Nevtrofilci v Mycobacterium Tuberculosis

Povzetek:

Mycobacterium tuberculosis (M. tb) je še naprej glavni vzrok umrljivosti v državah v razvoju. Cepivo BCG za spodbujanje imunosti proti M. tb se pogosto uporablja v državah v razvoju in le v posebnih okoliščinah v Združenih državah. Vendar pa sedanja literatura poroča o dvoumnih podatkih o učinkovitosti cepiva BCG. Nevtrofilci, ki so kritični glede na svojo vlogo pri prirojenem imunskem odzivu, so eni od prvih odzivnikov na infekcijske patogene, kot je M. tb. Nevtrofilci spodbujajo učinkovito odstranjevanje M. tb s procesi, kot sta fagocitoza in izločanje destruktivnih granul. Med adaptivnim imunskim odzivom nevtrofilci modulirajo komunikacijo z limfociti, da spodbujajo močan protivnetni odziv in posredujejo pri zadrževanju M. tb s proizvodnjo granulomov. V tem pregledu želimo poudariti in povzeti vlogo nevtrofilcev med okužbo z M. tb. Poleg tega avtorji poudarjajo potrebo po več študijah o učinkovitem cepljenju proti M. tb.

Razmerje med tuberkulozo in imunostjo je zapleteno. Pri zdravih ljudeh Mycobacterium tuberculosis (TB) sodeluje s človekovim imunskim sistemom, vendar se na splošno harmonično nahaja v pljučih. Tuberkuloza se lahko okuži in povzroči bolezen le, če je imunski sistem oslabljen. Zato ima imunski sistem telesa ključno vlogo pri obvladovanju tuberkuloze.

Ljudje z oslabljenim imunskim sistemom so bolj dovzetni za tuberkulozo. Z drugimi besedami, bolnikov imunski sistem je šibek in neobvladljiv za tuberkulozo. Ti posamezniki vključujejo tiste z virusom HIV, tiste na imunosupresivni terapiji ali tiste, ki so podhranjeni. Poleg tega so starejši ljudje in tisti, ki niso bili cepljeni proti tuberkulozi, tudi bolj dovzetni za okužbo s tuberkulozo.

Ko je okužen, se bolnikov imunski sistem ponovno aktivira. Imunski odziv lahko pomaga nadzorovati in uničiti tuberkulozo, vendar lahko dolgotrajna kronična okužba povzroči utrujenost in poškodbe imunskega sistema, kar lahko privede do poslabšanja bolezni in slabih rezultatov.

Skratka, razmerje med tuberkulozo in imunostjo je soodvisno. Ljudje potrebujejo zdrav imunski sistem za preprečevanje okužbe s tuberkulozo in obvladovanje tuberkuloze, vendar potrebujejo tudi pomoč imunskega sistema za zdravljenje okužbe. Zato je krepitev imunskega sistema velikega pomena za preprečevanje in zdravljenje tuberkuloze. S tega vidika moramo biti v vsakdanjem življenju pozorni na izboljšanje imunosti. Cistanche pomembno vpliva na izboljšanje imunosti. Mesni pepel vsebuje različne biološko aktivne sestavine, kot so polisaharidi, gobe Erji, Huangli itd. Te sestavine lahko stimulirajo različne celice imunskega sistema in povečajo njihovo imunsko aktivnost.

Kliknite dodatek cistanche deserticola

Ključne besede:

nevtrofilci; tuberkuloza; okužba; Mycobacterium tuberculosis; imunski sistem.

1. Uvod

Po vsem svetu se z Mycobacterium tuberculosis (M. tb) letno okuži več kot 10 milijonov ljudi. Kot 13. vodilni vzrok smrti in drugi vodilni nalezljivi morilec leta 2021 nosi M. tb resno breme kljub odkritju bacila leta 1882 in uporabi cepiva Bacillus Calmette-Guérin (BCG) od leta 1921 [1,2]. ]. M. tb povzroči asimptomatsko odstranitev povzročitelja, klinično okužbo z različno resnostjo ali latentno tuberkulozno okužbo (LTBI), pri čemer je slednja pogostejša. Klinična okužba s tuberkulozo lahko povzroči simptome slabega počutja, kašlja, bolečine v prsnem košu, hemoptize in vročine, medtem ko je LTBI običajno asimptomatska [3]. LTBI nastane, ko se telo zaščiti z omejevanjem razmnoževanja, širjenja in oskrbe s kisikom patogena [4].

Največja nevarnost LBTI je ponovna aktivacija aktivne tuberkuloze in posledično tiho širjenje [5]. Imunsko oslabljeno stanje lahko povzroči utekočinjenje primera v granulomu in razmnoževanje bakterij, s čimer spodbuja nastanek votline in intrapulmonalno širjenje M. tb [6]. Obstaja povečano tveganje za ponovno aktivacijo M. tb pri posameznikih s šibkim imunskim sistemom, kot so tisti z virusom humane imunske pomanjkljivosti (HIV) in sladkorno boleznijo (DM) [7,8]. Opozoriti je treba, da se količina prisotnih nevtrofilcev pri teh kroničnih okužbah zmanjša [9,10]. Nevtrofilci sestavljajo največjo količino belih krvnih celic v človeškem telesu in so pomembni deli obrambnega sistema telesa proti M. tb. V procesu akutnega vnetja nevtrofilci opravljajo več specializiranih funkcij, vključno s kemotaksijo, fagocitozo, tvorbo reaktivnih kisikovih vrst (ROS) in proizvodnjo zunajceličnih pasti nevtrofilcev [11].

Vendar pa je vloga nevtrofilcev pri aktivni okužbi s tuberkulozo v primerjavi z LBTI zelo sporna in protislovna. Citokin IL-17 je še posebej pomemben za pridobivanje nevtrofilcev v pljučih. Miši z izločenim signaliziranjem IL-17R so pokazale znatno zamudo pri pridobivanju nevtrofilcev v alveolarni prostor, čemur je sledilo zmanjšano preživetje pred bakterijskim izzivom [12]. Pred kratkim je bilo dokazano, da novo cepivo, imenovano M. smegmatisAg85C-MPT51-HspX (mc2-CMX), ščiti miši pred okužbo z M. tb prek odziva specifičnih celic Th1 in Th17, posredovanega z nevtrofilci [13]. Za drugo cepivo, ki vsebuje adjuvanse na osnovi nanoemulzije (NE), dostavljene z imunodominantnimi antigeni, specifičnimi za M. tb (cepivo NE-TB), je bilo dokazano, da inducira močne odzive T-celic IL-17 sluznice. Tukaj izpostavljamo niansirano, kritično vlogo nevtrofilcev pri okužbi z M. tb, da poudarimo potrebo po nadaljnjih raziskavah teh imunskih celic v dodatnih cepivih.

2. Patogeneza tuberkuloze

Okužba z M. tb se pojavi z vdihavanjem aerosoliziranih kapljicnih jeder, ki vsebujejo žive bacile, ki potujejo po dihalnih poteh, preden se končno lokalizirajo v pljučnih alveolah [14]. Kapljična jedra, polna mikobakterij, lahko ostanejo viseča v zraku še nekaj ur po tem, ko bolnik z aktivno pljučno tuberkulozo zakašlja, kihne, govori ali poje [4,15]. Po naselitvi v pljučnih alveolah se lahko M. tb razmnožuje znotrajcelično in potuje po telesu s krvjo in limfo ter okuži druge organske sisteme. V 2–8 tednih po začetni okužbi specializirane imunske celice začnejo fagocitozirati patogene bacile. Če obramba gostitelja ne more v celoti odstraniti bacilov, vendar jih zadrži, tako da se pojavijo minimalni klinični simptomi, je bolnik razvrščen kot LTBI [5,16]. Če imunskim celicam ne uspe odstraniti ali zadržati bacilov, to omogoči rast in indukcijo kliničnih simptomov. Manj kot 10 odstotkov okuženih posameznikov razvije primarno ali aktivno tuberkulozo s kliničnimi simptomi [5].

Granulomi, patološka struktura, ki je najtesneje povezana s tuberkulozo, služijo kot rezervoar okužbe [16]. M. tb lahko prebiva v teh strukturah desetletja in kadar koli napreduje v aktivno tuberkulozo [17]. Poleg uporabe granulomov kot zaščitnega zavetja imajo mikobakterije še vrsto drugih načinov, da se izognejo obrambi imunskega sistema. Ti vključujejo zaviranje zorenja in zakisljevanja fagolizosomov ter zaviranje apoptoze in avtofagije [18, 19]. Ko je patogen internaliziran v fagosomu, igra izločevalni sistem ESX-1 pomembno vlogo v patogenezi aktivne okužbe s tuberkulozo, saj olajša dostavo bakterijskih produktov v citoplazmo makrofagov [20].

3. Vloga nevtrofilcev pri imunskem odzivu

Nevtrofilci nastajajo v kostnem mozgu iz hematopoetskih matičnih celic, ki sledijo diferenciaciji mieloidne linije. Njihovo diferenciacijo nadzira granulocitni kolonijo stimulirajoči faktor (G-CSF). Nevtrofilci se zadržujejo v kostnem mozgu z vezavo CXCL12, liganda, ki ga izražajo celice osteoblastov, na CXCR4, receptor na nevtrofilcih. G-CSF zniža CXCL12 in CXCR4. Ko se nevtrofilci približujejo zorenju, se CXCR4 zniža, medtem ko se CXCR2 in TLR4 regulirata navzgor. Ohranjeni TLR igrajo ključno vlogo pri prepoznavanju in odpornosti gostitelja na M. tb, pri čemer se izražanje TLR4 in TLR2 v nevtrofilcih znatno poveča pri bolnikih s tuberkulozo [21]. Za izhod iz kostnega mozga endotelne celice v vaskulaturi izražajo ligand CXCL8, da se veže na CXCR2 za mobilizacijo v krvni obtok [22]. CXCL8 izločajo tudi aktivirani makrofagi med okužbo z M. tb, kar je kritično za pridobivanje nevtrofilcev [23]. Ekspresija CXCR2 nevtrofilcev je prav tako povečana pri bolnikih s tuberkulozo in skupaj ti dejavniki služijo za povečanje mobilizacije nevtrofilcev pri okužbi z M. tb [24].

Nevtrofilci so najpogostejši granulociti, ki obsegajo 50–70 odstotkov vseh levkocitov v obtoku, in prvi odziv prirojenega imunskega sistema na okužbo. Povečan interlevkin-1 (IL-1) v obtoku, ki ga sproščajo makrofagi med okužbo z M. tb in drugimi vnetnimi stanji, lahko spodbudi proizvodnjo nevtrofilcev prek osi IL-17-G-CSF [25]. Nevtrofilci imajo dva primarna mehanizma očistka patogena: fagocitozo za znotrajcelično uničenje patogena in degranulacijo za zunajcelično uničenje [26]. Nevtrofilci uporabljajo NADPH oksidazo za proizvodnjo reaktivnih kisikovih vrst (ROS) znotraj svojega fagosoma za uničenje patogenov, kot tudi zunajcelične ROS kot odziv na topne agoniste [27]. Degranulacija sledi strogo nadzorovanemu sproščanju 4 glavnih vrst zrnc: primarnih ali azurofilnih, sekundarnih ali specifičnih, terciarnih ali želatinaznih in sekretornih.

Primarne granule vsebujejo mieloperoksidazo (MPO), katepsin G, elastazo, proteinazo 3 in defensin, odgovoren za izkoreninjenje patogena. Defenzini kažejo protimikobakterijsko delovanje in so bili raziskani kot alternativna terapevtska možnost za zdravljenje tuberkuloze [28]. Sekundarna zrnca vsebujejo laktoferin, odgovoren za sekvestracijo železa, bakra in beljakovin za zmanjšanje rasti patogenov. Terciarne granule vsebujejo proteine ​​želatinaze, kot je matrična metaloproteinaza-8 (MMP-8), ki lahko opravljajo širok spekter funkcij, vključno z aktivacijo IL-1B. Nazadnje, sekretorna zrnca vsebujejo albumin in citokine [29,30]. Tan et al. je pokazal, kako je fagocitoza apoptotičnih nevtrofilcev s strani makrofagov med aktivno okužbo z M. tb povzročila uničenje znotrajceličnega M. tb s trgovanjem z vsebino zrnc. Ta ugotovitev predstavlja obrambni most med nevtrofilci in makrofagi kot odziv na znotrajcelično okužbo z M. tb [31].

Nevtrofilci lahko sodelujejo tudi pri adaptivnem imunskem odzivu. Pomagajo lahko pri aktivaciji in preživetju celic B s proizvodnjo citokinov faktorja aktivacije celic B (BAFF) in liganda, ki inducira proliferacijo (APRIL). Nevtrofilci lahko služijo tudi kot protivnetni in provnetni modulatorji T celic. Arginaza-1, prisotna v primarnih granulah, kot tudi sproščanje ROS, lahko zmanjša aktivacijo in proliferacijo celic T. Služijo lahko tudi kot celice, ki predstavljajo antigen, tako da povečajo svoje ravni MHC-II med stimulacijo IFN-gama, skupaj s kostimulatornimi molekulami, da inducirajo diferenciacijo Th1 in Th17 [29,30]. Celice Th1 izločajo IFN-gama, ki poveča odziv makrofagov za nadzor okužbe z M. tb, medtem ko celice Th17 inducirajo nevtrofilno vnetje in poškodbe tkiva, ki služijo kot posrednik patologije M. tb [32]. Nevtrofilci igrajo ključno vlogo pri aktivaciji in izražanju adaptivnih imunskih odzivov.

Lokalizacija nevtrofilcev v tkivih je pomembna za njihovo delovanje. Eden od mehanizmov lokalizacije nevtrofilcev je staranje. Ko se nevtrofilci starajo, izražajo večjo številčnost CXCR4. Pri ljudeh obstaja velika skupina starih nevtrofilcev v vaskularnem lumnu in intersticijskem prostoru pljuč, za katere se domneva, da jih zadrži mehanizem, odvisen od CXCR4- [22]. Podobno druge subpopulacije nevtrofilcev najdejo pot do določenih predelov telesa, kot sta CCR7 in integrin LFA-1, ki izražajo nevtrofilce, ki so usmerjeni v bezgavke [22].

Zanimivo je, da eno subpopulacijo nevtrofilcev, fenotip CD49dhi CXCR4hi VEGFR1, privlači hipoksično tkivo in lahko predstavlja en mehanizem, s katerim se nevtrofilci pritegnejo k hipoksičnemu TB granulomu [22,25,33]. Medtem ko so bili nevtrofilci zaradi svoje kratke življenjske dobe prvotno zavrnjeni kot vloga pri kronični tuberkulozi, dokazi kažejo, da igrajo ključno vlogo pri nastanku granuloma pri kronični tuberkulozi [33,34]. Obstajajo dokazi, da se življenjska doba nevtrofilcev podaljša v hipoksičnih pogojih in celo potencira hipoksična stanja kot pozitivna povratna zanka prek njihove porabe kisika [25]. Povzetek vloge nevtrofilcev je predstavljen spodaj na sliki 1. Več dokazov o vlogi nevtrofilcev pri akutni in kronični okužbi s tuberkulozo bo podrobneje predstavljenih v naslednjih razdelkih.

Obstajajo dokazi, da lahko nevtrofilce specifično pripravijo mikrobiota in patogeni [22, 26]. Okužba z M. tb močno aktivira nevtrofilce. So primarna vrsta imunskih celic v votlinah bolnikov s pljučno tuberkulozo, povezana z MMP8-uničenjem zunajceličnega matriksa in tvorbo votlin. Poleg tega, da prispeva k patogenezi tuberkuloze, je MMP8 povezan tudi s sproščanjem zunajceličnih pasti nevtrofilcev (NET). NET se sproščajo s postopkom, imenovanim NETosis, kot kombinacija DNA, histonov in protimikrobnih granularnih proteaz, ki se sproščajo, da ujamejo M. tb, in o njih bomo podrobneje razpravljali kasneje [35,36].

4. Nevtrofilci in zunajcelične pasti

Po stimulaciji s fiziološkimi stanji, molekularnimi vzorci, povezanimi s poškodbami, ali molekularnimi vzorci, povezanimi z mikrobnimi patogeni, se nevtrofilci podvržejo NETozi, da sprostijo NET. NET so konglomerat dekondenziranih verig DNK, histonov in protimikrobnih peptidov in proteinov, vključno z zrnatimi sestavinami, kot sta mieloperoksidaza in elastaza. NET delujejo tako, da spodbujajo očistek patogenov s spodbujanjem fagocitoze makrofagov, ujamejo zunajcelične patogene, da preprečijo širjenje okužbe, in so vpleteni v akutne in kronične vnetne motnje ter mikrobno patogenezo, in sicer v patogenezo M. tb [26,34,36].

Tvorba NET se začne s proizvodnjo oksidantov s strani nevtrofilcev, kar vodi do degranulacije jedrske ovojnice in sproščanja DNK v celico. Za uravnavanje degranulacije in rekondenzacije DNK sta odgovorna dva encima, peptidil arginin deiminaza tipa IV (PAD4) in nevtrofilna elastaza. PAD4 olajša pretvorbo pozitivno nabitih stranskih verig arginina v nevtralne stranske verige na histonih skozi proces citrulinacije. Citrulinacija dekondenzira kromatin, da olajša sproščanje DNA. DNK nato služi kot negativno nabita ograja za komponente NET, kot so histoni in proteaze, da se vežejo prek elektrostatičnega naboja. Čeprav se je sprva mislilo, da je potrebna liza za NETozo, so študije pokazale, da se lahko NET sprostijo z vezikularnim transportom [29].

M. tb je sposoben stimulirati sintezo NET [35]. Frančišek idr. dokazali, da protein SAT-6, ki ga izloča M. tb v zgodnji okužbi, inducira nastajanje NET [37]. Poleg tega so Dang et al. identificiral zunajcelični faktor M. tb, sfingomielinazo Rvo888, ki je sposoben inducirati tvorbo NET in povečati sposobnost kolonizacije rekombinantne M. smegmatis v pljučih miši [38]. Van de Meer et al. je razkrilo, da so imeli bolniki z aktivno tuberkulozo povišano raven nukleosomov in elastaze v plazmi, biomarkerjev za tvorbo NET v primerjavi z zdravimi udeleženci [39]. Povišane serumske ravni citruliniranega histona H3, drugega biomarkerja NET, so povezane s kavitacijo pljuč in slabimi rezultati zdravljenja [40].

Kot taka lahko proizvodnja NET služi kot metoda za spremljanje resnosti tuberkuloze, saj je resnost okužbe s tuberkulozo pozitivno povezana z ravnmi NET v plazmi bolnikov s tuberkulozo [41]. Braian et al. ugotovili, da NET-ji, ki jih povzroči M. tb, vsebujejo Hsp72, protein, ki lahko sproži sproščanje citokinov iz makrofagov in lahko igra vlogo pri interakciji med nevtrofilci in makrofagi med akutno fazo okužbe z M. tb [42]. Moreira Teixeira idr. je razkrilo, da signaliziranje interferona tipa 1 (IFN-1) inducira pljučno NETozo in spodbuja rast mikobakterij [40]. Pokazali so tudi, da je NEToza, ki jo povzroči IFN-1-, povezana z resnostjo okužbe pri miših, dovzetnih za TB.

Dokazi kažejo, da medtem ko je M. tb povzročil nastanek NET in uspešno ujel M. tb, NET in nevtrofilci niso mogli uničiti M. tb. Domneva se, da lahko NET-ji zajamejo M. tb zaradi elektrostatične privlačnosti M. TB, ki vsebuje negativno nabito zunanjo plast z elektronsko gostoto polisaharida, na pozitivno nabito strukturo NET [34]. Predlagano je bilo, da NET zagotavljajo osnovo za replikacijo M. tb, ki spodbuja rast kavitacije. Ker je granulom pri TB hipoksično okolje, je pomembno razumeti vlogo NEToze po končani tvorbi granuloma. Ong et al. ugotovili, da so bile v hipoksičnih pogojih tvorba NET, apoptoza nevtrofilcev in nekroza nevtrofilcev inhibirane, medtem ko se je izločanje komponent NET, kot sta MMP9 in elastaza, povečalo. Medtem ko NET igrajo vlogo pri kavitaciji in resnosti okužbe, se zdi, da imajo manjšo vlogo v fazi granuloma okužbe [33].

Pred kratkim, Su, et al. je razkrilo, da subpopulacija nevtrofilcev, imenovana s tuberkulozo povezani granulociti nizke gostote (LDG), sprošča nenormalno visoke ravni NET. Visoka raven NET, proizvedenih med okužbo z M. tb, je sprožila premik od granulocitov normalne gostote (NDG) k več LDG, medtem ko je zaviranje sproščanja NET preprečilo njihovo pretvorbo. Poleg tega so pokazali, da je zmanjšanje proizvodnje ROS znatno zmanjšalo tudi pretvorbo NDG v LDG [43]. To dokazuje, da lahko M. tb povzroči premik z NDG na LDG preko poti ROS in tako poveča proizvodnjo NET. Deng et al. je nadalje razkrilo, da so LDG povezani z resnostjo okužbe s tuberkulozo [44]. Rao et al. ugotovili, da lahko LDG zavirajo proizvodnjo interferona gama v celicah T, kar zmanjša učinkovitost T-SPOT TB testa, ki se uporablja za odkrivanje M. tb, in modulira odziv makrofagov [45]. Natančna vloga LDG pri okužbi s tuberkulozo zahteva nadaljnje preiskave.

5. Nevtrofilci v akutni fazi M. tb

Nevtrofilci so glavna vrsta celic med aktivnimi okužbami s tuberkulozo in prvi fagociti se rekrutirajo iz pljučne vaskulature v pljučni intersticij prek kemotakse, ki jo sprožijo alveolarni makrofagi [46,47]. Kot je bilo že omenjeno, je znano, da citokin IL-17 rekrutira nevtrofilce v dihalnih poteh [48,49]. Nevtrofilci za boj proti M. tb. uporabljajo mehanizme, kot so fagocitoza, degranulacija, tvorba ROS in sproščanje NET. Makrofagi, dendritične celice, naravne celice ubijalke, fibroblasti, celice CD4 T in citotoksične celice CD8 T se prav tako rekrutirajo na mesto okužbe preko izločanja citokinov, kar vodi do nadaljnjega zadrževanja bakterije [47].

Nevtrofilci so kritična komponenta odziva na zgodnjo okužbo s tuberkulozo, kot je bilo ugotovljeno s številnimi študijami na živalih. Na primer, Sugawara et al. ugotovili, da nevtrofilija, ki jo povzroča lipopolisaharid (LPS), preprečuje zgodnjo okužbo z M. tb pri podganah. Če je bila nevtrofilija povzročena 10 dni po zračni okužbi z M. tb, nevtrofilci niso mogli preprečiti razvoja okužbe [50]. To poudarja, da ima prisotnost nevtrofilcev pomemben vpliv na boj proti okužbi.

Druga študija Pedrosa et al. ugotovili, da zmanjšanje števila nevtrofilcev v prvem tednu okužbe poslabša proliferacijo M. tb pri miših, zlasti v jetrih, vranici in pljučih. Namesto neposredne eliminacije M. tb je bilo domnevano, da je bila zaščitna narava nevtrofilcev posredovana prek nefagocitnega, morda imunomodulatornega mehanizma, ki je vplival na proizvodnjo IFN-gama [51]. Yang et al. je izvedel študijo nevtrofilcev pri mikobakterijski okužbi z uporabo transgenske linije cebrice s fluorescenčno označenimi nevtrofilci. Sprva so ugotovili, da se nevtrofilci rekrutirajo v granulome s signali umirajočih, okuženih makrofagov. Nato so nevtrofilci fagocitirali okužene makrofage in prek oksidativnih mehanizmov ubili njihove fagocitirane mikobakterije [52]. Ta študija ne kaže samo vloge nevtrofilcev pri akutni mikobakterijski okužbi, ampak tudi potrjuje predlog Petrosa et al. da te imunske celice posredno sodelujejo pri eliminaciji mikobakterij.

6. Nevtrofilci v latentnih fazah okužbe z M. tb

Popolna vloga nevtrofilcev pri razvoju in vzdrževanju okužbe z M. tb ni bila dobro opredeljena v primerjavi z drugimi vrstami imunskih celic, kot so makrofagi in celice CD4 plus T. Nevtrofilci igrajo kompleksno vlogo v različnih fazah okužbe z M. tb, od zaščitne do patološke. Tvorba granuloma s kisikom osiromašenim okoljem je značilna za tuberkulozo [4]. Natančneje, Barry et al. definirajo granulom kot organizirano strukturo, sestavljeno iz nevtrofilcev, limfocitov, makrofagov in včasih fibroblastov, pogosto z nekrotičnim središčem [53]. Granulomi so lahko prisotni pri aktivni in latentni okužbi s tuberkulozo. Samo nastanek granuloma ni dovolj za izkoreninjenje okužbe. Namesto tega pravilno delovanje granuloma določa izid okužbe [54]. Kar zadeva LTBI, granulomi služijo kot rezervoar za reaktivacijo. Hipoksija sproži angiogenezo, potrebno za nastanek granulomov [33]. Tukaj preučujemo nedavne študije o vlogi nevtrofilcev v teh hipoksičnih granulomih.

Kot smo že omenili, so nevtrofilci bistveni deli imunskega sistema. Znano je, da so nevtrofilci prisotni v granulomih in pomagajo pri njihovem nastanku [46]. Nevtrofilna fagocitoza je pomembna proti M. tb, da povzroči vnetni odziv in pridobi več imunskih celic. Zato je prav tako pomembna pravočasna odstranitev izrabljenih nevtrofilcev. Regulirati jih je treba z apoptozo in čiščenjem z makrofagi, da se prepreči nekrotična liza okoliškega tkiva [55]. Ugotovljeno je bilo, da nevtrofilci prispevajo k okolju citokinov v granulomih in izražajo citokine v več mikrookoljih granuloma kot celice T [56]. Tako to poudarja pomembno vlogo nevtrofilcev kot imunoregulacijskih celic pri LTBI. Splošno mnenje je, da imajo nevtrofilci zaščitno vlogo pri zgodnjih granulomih, tako da delujejo na odstranjevanje M. tb, vendar patološko vlogo pri poznih granulomih, saj poškodujejo okoliško tkivo.

Odziv nevtrofilcev na hipoksijo znotraj granulomov je bil v zadnjih nekaj letih bolj raziskan. Ong et al. je pokazalo, da hipoksično okolje granulomov poslabša od nevtrofilcev odvisno imunopatologijo pri okužbi s tuberkulozo. Ugotovljeno je bilo, da kot odziv na hipoksične razmere nevtrofilci povečajo izločanje encimov, kot so nevtrofilni MMP-8, MMP-9 in elastaza, ki spodbujajo uničenje matriksa [33]. To nadalje podpira prejšnjo študijo, ki je pokazala, da hipoksija poveča izražanje nevtrofilne kolagenaze, da uniči pljučno tkivo [57]. Ugotovljeno je bilo, da hipoksija poveča življenjsko dobo nevtrofilcev, reaktivne dušikove vrste, izločanje proteaze ter uničenje kolagena in elastina. Po drugi strani pa hipoksija zmanjša apoptozo [58–60]. To je škodljivo pri podaljšanju vnetnega odziva, ki ga proizvajajo nevtrofilci, kar lahko še poslabša poškodbo tkiva [61].

Študije na živalih in študije polne krvi kažejo na pozitivno povezavo med resnostjo tuberkuloze in številom nevtrofilcev. Na primer, zmanjšanje nevtrofilcev v mišjih modelih je zmanjšalo pljučno patologijo in bakterijsko obremenitev med okužbo s tuberkulozo [62, 63]. Vstopna mesta M. tb, napredovanje okužbe in obremenitev z okužbami lahko povzročijo različne učinke nevtrofilcev. Številčnost nevtrofilcev se poveča v pljučih, ko tuberkuloza napreduje in povzroči hujšo patologijo pri modelih morskih prašičkov, miših in makakov [56,64,65]. To ugotovitev potrjujejo tudi vzorci polne krvi [66]. Nasprotno pa so študije pokazale tudi zaščitno vlogo nevtrofilcev med okužbo z M. tb, zlasti v krvi. Nevtrofilci so omejili rast M. tb v človeški polni krvi ex vivo [67]. Na splošno imajo nevtrofilci pomembno vlogo pri napredovanju okužbe s tuberkulozo, pri čemer je prognoza odvisna od sposobnosti preživetja nevtrofilcev, resnosti okužbe in lokacije okužbe (pljučne ali sistemske). Obravnavan je bil fenomen "trojanskega konja", kjer mikobakterije izkoriščajo nevtrofilce v svojo korist - bodisi za hranila ali zavetje [62,64,68,69].

To se lahko pogosteje zgodi pri hujših okužbah, zlasti kadar makrofagi niso pravilno očistili nevtrofilcev. Skratka, nevtrofilci so pomemben del imunskega odziva na M. tb. Pri zgodnji okužbi hitra fagocitoza, degranulacija in ROS delujejo v boju proti patogenu. Poznejša okužba zaradi hipoksije in/ali nezadostnega čiščenja je povezana s slabimi rezultati okužbe in hujšo patologijo. Glede na to, da so nevtrofilci prevladujoča vrsta imunskih celic, ki so prisotne pri bolnikih z aktivno tuberkulozo in so prisotne pri LTBI, je razumevanje njihove vloge in tega, kako se spreminjajo med okužbo, bistveno za razvoj trenutnih zdravljenj proti M. tb. Vloga nevtrofilcev med aktivnim in LTBI je povzeta na sliki 2 spodaj.

7. Uporaba nevtrofilcev za dobro: razvoj cepiva

Učinkovito izkoreninjenje M. tb je bilo neuspešno. Trenutno je cepivo proti bacilu CalmetteGuerin (BCG) edino dovoljeno cepivo proti tuberkulozi. BCG je živo, oslabljeno cepivo, ki se pogosto uporablja za preprečevanje TB meningitisa pri otrocih v državah v razvoju. V Združenih državah se cepivo daje le v posebnih okoliščinah, kot so otroci, ki imajo negativen tuberkulinski kožni test (TST) in so nenehno izpostavljeni odraslim, ki niso zdravljeni ali neučinkovito zdravljeni zaradi okužbe s tuberkulozo ali imajo na izoniazid in rifampin odporno M. tb. Poleg tega velja, da zdravstveni delavci v okoljih z visokim odstotkom bolnikov s tuberkulozo, okuženih z izoniazidom in na rifampin odpornimi sevi M. tb, prejmejo cepljenje BCG [70]. Vendar to cepivo v Združenih državah na splošno ni priporočljivo zaradi njegove omejene učinkovitosti pri odraslih in njegove zmožnosti povzročitve lažno pozitivne reakcije na TST [68].

Naravna pot okužbe s tuberkulozo je skozi površino sluznice, vendar trenutno ni v kliničnih preskušanjih nobenega cepiva proti tuberkulozi na sluznici. Ahmed et al. razpravljali o uporabi učinkovitejšega cepiva, ki se daje skozi sluznico. Cepivo proti NE-TB je povzročilo močne odzive celic IL-17 sluznice za zaščito pred okužbo z M. tb, in ko je bilo dano skupaj z BCG, je zmanjšalo resnost okužbe [71]. Zahteva po signalizaciji IL-17R za pridobivanje nevtrofilcev, obrambo gostitelja in izražanje G-CSF poudarja pomen te poti proti okužbi z M. tb [12].

Za drugo cepivo, imenovano M. smegmatis-Ag85C-MPT51-HspX (mc2-CMX), je bilo dokazano, da ščiti miši pred okužbo z M. tb z nevtrofilnim odzivom specifičnih celic Th1 in Th17. V primerjavi z BCG je mc2-CMX povzročil boljši humoralni in celični odziv pri miših, izpostavljenih M. tb [13]. Trentini et al. preučevali učinek zmanjšanja števila nevtrofilcev na imunski odziv pri miših, ki so bile cepljene z mc2- CMX. Miši, katerih število nevtrofilcev je bilo med cepljenjem osiromašeno, ob okužbi z M. tb niso pokazale povečanja odziva Th1 in Th17, opaženega med skupinami z zadostnim številom nevtrofilcev. To nakazuje, da odsotnost nevtrofilcev med cepljenjem z mc2-CMX pri miših C57BL/6 zmanjša zaščito in povzroči odsotnost odziva na odpoklic Th1 in Th17. Ta študija poudarja, da so nevtrofilci pomembni za indukcijo CMX Th1-specifičnega odziva proti M. tb, zaradi njihovega odnosa s celicami Th1 in Th17 [72]. Ker so nevtrofilci najpogostejša vrsta belih krvnih celic in igrajo vlogo pri spodbujanju izboljšanega imunskega odziva pri miših, cepljenih z mc2-CMX, v primerjavi s trenutno strategijo cepiva, to poudarja potrebo po nadaljnjih raziskavah, usmerjenih v proti delovanju nevtrofilcev v dodatnih cepivih.

8. Sklepi

M. tb še naprej obremenjuje zdravje in gospodarstvo držav v razvoju. Potreba po učinkovitih preventivnih praksah je bistvenega pomena za zmanjšanje incidence in razširjenosti primerov po vsem svetu. Potrebnih je več raziskav nastajajočih cepiv, da bi ugotovili učinkovitost spodbujanja odziva specifičnih celic Th1 in Th17 znotraj gostitelja, posredovanega z nevtrofilci. Kot najpogostejše bele krvne celice imajo nevtrofilci ključno vlogo pri imunskem odzivu na M. tb. Med aktivno okužbo nevtrofilci migrirajo iz krvnega obtoka s kemotaksijo, da uporabijo različne načine za osvoboditev M. tb iz gostitelja. Ti vključujejo fagocitozo, proizvodnjo ROS in degranulacijo destruktivnih encimov za poudarjanje očistka M. tb. Poleg tega nevtrofilci z izločanjem citokinov pridobijo makrofage, celice NK ter celice B in T. Med LTBI nevtrofilci ključno zadržijo M. tb s proizvodnjo granulomov, da preprečijo nadaljnje širjenje. Kot nova raziskava o M. tb. razvija, lahko povečanje robustnega imunskega odziva z nevtrofilci služi kot obetavna pot za raziskovanje.

Avtorski prispevki:

Konceptualizacija, VV, CAA, IG, KHN in AP; pisanje—priprava izvirnega osnutka, CAA, IG, KHN in AP; pisanje—pregledovanje in urejanje, CAA, IG in KHN; vizualizacija, CAA, IG, KHN; nadzor, VV in CAA; projektna administracija, VV in CAA Vsi avtorji so prebrali in se strinjajo z objavljeno različico rokopisa.

Financiranje:

Ta raziskava ni prejela zunanjega financiranja.

Izjava institucionalnega revizijskega odbora:

Se ne uporablja.

Izjava o informirani privolitvi:

Se ne uporablja.

Izjava o razpoložljivosti podatkov:

Se ne uporablja.

Zahvala:

Cenimo finančno podporo NIH (HL143545-01A1). Slika 2 je bila ustvarjena z BioRender.com.

Nasprotja interesov:

Avtorji izjavljajo, da ni navzkrižja interesov.

Reference

1. KDO. Tuberkuloza. 27. oktober 2022.

2. Formad, HF Etiologija tuberkuloze. J. Am. Med. Izr. 1882, IV, 312–316. [CrossRef]

3. CDC. Splošni informativni list o tuberkulozi; CDC: Atlanta, GA, ZDA, 2011.

4. Dolgi, R.; Divangahi, M.; Schwartzman, K. 2. poglavje: Prenos in patogeneza tuberkuloze. Lahko. J. Respir. Crit. Care Sleep Med. 2022, 6, 22–32. [CrossRef]

5. Dutta, NK; Karakousis, C. Latentna okužba s tuberkulozo: miti, modeli in molekularni mehanizmi. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2014, 78, 343–371. [CrossRef] [PubMed]

6. Eguirado, E.; Schlesinger, LS Modeliranje granuloma Mycobacterium tuberculosis – kritično bojno polje pri imunosti in bolezni gostitelja. Spredaj. Immunol. 2013, 4, 98. [CrossRef]

7. Sia, JK; Rengarajan, J. Imunologija okužb z Mycobacterium Tuberculosis. V mikrobiološkem spektru; Ameriško združenje za mikrobiologijo: Washington, DC, ZDA, 2019; zvezek 7.

8. Narasimhan, P.; Wood, J.; MacIntyre, CR; Mathai, D. Dejavniki tveganja za tuberkulozo. Pulm. Med. 2013, 2013, 828939. [CrossRef] [PubMed]

9. Madzime, M.; Rossouw, TM; Theron, AJ; Anderson, R.; Steel, HC Interakcije HIV in protiretrovirusne terapije z nevtrofilci in trombociti. Spredaj. Immunol. 2021, 12, 634386. [CrossRef]

10. Dowey, R.; Iqbal, A.; Heller, SR; Sabroe, I.; Prince, LR Grenko-sladek odziv na okužbo pri sladkorni bolezni; Usmerjanje na nevtrofilce za spreminjanje vnetja in izboljšanje imunosti gostitelja. Spredaj. Immunol. 2021, 12, 678771. [CrossRef] [PubMed]

11. Hilda, JN; Das, S.; Tripathy, SP; Hanna, LE Vloga nevtrofilcev pri tuberkulozi: pogled iz ptičje perspektive. J. Endotoksin Res. 2019, 26, 240–247. [CrossRef]

12. Ye, P.; Rodriguez, FH; Kanaly, S.; Nogavica, KL; Schurr, J.; Schwarzenberger, P.; Oliver, P.; Huang, W.; Zhang, P.; Zhang, J.; et al. Zahteva po signalizaciji receptorja interlevkina 17 za ekspresijo kemokinov v pljučih Cxc in granulocitne kolonije stimulirajočega faktorja, rekrutiranje nevtrofilcev in obrambo gostitelja. J. Exp. Med. 2001, 194, 519–528. [CrossRef]

13. de Oliveira, FM; Trentini, MM; Junqueira-Kipnis, AP; Kipnis, A. Cepivo mc2-CMX povzroči okrepljen imunski odziv proti Mycobacterium tuberculosis v primerjavi z Bacillus Calmette-Guérin, vendar s podobnimi učinki vnetja pljuč. mem. Inst. Oswaldo Cruz 2016, 111, 223–231. [CrossRef]

14. Heemskerk, D.; Caws, M.; Marais, B.; Farrar, J. 2. poglavje: Patogeneza. Pri tuberkulozi pri odraslih in otrocih; Springer: Cham, Švica, 2015; strani 9–15.

15. Loudon, RG; Roberts, RM Petje in širjenje tuberkuloze. Am. Rev. Respir. Dis. 1968, 98, 297–300. [CrossRef]

16. Lin, PL; Flynn, JL Konec binarne dobe: ponoven pregled spektra tuberkuloze. J. Immunol. 2018, 201, 2541–2548. [CrossRef] [PubMed]

17. Lillebaek, T.; Dirksen, A.; Baess, I.; Strunge, B.; Thomsen, V.; Andersen, Å.B. Molekularni dokazi o endogeni reaktivaciji Mycobacterium tuberculosis po 33 letih latentne okužbe. J. Infect. Dis. 2002, 185, 401–404. [CrossRef]

18. Zhai, W.; Wu, F.; Zhang, Y.; Fu, Y.; Liu, Z. Mehanizmi imunskega umika Mycobacterium Tuberculosis. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 340. [CrossRef] [PubMed]

19. Corleis, B.; Korbel, D.; Wilson, R.; Bylund, J.; Chee, R.; Schaible, UE Pobeg Mycobacterium tuberculosis pred oksidativnim ubijanjem z nevtrofilci. Celica. Microbiol. 2012, 14, 1109–1121. [CrossRef] [PubMed]

20. Simeone, R.; Bobard, A.; Lippmann, J.; Bitter, W.; Majlessi, L.; Brosch, R.; Enninga, J. Phagosomal Rupture by Mycobacterium tuberculosis Posledica toksičnosti in smrti gostiteljske celice. Patog PLoS. 2012, 8, e1002507. [CrossRef] [PubMed]

21. Hilda, JN; Das, S. Ekspresija CD64, TLR2 in TLR4 nevtrofilcev se med tuberkulozo poveča, vendar se fagocitni potencial zmanjša. Tuberkuloza 2018, 111, 135–142. [CrossRef] [PubMed]

22. Rosales, C. Neutrophil: Celica z mnogimi vlogami pri vnetju ali več vrst celic? Spredaj. Physiol. 2018, 9, 113. [CrossRef]

23. Cheng, A.-C.; Yang, K.-Y.; Chen, N.-J.; Hsu, T.-L.; Jou, R.; Hsieh, S.-L.; Tseng, P.-H. CLEC9A modulira pridobivanje nevtrofilcev, posredovano z makrofagi, kot odgovor na toplotno uničeno Mycobacterium tuberculosis H37Ra. PLoS ONE 2017, 12, e0186780. [CrossRef]

24. Pokkali, S.; Das, SD Povečane ravni kemokinov in izražanje receptorjev za kemokine na imunskih celicah med pljučno tuberkulozo. Hum. Immunol. 2009, 70, 110–115. [CrossRef]

25. Remot, A.; Doza.; Winter, N. Nevtrofilci in bližnji sorodniki v hipoksičnem okolju tuberkuloznega granuloma: nove poti za terapije, ki jih usmerja gostitelj? Spredaj. Immunol. 2019, 10, 417. [CrossRef] [PubMed]

26. Cacciotto, C.; Alberti, A. Eating the Enemy: Mycoplasma Strategies to Evade Neutrophil Extracellular Traps (NETs), ki spodbujajo privzem bakterijskih nukleotidov in vnetne poškodbe. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 15030. [CrossRef] [PubMed]

28. Jaganjac, M.; Cipak, A.; Schaur, RJ; Žarković, N. Patofiziologija zunajceličnih redoks reakcij, posredovanih z nevtrofilci. Spredaj. Biosci. 2016, 21, 839–855. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com