom použití IFN-y, nasleduje expozícia LPS.

Vedci povedali, “ Tento aktivačný program SLAMF7 spočíva a je samostatným krokom po primárnej stimulácii makrofágov IFN-y alebo inými diferenciačnými a aktivačnými faktormi M1 . ” Charakteristickým stavom tohto aktivačného programu-superaktivovaný zápalový stav makrofágov indukovaný zapojením SLAMF7 (SAM7)-je počiatočná potenciácia makrofágov IFN-γ, čím je SLAMF7 dramaticky upregulovaný. Väzbové udalosti na tomto receptore teraz dokončujú aktiváciu aktivovaných makrofágov za vzniku hyper-zápalového stavu aktivácie makrofágov.

Slučka autokrinnej spätnej väzby prostredníctvom TNF-α

Zdá sa, že táto cesta je udržaná a ďalej zosilnená autokrinnou spätnou väzbou, zahŕňajúci TNF-α, ktorý sa rýchlo indukuje (do dvoch hodín) po zapojení SLAMF7 a potom sa v priebehu času ďalej zvyšuje. Dôkazom toho je zníženie expresie TNF-a na polovicu protilátkou anti-TNF, alebo umlčaním receptorov TNF siRNA.

SLAMF7 je superaktivátor makrofágov

Zistili, že priemerné aktivačné skóre SLAMF7 v RA bolo takmer dvojnásobné ako u jedincov s OA, čo naznačuje, že tento receptor je úzko zapojený do zápalu u pacientov s RA.

Podobne, prekrývajúce sa profily génov aktivácie makrofágov boli generované pri zápalovom ochorení čriev (IBD) aj pri COVID-19, v porovnaní s RA. V skutočnosti, Bunky tekutín bronchoalveolárnej laváže a bunky zo zapáleného črevného tkaniva pri COVID-19 a IBD vykazovali rovnaké podpisy aktivácie makrofágov. Tiež zaznamenali dvojnásobné aktivačné skóre SLAMF7 v zapálenom čreve v porovnaní s normálnym črevným tkanivom. A pri vážnom ochorení COVID-19, skóre bolo šesťkrát vyššie v porovnaní s miernym ochorením COVID-19. To všetko naznačuje dominanciu programu SAM7 aktivácie makrofágov pri zápalových stavoch, najmä preto, že receptor SLAMF7 sa nenachádza na rezidentných makrofágoch v normálnom tkanive.

Skúmanie rôznych podmnožín makrofágov, zistili, že zápalové makrofágy majú extrémne vysoké aktivačné skóre v porovnaní s rezidentnými makrofágmi. Opäť tri odlišné podskupiny makrofágov u pacientov s COVID-19 sa nápadne proporcionálne zvýšili, pričom dve z týchto skupín vykazujú expanziu pri ťažkých ochoreniach. Je zaujímavé, mali najvyššie skóre aktivácie, a makrofágy od vážne chorých pacientov s COVID-19 mali extrémne vysoké hladiny expresie SLAMF7, spolu s veľmi vysokými hladinami mnohých ďalších zápalových a interferónom indukovateľných markerov a receptorov.

Dôsledky

V skratke, stav SAM7 môže byť hlavnou súčasťou hyperinflamačnej reakcie pozorovanej pri pneumónii COVID-19, ako aj v RA, a IBD. Avšak, sekvenčný spôsob, akým sa taká aktivácia dosahuje, tiež umožňuje použitie viacerých rôznych terapeutických protiopatrení. Patria sem inhibítory JAK ako ruxolitinib, Inhibítory TNF-α, alebo blokáda SLAMF7 spoločnosťou Elotuzumab. Posledná kategória je obzvlášť nápomocná v tom, že môže umožniť selektívnu inhibíciu programu SAM7, pričom stále umožňuje makrofágom vykonávať svoje normálne základné imunitné funkcie.

*Dôležitá poznámka

bioRxiv vydáva predbežné vedecké správy, ktoré nie sú predmetom vzájomného hodnotenia, a preto, by nemali byť považované za presvedčivé, viesť klinickú prax/správanie súvisiace so zdravím, alebo sa s nimi zaobchádza ako so zavedenými informáciami.

• Mikróby v pľúcach môžu ovplyvniť priebeh a prognózu rakoviny pľúc
• Nový model na predpovedanie rizika rakoviny hrubého čreva u jedincov s priemerným rizikom