Acetat kratkoverižne maščobne kisline, dostavljen po dihalnih poteh, krepi protivirusno imunost med okužbo z rinovirusom

Ozadje: 

Znano je, da ima mikrobiota pomembno vlogo pri uravnavanju imunosti s sproščanjem imunomodulatornih metabolitov, kot so kratkoverižne maščobne kisline (SCFA). Rinovirusi (RV) povzročajo bolezni zgornjih dihalnih poti in povzročajo poslabšanje astme in kronične obstruktivne pljučne bolezni prek slabo razumljenih mehanizmov. Lokalne interakcije med SCFA in protivirusnimi imunskimi odzivi v respiratornem traktu še niso bile raziskane.

Kratkoverižne maščobne kisline (SCFA) so organske kisline, ki nastanejo s fermentacijo celuloze in drugih prehranskih vlaken s strani koristnih bakterij v črevesju. Študije so pokazale, da imajo SCFA pomemben vpliv na človeški imunski sistem.

Prvič, SCFA lahko spodbujajo celovitost pregrade črevesne sluznice in izboljšajo funkcijo črevesne pregrade. Črevesna pregrada je prva obrambna linija za zaščito črevesnega okolja. Če je črevesna pregrada poškodovana, lahko škodljive snovi vstopijo v krvni obtok skozi črevesno steno, kar povzroči vnetje in nenormalen imunski sistem. Študije so pokazale, da lahko SCFA izboljšajo celovitost črevesne pregrade in zmanjšajo tveganje za vnetje črevesja s spodbujanjem diferenciacije in proliferacije celic sluznice, povečanjem debeline sluznice in proizvodnjo sluzi.

Drugič, SCFA imajo funkcijo uravnavanja imunskih celic. Študije so pokazale, da lahko SCFA spodbujajo diferenciacijo in proliferacijo imunskih celic ter uravnavajo delovanje imunskih celic. SCFA lahko tudi zmanjšajo nastajanje vnetnih citokinov in zavirajo aktivnost imunskih celic ter tako zaščitijo človeški imunski sistem. Druge študije so prav tako odkrile, da lahko SCFA uravnavajo delovanje celic T, povečajo avtoimunsko delovanje in igrajo določeno vlogo pri preprečevanju in zdravljenju avtoimunskih bolezni.

Skratka, kratkoverižne maščobne kisline imajo pomembno vlogo pri normalnem delovanju človeškega imunskega sistema. Pozorni moramo biti na razumno kombinacijo prehranske strukture, bogate s prehranskimi vlakninami, da povečamo število in raznolikost koristnih bakterij v črevesju, s čimer spodbujamo proizvodnjo SCFA ter ohranjamo stabilnost in zdravje človeškega imunskega sistema. S tega vidika moramo izboljšati našo imuniteto. Cistanche lahko znatno izboljša imunost, saj je Cistanche bogat z različnimi antioksidativnimi snovmi, kot so vitamin C, vitamin C, karotenoidi itd. Te sestavine lahko lovijo proste radikale in zmanjšujejo oksidativni stres. Spodbujanje in izboljšanje odpornosti imunskega sistema.

Koristi Click cistanche tubulosa

Cilj:

Skušali smo raziskati, ali lahko manipulacija pljučnega presnovka z dajanjem SCFA v pljučih modulira protivirusno imunost na okužbo z RV.

Metode:

Preučevali smo učinke intranazalne uporabe SCFA acetata, butirata in propionata na bazalno izražanje protivirusnih podpisov in acetata v mišjem modelu okužbe RV in v celičnih linijah pljučnega epitelija, okuženih z RV. Dodatno smo ocenili učinke acetata, butirata in propionata na okužbo RV v diferenciranih človeških primarnih bronhialnih epitelnih celicah.

Rezultati:

Intranazalno dajanje acetata je povzročilo bazalno regulacijo IFN-b, kar pa ni bilo opaziti pri drugih SCFA. Ekspresija RIG-I, ki jo povzroča butirat. Zdravljenje miši z intranazalnim acetatom je povečalo z interferonom stimulirano ekspresijo gena in IFN-1 med okužbo RV in zmanjšalo obremenitev pljučnega virusa 8 ur po okužbi. Acetat je izboljšal z virusom povzročene vnetne odzive z oslabljenim izražanjem pljučnega mucina in IL-6, opaženim 4. in 6. dan po okužbi. Ta učinek acetata na povečanje interferona je bil potrjen v celičnih linijah človeških bronhialnih in alveolarnih epitelijskih celic. V diferenciranih primarnih bronhialnih epitelijskih celicah je zdravljenje z butiratom bolje moduliralo ekspresijo genov IFN-b in IFN-1 med okužbo RV.

Sklepi:

SCFA povečajo protivirusno imunost in zmanjšajo virusno obremenitev in vnetne odzive med okužbo RV. (J Allergy Clin Immunol 2023;151:447-57.)

Stanovalne skupnosti bakterij, prisotnih na površinah sluznice (mikrobiota), imajo osrednjo vlogo pri imunski homeostazi in narekujejo odziv na vnetna in infekcijska stanja, vključno z astmo, kolitisom ter bakterijskimi in virusnimi okužbami.1-5 Bakterijski metaboliti, kot je kratkoverižni maščobne kisline (SCFA), predvsem acetat, butirat in propionat, so zdaj dobro prepoznavna povezava med črevesno mikrobioto in gostiteljskimi celicami.6,7 Te molekule nastajajo s presnovo prehranskih vlaken s komponentami črevesne mikrobiote. SCFA imajo lokalne in sistemske učinke. Modulirajo aktivacijo in delovanje imunskih celic prek mehanizmov, vključno z aktivacijo receptorjev, sklopljenih z G-proteinom (tj. Gpr41, Gpr43 ali Gpr109a) in inhibicijo histonskih deacetilaz, in dokazano spodbujajo homeostazo sluznice in oralno toleranco. Nedavno je bil opisan obstoj mikrobiote v spodnjih dihalnih poteh in novi dokazi kažejo, da so respiratorni komenzali tudi presnovno aktivni organizmi, ki so sposobni proizvajati metabolite z imunomodulatorno sposobnostjo, kot so SCFA. ki izhajajo iz črevesne mikrobiote, lahko igrajo pomembno vlogo pri uravnavanju imunosti. Vendar pa protivirusni učinek SCFA proti rinovirusom (RV) ni znan.

RV so odgovorni za veliko breme nalezljivih bolezni po vsem svetu, sprožajo blage samoomejujoče prehlade pri zdravih posameznikih in pospešujejo poslabšanja pri posameznikih s kroničnimi pljučnimi boleznimi, kot sta astma ali kronična obstruktivna pljučna bolezen (KOPB). Te bolezni povzročajo znatne gospodarske stroške zdravstvenim infrastrukturam po vsem svetu. Trenutno ni učinkovitih terapij ali dovoljenih cepiv za RV, ker velika raznolikost serotipov/sevov predstavlja velik izziv za raziskave.9 Zato je razvoj novih preventivnih in terapevtskih pristopov za okužbe RV nujno potreben. Črevesni mikrobiom je mogoče terapevtsko manipulirati, da nudi klinične koristi pri črevesnih nalezljivih boleznih (npr. Clostridium difficile). Potencial za dajanje dihalnih komenzalov ali povezanih metabolitov za podobno krepitev pljučne protimikrobne imunosti ostaja neraziskan.10

Prej smo dokazali, da dajanje diete z visoko vsebnostjo vlaknin ali SCFA acetata, butirata in propionata ščiti miši pred okužbo z respiratornim sincicijskim virusom (RSV). ISG) v pljučih med okužbo z RSV. Poleg tega smo ugotovili, da acetat, apliciran neposredno v dihalne poti, ščiti pred okužbo z RSV s povečanim izražanjem ISG v pljučih.11 Zato smo domnevali, da bi imelo neposredno dajanje acetata v dihalne poti za povečanje lokalnih koncentracij mikrobnih metabolitov podobno zaščitno učinki na okužbo RV. Tukaj prikazujemo, da dajanje acetata in vivo pri miših poveča protivirusne interferone tipa I in tipa III (IFN), zmanjša replikacijo RV in oslabi z virusom povzročeno imunopatologijo. Pri obravnavi in ​​vitro protivirusnega odziva specifičnih tipov celic na širši nabor SCFA ugotovimo, da te spojine ne vplivajo na odzive alveolarnih makrofagov IFN in imajo različne učinke na epitelij, pri čemer so pri butiratu opazili izrazitejši učinek krepitve protivirusnega delovanja z drugimi SCFA, kar nakazuje, da so učinki in vivo lahko posledica bolj zapletenih medceličnih interakcij. Ti podatki kažejo, da bi lahko manipulacija presnovnega okolja pljučnih mikrobov predstavljala nov pristop k preprečevanju ali zdravljenju respiratornih virusnih okužb.

METODE

Etična izjava

Vsi poskusi na živalih so bili izvedeni v skladu z Zakonom o živalih iz leta 1986 in smernicami Raziskave na živalih: Poročanje o poskusih in vivo (ARRIVE) po protokolu, odobrenem s smernicami Ministrstva za notranje zadeve Združenega kraljestva (projektna licenca Združenega kraljestva PPL št. P07D80C24).

Širjenje in kvantifikacija RV

Za študije mišjih in človeških celičnih linij je bila manjša skupina RV serotipa-A1 (RV-A1) gojena v celicah Ohio HeLa (European Collection of Cell Cultures). Okužene celice so bile pobrane po 24 urah, virus pa je bil koncentriran in prečiščen ter opravljen test TCID50 (50-odstotni infektivni odmerek tkivne kulture) za oceno virusnega titra, kot je opisano prej.12 Za študije človeških primarnih bronhialnih epitelijskih celic (BEC) , je bil RV-A1 razmnožen v celici RD-ICAM-1 iz lastne zaloge, izolirane iz kliničnih vzorcev in sekvencirane za potrditev identitete. RV-A1 smo titrirali z okužbo celice RD-ICAM-1 s serijsko razredčenim RV-A1, čemur so sledili opazovanja citopatskih učinkov in test TCID50 za oceno virusnega titra.

Študija miši

Šest tednov stare samice miši BALB/c so bile kupljene pri Harlan Laboratories (Derby, UK) in vzdrževane v posebnih pogojih brez patogenov na Imperial College London (UK). Miši so bile predhodno intranazalno zdravljene s 50 ml natrijevega acetata, butirata ali propionata (Sigma-Aldrich, St Louis, Mo) pod svetlobo izofluoranske anestezije. V nekaterih poskusih so miši nato 24 ur kasneje intranazalno okužili s 50 ml RV (5 3 106 TCID50). Odmerek zdravljenja z acetatom je bil 20 mM glede na našo prejšnjo študijo z enakim pristopom.11 Zdravljenje z acetatom je bilo dajano intranazalno vsakih 24 ur po okužbi.

Kvantitativna PCR v realnem času

Skupno RNA iz pljuč (100 mg pljučnega tkiva) in celični lizat smo ekstrahirali z uporabo kompleta RNeasy Mini (Qiagen, Hilden, Nemčija) v skladu z navodili proizvajalca. cDNA smo sintetizirali z uporabo naključnih heksamernih primerjev (komplet OmniscriptRT, Qiagen). cDNA prve verige je bila uporabljena za kvantifikacijo IFN-b, IFN-1, Viperina, MuC5AC (mišji in človeški), OAS1, RIG-I (Ddx58), MAVS, MDA-5 (mišji) in kopij RV z uporabo TaqMan testi s primerji in sondami, kot smo že poročali.13 Za absolutno kvantifikacijo je bil vsak gen normaliziran na raven 18s rRNA in natančne kopije gena, ki nas zanima, so bile izračunane z uporabo standardne krivulje, ustvarjene s pomnoževanjem plazmidne DNA. Druga možnost je bila 2-DDCt (fold-change) uporabljena za izračun izražanja genov. Pogoji PCR so sledili protokolom TaqMan Universal PCR Master Mix (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass). Test genske ekspresije je bil izveden z uporabo StepOne (Applied Biosystems, Waltham, Mass).

Bronhoalveolarna izpiralna tekočina

Miši so evtanazirali z intraperitonealnim prevelikim odmerkom raztopine pentobarbitona in sapnike kanilirali. Pljuča smo 3-krat sprali s sterilnim PBS. Tekočino bronhoalveolarne lavaže (BAL) smo centrifugirali, supernatant zbrali za merjenje dvoverižne DNA in pelete suspendirali za celotno število celic in diferencialno štetje. Za diferencialno štetje celic so bili citospinski preparati obarvani z MayGrunwald-Giemsa in postopek štetja je izvedel na slep način izkušen raziskovalec.

Merjenje dvoverižne DNK

Dvoverižna DNA je bila izmerjena v tekočini BAL z uporabo reagenta Quant-iT PicoGreen za dvoverižno DNA (Invitrogen, Carlsbad, Kalifornija) v skladu s protokolom proizvajalca.

Histološka analiza

Po BAL so bila pljuča perfundirana s PBS preko srca in napihnjena s 4 odstotki paraformaldehida, nato pa je bilo levo pljučno krilo fiksirano v 4 odstotkih paraformaldehida za 24 ur. Nato so bili kosi vstavljeni v parafinske bloke in razrezani na 5- mm odseke, obarvani s hematoksilinom in eozinom. Vnetni infiltrat je bil izmerjen v mikrometrih in izvedenih je bilo 10 meritev, začenši od konca epitelija bronhijev ali žil do konca vnetnega infiltrata z uporabo programske opreme Olympus CellSens Standard (Olympus Corporation, Tokio, Japonska). Vse štetje je bilo izvedeno ne glede na eksperimentalne pogoje.

Pretočna citometrija

Celice smo izolirali iz pljuč s perfuzijo s PBS in nato prebavili v mediju RPMI 1640, dopolnjenem z 1 mg/mL kolagenaze IV (Invitrogen-Gibco, Waltham, Mass). Celice, izolirane iz pljuč in BAL, smo 20 minut inkubirali z Mouse Fc Block (#553141 BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ). Celice smo sprali in obarvali s površinskimi protitelesi anti-CD45 (1:200, #557235, klon 30-F11, BD Biosciences). Za znotrajcelično obarvanje so bile celice fiksirane s citofiksom/citoplazmo (BD Biosciences) in z anti-RIG-I (1:50, #35H2L48, ThermoFisher Scientific, Waltham, Mass) in po inkubaciji celice označene s sekundarnim protitelesom kozji antikunčji IgG H&L Cy3-konjugirano (1:1000, # ab97075, Abcam, Cambridge, Mass). Vzorce smo odvzeli s pretočnim citometrom BD FACS Canto-II (BD Biosciences). Podatki so bili analizirani v programski opremi FlowJo (različica 10, Tree Star, Inc, Ashland, Va).

In vitro študije na epitelijskih celičnih linijah

Človeške BEC (BEAS-2B) in človeške pljučne epitelijske celice (A549) so bile kupljene pri ATCC (Manassas, Va) in gojene, kot je opisano prej.13 Celice so bile zasejane posamezno v koncentraciji 1.5 3 105 celic/ml v 12-ploščah z vdolbinicami. Štiriindvajset ur po setvi smo celice obdelali s 400 mM natrijevega acetata (Sigma-Aldrich) nadaljnjih 24 ur. Nato so bile celice okužene z RV-A1 (Množičnost okužbe [MOI] 2) 1 uro, nato pa je bil virus odstranjen, celice sprane in dodan nov medij, dopolnjen s 5 odstotki FBS. Nadaljnjo obdelavo z acetatom (400 mM) smo dodali takoj po okužbi in vsakih 24 ur do žetve celic.

Zbiranje primarnih BEC in etičnih odobritev

BEC zdravega nekadilca so zbrali pri ščetkanju bronhijev med bronhoskopijo s pisno informirano privolitvijo. Vse poskuse sta izvedla Odbor za etiko zdravstvene službe Hunter New England Area (05/08/10/3.09) in odobritev Odbora za varnost Univerze v Newcastlu (H-163-1205).

Pogojno reprogramiranje BEC in kultur vmesnika zrak-tekočina

BEC so bili pogojno reprogramirani z rho-povezanim inhibitorjem protein kinaze (končna koncentracija 10mM) in v kombinaciji z obsevanimi fibroblasti NIH-3T3 v enoslojnih kulturah, kot je opisano prej. 14,15 Pogojno reprogramirani mediji so bili sestavljeni iz razmerje 1:2 Dulbecco modificiranega medija Eagle (visoka vsebnost glukoze 1 L-glutamina)/Ham's F12, dopolnjenega s 5 odstotki FCS, hidrokortizona (400 ng/mL), insulina (5 mg/mL), rekombinantnega človeškega epitelnega rastnega faktorja (10 ng /mL), toksin kolere (8,4 ng/mL), adenin (23,9 mg/mL) in 0,2 odstotka penicilin-streptomicin.16 Razširjeni pogojno reprogramirani BEC so bili odvzeti od inhibitorja protein kinaze, povezanega z rho, in zasejani na {{24} }vdolbinami poliestrskih transwell membran in diferenciranih na vmesniku zrak-tekočina (ALI) 25 dni, kot je opisano prej.17 Poskusi so bili izvedeni z n 5 4 biotehničnimi ponovitvami. Standardno Alcian modro, pH 2,5 in periodično kislinsko Schiffovo barvanje je bilo izvedeno na 5- mm debelih ALI odsekih za vizualizacijo psevdostratificiranega epitelija (glejte sliko E1 v spletnem skladišču tega članka na www.jacionline.org).

Zdravljenje SCFA v kulturi BEC

Pred okužbo so bile kulture ALI obdelane bazalno z 100, 400 ali 1600 mM acetata, butirata ali propionat 24 ur v 600 mL ALI končnega gojišča, sestavljenega iz baznega gojišča bronhialnega epitelija in Dulbecco modificiranega Eagleovega medija (razmerje 50:50), ki vsebuje hidrokortizon (0,1 odstotka) goveji inzulin (0,1 odstotka), epinefrin (0,1 odstotka), transferin (0,1 odstotka), ekstrakt goveje hipofize (0,4 odstotka) in etanolamin (80 mM), MgCl2 (0,3 mM), MgSO4 (0,4 mM), BSA (0,5 mg). /mL), amfotericin B (250 mg/mL), all-trans retinojska kislina (30 ng/mL), penicilin/streptomicin (2 odstotka) in rekombinantni humani epitelijski rastni faktor (0,5 ng/mL). Na dan okužbe je bil bazalni medij nadomeščen z novim končnim medijem ALI in zdravljenjem s SCFA, ki je ostalo do analize končne točke.

Okužba RV in vzorčenje

Kulture ALI-BEC so bile apikalno okužene z RV-A1. Na začetku smo zalogo RV-A1 razredčili, da smo dobili MOI 0.1, in jo dodali na apikalno površino kultur za 2 uri v 50 ml baznega gojišča bronhialnega epitelija z dodatki, 1-odstotnim insulinom. transferin-selen in 0,5-odstotna linolna kislina. Infekcijski medij je bil nato zamenjan s 500 ml svežega bronhialnega epitelnega osnovnega medija (z dodatki) za preostanek poskusa. Vzorce apikalnega izpiranja (100 ml PBS) in bazalnega medija smo zbrali 8- in 48- uro po okužbi in shranili pri 280°C. Celice so bile shranjene v 350 ml pufra RLT (Qiagen), ki je vseboval 1 odstotek 2-merkaptoetanola pri 280 °C za analizo genske ekspresije z RT-kvantitativno PCR (slika E2, C).

V skladu s povečanimi protivirusnimi imunskimi učinki je acetat zmanjšal število kopij virusne RNK (slika E2, D) in zmanjšal obremenitev živega virusa (slika E2, E) 48 ur po okužbi. V celicah BEAS2B, liniji BEC, smo opazili, da je zdravljenje z acetatom povečalo izražanje mRNA IFNB1 8 ur po okužbi in mRNA IFNL2 4 in 8 ur po okužbi (slika E2, F). Ni bilo pomembnega vpliva na izražanje viperina (slika E2, F). V nasprotju z učinki na virusne obremenitve, opaženimi v celicah A459, ni bilo učinka acetata na količinsko določanje virusne RNA ali TCID50 v celicah BEAS2B (slika E2, G in H).

Vpliv zdravljenja s SCFA na protivirusne odzive v kulturah, okuženih z ALI-BEC

Ko smo opazili ojačevalni učinek acetata v celičnih linijah pljučnega epitelija, smo nato poskušali ovrednotiti učinke v modelu primarnih epitelijskih celic, diferenciranih pri ALI (eksperimentalni sistem, ki natančneje povzema in vivo celice). Diferenciacijo in morfologijo celic smo potrdili s tvorbo vrčastih celic (obarvanje s periodično kislino in Schiffom) (slika E1).

Acetat je znatno povečal IFNB1 in IFNl2/3 (IL28) na BEC, okuženih z RV, v primerjavi z neokuženimi celicami (slika 3, B in D), vendar ni bilo razlike v primerjavi z neobdelanimi celicami, okuženimi z RV. Acetat je zmanjšal virusno RNA bodisi 8 ur ali 48 ur po okužbi z RV-A1 (slika 3, A in B). Glede na to, da je imel acetat manj jasne učinke izboljšanja RV indukcije odzivov IFN tipa I v primarno diferenciranih epitelijskih celicah, smo razširili naše preiskave, da bi ugotovili, ali imata butirat ali propionat opazne učinke. Butirat in propionat sta prav tako povečala izražanje mRNA genov za IFNb, IFNl2/3 (IL28) in IFNl1 (IL29) v primerjavi z neokuženimi celicami (slika 3, F, G, H in L). Zdravljenje z butiratom je povečalo izražanje IFNB1, IL28 in IL29 48 ur po okužbi z RV v primerjavi z nezdravljenimi celicami, okuženimi z RV, čeprav ta učinek ni bil zadosten, da bi vplival na virusno obremenitev (slika 3, I, J, K, in L). Pri nobenem odmerku zdravljenja s SCFA nismo našli supresivnega učinka na ekspresijo MUC5AC, ki jo povzroči RV (glejte sliko E3, AC, v spletnem skladišču tega članka na www. jacionline.org). Skupaj ti podatki kažejo, da imajo SCFA v nasprotju s podatki pri miših in človeških celičnih linijah bolj omejene učinke na protivirusno imunost v diferenciranih primarnih epitelijskih celicah.

Ni učinka SCFA na odzive IFN tipa I v alveolarnih makrofagih

Da bi raziskali, ali je bil protivirusni učinek acetata in/ali drugih SCFA posledica modulacije alveolarnih makrofagov (glavne celice, ki se zgodaj odziva med virusnimi okužbami in ključni vir IFN tipa I), smo ovrednotili učinek dajanja SCFA na ex vivo protivirusne odzive v makrofagih, stimuliranih z RVA1. Ugotovili smo, da dajanje SCFA ni pomembno vplivalo na indukcijo Ifnb1, Viperina ali OAS1 z RV, kar kaže, da se učinki SCFA na krepitev imunskega sistema ne pojavijo prek učinkov na alveolarne makrofage (glejte sliko E4, AC, v tem članku na spletu Repozitorij na www.jacionline.org).

SCFA, dostavljena po dihalnih poteh, je povečala IFN-b in receptorje za zaznavanje virusa pred okužbo RV

Da bi pridobili dodaten mehanični vpogled v protivirusne poti, ki sodelujejo pri povečanju IFN tipa I s SCFA, smo nato raziskali učinke teh spojin na gene za zaznavanje protivirusnih poti. Ponovno smo intranazalno dajali 3 SCFA (acetat, butirat in propionat) v koncentracijah 20 mM 24 ur (slika 4, A). Nismo našli nobenega učinka katerega koli od SCFA na izražanje citosolnega virusnega senzorja RNA MDA5 ali njegove adapterske molekule MAVS (slika 4, B in C). Nasprotno pa je dajanje butirata (vendar ne drugih SCFA) povečalo izražanje mRNA RIGI (slika 4, D). Ugotovljeno je bilo, da je učinek povečanja butirata na ekspresijo RIG-I specifično znotraj pljučnih epitelijskih/stromalnih celic (CD452), pri čemer niso opazili učinka znotraj hematopoetskih imunskih celic (CD451) (slika 4, EI). Ti podatki skupaj kažejo, da lahko različni SCFA delujejo prek specifičnih protivirusnih zaznavnih poti za uravnavanje prirojene imunosti.

DISKUSIJA

Ta študija daje nov vpogled v možne koristi dajanja mikrobnih presnovkov neposredno v dihalne poti za povečanje prirojene pljučne imunosti. Prehranske vlaknine in SCFA, pridobljene iz črevesne mikrobiote, so že dolgo povezane s koristnimi učinki na zdravje pljuč. Naključno, s placebom nadzorovano preskušanje je pokazalo, da je uporaba prebiotikov (vlaknin) pri nedonošenčkih preprečila okužbe RV v prvem letu življenja.20 Prehranske vlaknine so neprebavljivi polisaharidi, ki se lahko z mikrobno fermentacijo razgradijo v SCFA. Študije so tudi odkrile, da lahko SCFA modulirajo zdravo črevesno mikrobioto.21 Naša študija poudarja, da ima lahko uporaba SCFA v dihalnih poteh tudi neposredne lokalne ugodne učinke na odzive gostitelja. Identificirali smo poseben mehanizem učinkov, ki jih posreduje prehrana, na mikrobioto, ki vključuje neposredno pljučno stimulacijo prirojene protivirusne imunosti s SCFA.

Naši podatki kažejo, da dajanje SCFA acetata poveča bazalno izražanje protivirusnih imunskih mediatorjev v stanju dinamičnega ravnovesja. To se konceptualno ujema z vlogo acetata pri pripravi pljuč za robustnejše zgodnje sproščanje IFN. To so podprle naše ugotovitve, da je dajanje acetata povečalo tudi indukcijo IFN in ISG kot odziv na okužbo RV pri miših. To je bilo povezano z zmanjšano obremenitvijo virusa in poznejšim zaviranjem vnetnih odzivov in proizvodnje sluzi. Vsi ti učinki bi veljali za koristne v kontekstu akutne virusne okužbe. Naši podatki se ujemajo z literaturo, ki kaže, da je acetat vpleten v zagotavljanje širokega spektra koristi za zdravje, kot je izboljšanje delovanja srca, izboljšanje nastajanja rdečih krvnih celic in tvorjenje imunskega spomina.22 Poleg tega je acetat povezan z modulacijo različnih funkcije imunskega odziva23-25 in nadzor bolezni dihal.

Preučevali smo tudi učinek dajanja acetata na RV okužbo epitelija, ker je to primarno mesto začetne replikacije virusa. Ugotovili smo podoben učinek acetata na krepitev protivirusnega delovanja v človeških pljučnih celičnih linijah, z močnejšimi učinki v celicah A549 kot v celicah BEAS-2B (za katere je znano, da izražajo višje bazalne ravni IFN in ISG).27 28 To bi lahko delno pojasnilo, zakaj je imelo zdravljenje z acetatom manjše učinke na celice BEAS-2B. V nasprotju s tem smo opazili, da pri človeških primarno diferenciranih BEC (ALI-BEC) ni bilo jasnega učinka acetata na odzive IFN tipa I na RV. Poleg tega smo ocenili tudi sposobnost acetata in drugih SCFA, da modulirajo odzive IFN tipa I v alveolarnih makrofagih, gojenih ex vivo, in podobno nismo ugotovili nobenega učinka. To neskladje med ugotovitvami in vivo in in vitro lahko nakazuje, da so lahko številni tipi celic in medcelična komunikacija odgovorni za jasen fenotip, opažen in vivo, z manj močnim učinkom, opaženim pri zdravljenju izoliranih celic s SCFA.

Čeprav je bil glavni poudarek naše študije ovrednotenje učinkov SCFA na prirojeno protivirusno imunost, je možno, da bi se lahko pojavili nadaljnji učinki na adaptivne imunske odzive, prihodnje študije pa se lahko osredotočijo na potencialne učinke na populacije in proizvodnjo T- in B-limfocitov nevtralizirajočih protiteles.

Upoštevati je treba tudi, da je mišji model, ki smo ga uporabili, tisti, pri katerem pride do razmeroma omejene (;24-36 ur) replikacije virusa, čeprav so vse izmerjene končne točke odvisne od replikacije.12,29 Nadaljnje študije z uporabo sevov virusov, prilagojenih miši kjer pride do trajnejšega razmnoževanja virusa, lahko pokaže globlje in trajnejše učinke. Poleg tega so bili naši poskusi izvedeni izključno na mišjih samicah, nadaljnje študije pa bi morale potrditi, ali se podobni učinki pojavljajo pri samcih.

Čeprav je imel acetat omejen učinek na ALI-BEC, smo opazili, da lahko dajanje butirata poveča indukcijo RV odzivov IFN tipa I. Ti podatki so v nasprotju s študijo Chemudupati et al,30 ki je pokazala supresivni učinek butirata na odzive IFN tipa I. Vendar pa je ta študija uporabila veliko višje koncentracije butirata in se osredotočila tudi na različne respiratorne viruse.

Nastajanje sluzi v pljučih je značilnost okužbe RV, kar vodi do povečane klinične resnosti in poslabšanja astme in KOPB, 31, 32 zlasti prek povečanja vnetja dihalnih poti z MUC5AC. 33 Pokazali smo, da je zdravljenje z acetatom zmanjšalo izražanje Muc5AC v pljučih 4. dan in 6 po okužbi. Skladno s tem se je pokazalo, da SCFA zmanjšajo nastajanje sluzi v pljučih med okužbo z gripo34 in alergijskim vnetjem dihalnih poti.34,35 Vendar v celicah ALI-BEC acetat ni moduliral ekspresije gena Muc5AC, čeprav je treba opozoriti, da so bile poznejše časovne točke ni pregledan. Naše opazovanje zmanjšane ekspresije mucina pri miših, zdravljenih z acetatom in okuženih z virusom, je v skladu z našimi prejšnjimi ugotovitvami, da IFN tipa I negativno uravnava ekspresijo mucina Muc5ac glavnih dihalnih poti med okužbo z virusom.14 Molekularni mehanizmi, prek katerih se to zgodi, niso jasni. , čeprav predhodni dokazi kažejo, da je vnetje tipa 2, ki ga posreduje IL-13, lahko pomembno pri indukciji MUC5AC.36,37 Nadaljnje študije bi si morale prizadevati za bolj celovito razumevanje, kako lahko acetat vpliva na proizvodnjo sluzi v dihalnih poteh.

Za preučevanje molekularnih mehanizmov, prek katerih SCFA inducirajo IFN, smo dodatno izmerili izražanje genov za zaznavanje protivirusne poti. Opazili smo, da lahko butirat in v manjši meri acetat inducira izražanje RIG-I v pljučnih epitelijskih celicah naivnih miši. Naši podatki kažejo, da ti SCFA povečujejo odziv na zaznavanje virusa in pripravljajo pljuča na povečan prirojeni odziv na okužbo z virusom.

Pri astmi in KOPB so v epitelnih celicah dihalnih poti dokazali oslabljeno ex vivo nastajanje IFN tipa I za okužbo z RV.38,39 Domneva se, da ta okvara poveča dovzetnost za poslabšanja, ki jih povzroči virus, pri teh posameznikih. Mehanizmi, ki poganjajo te napake, niso znani. Potrebno je nadaljnje delo z uporabo živalskih modelov ali sistemov bolnih celičnih kultur, da bi ugotovili, ali mikrobna disbioza, opažena pri astmi in KOPB, vodi do relativnega pomanjkanja acetata ali drugih SCFA, kar bi bilo mogoče popraviti z dajanjem za obnovitev oslabljene protivirusne imunosti.

Če povzamemo, je uporaba SCFA za zdravljenje okužbe z RV povezana s povečanjem proizvodnje IFN tipa I in tipa III, ki sta osrednji komponenti pljučnega protivirusnega imunskega odziva. Ta študija poudarja, da ima lahko dajanje mikrobnih metabolitov, kot so SCFA, ugodne učinke na protivirusno imunost in bi lahko potencialno ublažilo resnost respiratornih virusnih bolezni.

REFERENCE

1. Trompette A, Gollwitzer ES, Yadava K, Sichelstiel AK, Sprenger N, Ngom-Bru C, et al. Presnova prehranskih vlaknin v črevesni mikrobioti vpliva na alergijsko bolezen dihalnih poti in hematopoezo. Nat Med 2014; 20: 159-66.

2. Thorburn AN, McKenzie CI, Shen S, Stanley D, Macia L, Mason LJ, et al. Dokazi, da je astma bolezen razvojnega izvora, na katero vplivajo materina prehrana in bakterijski metaboliti. Nat Commun 2015; 6: 7320.

3. Rivera-Chavez F, Zhang LF, Faber F, Lopez CA, Byndloss MX, Olsan EE, et al. Izčrpavanje klostridij, ki proizvajajo butirat, iz črevesne mikrobiote povzroči aerobno širjenje lumine salmonele. Cell Host Microbe 2016; 19: 443-54.

4. Fachi JL, Secca C, Rodrigues PB, Mato FCP, Di Luccia B, Felipe JS, et al. Acetat usklajuje odzive nevtrofilcev in ILC3 proti C. difficile prek FFAR2. J Exp Med 2020;217:jem.20190489.

5. Antunes KH, Fachi JL, de Paula R, da Silva EF, Pral LP, Dos Santos AA, et al. Acetat, pridobljen iz mikrobiote, ščiti pred okužbo z respiratornim sincicijskim virusom z odzivom interferona GPR43-tipa 1. Nat Commun 2019; 10: 3273.

6. Correa-Oliveira R, Fachi JL, Vieira A, Sato FT, Vinolo MA. Regulacija delovanja imunskih celic s kratkoverižnimi maščobnimi kislinami. Clin Transl Immunol 2016; 5: e73.

7. Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Backhed F. Od prehranskih vlaken do fiziologije gostitelja: kratkoverižne maščobne kisline kot ključni bakterijski metaboliti. Celica 2016; 165: 1332-45.

8. Sulaiman I, Wu BG, Li Y, Tsay JC, Sauthoff M, Scott AS, et al. Funkcionalno genomsko profiliranje mikrobioma spodnjih dihalnih poti za zajem aktivne mikrobne presnove. Eur Respir J 2021;58:2003434.

9. Glanville N, Johnston SL. Izzivi pri razvoju cepiva proti navzkrižnemu serotipskemu rinovirusu. Curr Opin Virol 2015;11:83-8.

10. Spacova I, De Boeck I, Bron PA, Delputte P, Lebeer S. Lokalna mikrobna terapija proti respiratornim virusnim okužbam. Trendi Mol Med 2021;27:538-53.

11. Antunes KH, Stein RT, Franceschina C, da Silva EF, de Freitas DN, Silveira J, et al. Acetat kratkoverižne maščobne kisline sproži protivirusni odziv, ki ga posreduje RIG-I v celicah dojenčkov z bronhiolitisom zaradi respiratornega sincicijskega virusa. EBioMedicine 2022; 77: 103891.

12. Bartlett NW, Walton RP, Edwards MR, Aniscenko J, Caramori G, Zhu J, et al. Mišji modeli bolezni, ki jih povzroča rinovirus, in poslabšanje alergijskega vnetja dihalnih poti. Nat Med 2008; 14: 199-204.

13. Singanayagam A, Glanville N, Girkin JL, Ching YM, Marcellini A, Porter JD, et al. Kortikosteroidna supresija protivirusne imunosti poveča bakterijsko obremenitev in nastajanje sluzi pri poslabšanjih KOPB. Nat Commun 2018; 9: 2229.

14. Gentzsch M, Boyles SE, Cheluvaraju C, Chaudhry IG, Quinney NL, Cho C, et al. Farmakološko reševanje pogojno reprogramiranih bronhialnih epitelijskih celic cistične fibroze. Am J Respir Cell Mol Biol 2017; 56: 568-74.

15. Liu X, Ory V, Chapman S, Yuan H, Albanese C, Kallakury B, et al. Zaviralci ROCK in hranilne celice inducirajo pogojno reprogramiranje epitelijskih celic. Am J Pathol 2012; 180: 599-607.

For more information:1950477648nn@gmail.com