기도 전달 단쇄 지방산 아세테이트는 Rhinovirus 감염 동안 항바이러스 면역을 강화합니다
Jul 18, 2023
배경:
Microbiota는 단쇄 지방산(SCFA)과 같은 면역 조절 대사 물질의 방출을 통해 면역 조절에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. Rhinoviruses(RVs)는 잘 이해되지 않은 메커니즘을 통해 상기도 질환을 유발하고 천식 및 만성 폐쇄성 폐 질환의 악화를 촉진합니다. 호흡기에서 SCFA와 항바이러스 면역 반응 사이의 국소 상호작용은 이전에 조사되지 않았습니다.
단쇄 지방산(SCFA)은 장내 유익한 박테리아에 의해 셀룰로오스 및 기타 식이 섬유가 발효되어 생성되는 유기산입니다. 연구에 따르면 SCFA는 인간 면역 체계에 중요한 영향을 미칩니다.
첫째, SCFA는 장 점막 장벽의 무결성을 촉진하고 장 장벽 기능을 향상시킬 수 있습니다. 장 장벽은 장 환경을 보호하는 첫 번째 방어선입니다. 장 장벽이 손상되면 장 벽을 통해 유해 물질이 혈액 순환계에 유입되어 염증과 비정상적인 면역 체계를 유발할 수 있습니다. 연구에 따르면 SCFA는 점막 세포의 분화 및 증식을 촉진하여 점막 및 점액 생성의 두께를 증가시켜 장 장벽의 무결성을 강화하고 장 염증의 위험을 줄일 수 있습니다.
둘째, SCFA는 면역세포를 조절하는 기능을 가지고 있다. 연구에 따르면 SCFA는 면역 세포의 분화 및 증식을 촉진하고 면역 세포의 기능을 조절할 수 있습니다. SCFA는 또한 염증성 사이토카인의 생성을 감소시키고 면역 세포의 활동을 억제하여 인간 면역 체계를 보호할 수 있습니다. 다른 연구에서도 SCFA가 T 세포의 기능을 조절하고, 자가 면역 기능을 증가시키며, 자가 면역 질환의 예방 및 치료에 특정한 역할을 할 수 있음을 발견했습니다.
요컨대, 단쇄 지방산은 인간 면역 체계의 정상적인 기능에 중요한 역할을 합니다. 우리는 식이 섬유가 풍부한 식이 구조의 합리적인 조합에 주의를 기울여 장내 유익한 박테리아의 수와 다양성을 증가시켜 SCFAs의 생산을 촉진하고 인간 면역 체계의 안정성과 건강을 유지해야 합니다. 이러한 관점에서 우리는 면역력을 향상시켜야 합니다. Cistanche는 비타민 C, 비타민 C, 카로티노이드 등과 같은 다양한 항산화 물질이 풍부하기 때문에 면역력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 성분은 자유 라디칼을 제거하고 산화 스트레스를 줄일 수 있습니다. 면역 체계의 저항력을 자극하고 개선합니다.
목적:
우리는 SCFA의 폐 전달 투여를 통한 폐 대사물 조작이 RV 감염에 대한 항바이러스 면역을 조절할 수 있는지 여부를 조사하고자 했습니다.
행동 양식:
우리는 RV 감염의 마우스 모델과 RV 감염 폐 상피 세포주에서 SCFAs 아세테이트, 부티레이트 및 프로피오네이트의 항바이러스 서명 및 아세테이트의 기저 발현에 대한 비강내 투여의 효과를 연구했습니다. 우리는 분화된 인간 1차 기관지 상피 세포에서 RV 감염에 대한 아세테이트, 부티레이트 및 프로피오네이트의 효과를 추가로 평가했습니다.
결과:
비강내 아세테이트 투여는 다른 SCFA에서는 관찰되지 않는 효과인 IFN-b의 기본 상향조절을 유도했습니다. 부티레이트 유도 RIG-I 발현. 마우스의 비강내 아세테이트 처리는 RV 감염 동안 인터페론-자극 유전자 및 IFN-1 발현을 증가시켰고 감염 후 8시간에 폐 바이러스 부하를 감소시켰다. 아세테이트는 감염 후 4일과 6일에 관찰된 감쇠된 폐 점액 및 IL-6 발현으로 바이러스 유발 전염증성 반응을 개선했습니다. 아세테이트의 이러한 인터페론 증강 효과는 인간 기관지 및 폐포 상피 세포주에서 확인되었다. 분화된 일차 기관지 상피 세포에서 부티레이트 처리는 RV 감염 동안 IFN-b 및 IFN-1 유전자 발현을 더 잘 조절했습니다.
결론:
SCFA는 RV 감염 동안 항바이러스 면역을 강화하고 바이러스 부하 및 전염증성 반응을 감소시킵니다. (J Allergy Clin Immunol 2023;151:447-57.)
점막 표면에 존재하는 상주하는 박테리아 군집(미생물군)은 면역 항상성에 중심적인 역할을 하며 천식, 대장염, 박테리아 및 바이러스 감염을 포함한 염증 및 감염 상태에 대한 반응을 지시합니다.1-5 단쇄와 같은 박테리아 대사 산물 지방산(SCFA), 주로 아세테이트, 낙산염 및 프로피오네이트는 현재 장내 미생물군과 숙주 세포 사이의 잘 알려진 연결 고리입니다.6,7 이러한 분자는 장내 미생물군의 구성 요소에 의한 식이 섬유의 대사를 통해 생성됩니다. SCFA는 국소 효과와 전신 효과를 모두 가지고 있습니다. 이들은 G-단백질 결합 수용체(즉, Gpr41, Gpr43 또는 Gpr109a)의 활성화 및 히스톤 데아세틸라제 억제를 비롯한 메커니즘을 통해 면역 세포의 활성화 및 기능을 조절하고 점막 항상성과 구강 내성을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 보다 최근에는 하기도 내 미생물군의 존재가 설명되었으며 호흡기 공생균이 SCFA와 같은 면역조절 능력을 가진 대사산물을 생성할 수 있는 대사 활성 유기체임을 나타내는 새로운 증거가 있습니다.8 따라서 SCFA는 폐 미생물군에 의해 국소적으로 방출되거나 장내 미생물총에서 유래된 미생물은 면역 조절에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 그러나 라이노바이러스(RV)에 대한 SCFA의 항바이러스 효과는 알려져 있지 않습니다.
RV는 전 세계적으로 전염병의 막대한 부담을 담당하고 있으며, 건강한 개인에게는 경미한 자가 제한 감기를 유발하고 천식이나 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)과 같은 만성 폐 질환이 있는 개인에게는 악화를 촉진합니다. 이러한 질병은 전 세계 의료 인프라에 상당한 경제적 비용을 초래합니다. 다양한 혈청형/변종이 연구에 상당한 어려움을 야기했기 때문에 현재 RV에 대한 효과적인 치료법이나 허가된 백신이 없습니다.9 따라서 RV 감염에 대한 새로운 예방 및 치료 접근 방식의 개발이 시급히 필요합니다. 장내 미생물 군집은 장 감염성 질환(예: 클로스트리디움 디피실리균)에 대한 임상적 이점을 제공하도록 치료적으로 조작될 수 있습니다. 유사하게 폐 항균 면역을 강화하기 위해 호흡기 공생 물질 또는 관련 대사 산물을 투여할 가능성은 아직 밝혀지지 않았습니다.10
우리는 이전에 고섬유질 식이 또는 SCFAs 아세테이트, 부티레이트 및 프로피오네이트의 투여가 호흡기 세포융합 바이러스(RSV) 감염으로부터 마우스를 보호한다는 것을 입증했습니다.5 아세테이트의 경구 투여는 IFN-b 생산을 유도하고 인터페론 자극 유전자의 발현을 증가시켰습니다. RSV 감염 동안 폐에서 ISGs). 또한 기도에 직접 투여된 아세테이트는 폐에서 ISG의 발현을 증가시켜 RSV 감염을 예방한다는 사실을 발견했습니다.11 따라서 우리는 국소 미생물 대사 산물 농도를 높이기 위해 아세테이트를 호흡기관에 직접 투여하면 유사한 보호 효과가 있을 것이라는 가설을 세웠습니다. RV 감염에 대한 효과. 여기에서 우리는 생쥐에서 아세테이트의 생체 내 투여가 항바이러스 I형 및 III형 인터페론(IFN)을 증가시키고 RV 복제를 감소시키며 바이러스 유발 면역병리를 약화시킨다는 것을 보여줍니다. 더 넓은 범위의 SCFA에 대한 특정 세포 유형의 시험관내 항바이러스 반응을 고려할 때, 우리는 이들 화합물이 폐포 대식세포 IFN 반응에 영향을 미치지 않고 상피에 차등 효과가 있음을 발견했습니다. 다른 SCFA와 함께 생체 내 효과가 더 복잡한 세포 간 상호 작용으로 인한 것일 수 있음을 시사합니다. 이러한 데이터는 폐 미생물 대사 환경의 조작이 호흡기 바이러스 감염의 예방 또는 치료에 대한 새로운 접근 방식을 나타낼 수 있음을 시사합니다.
행동 양식
윤리 선언문
모든 동물 실험은 동물법 1986 및 동물 연구: 영국 내무부 지침(영국 프로젝트 라이선스 PPL 번호 P07D80C24)에서 승인한 프로토콜에 따라 생체 내 실험 보고(ARRIVE) 지침에 따라 수행되었습니다.
RV 전파 및 정량화
마우스 및 인간 세포주 연구를 위해 소수 그룹 RV 혈청형-A1(RV-A1)을 오하이오 HeLa 세포(European Collection of Cell Cultures)에서 성장시켰다. 감염된 세포를 24시간 후에 수확하고, 바이러스를 농축 및 정제하고 앞에서 설명한 대로 바이러스 역가를 평가하기 위해 TCID50(50% 조직 배양 감염 용량) 분석을 수행했습니다.12 인간 1차 기관지 상피 세포(BEC) 연구의 경우 , RV-A1은 임상 샘플에서 분리된 사내 스톡의 RD-ICAM-1 세포에서 증식되었고 동일성을 확인하기 위해 시퀀싱되었습니다. RV-A1은 연속적으로 희석된 RV-A1로 RD-ICAM-1 세포를 감염시켜 적정한 다음 바이러스 역가를 평가하기 위해 세포 변성 효과 및 TCID50 분석을 관찰했습니다.
마우스 연구
6주령 암컷 BALB/c 마우스는 Harlan Laboratories(영국 더비)에서 구입하여 Imperial College London(영국)에서 특정 병원균이 없는 조건에서 유지되었습니다. 가벼운 이소플루오란 마취하에 50 mL의 아세트산나트륨, 부티레이트 또는 프로피오네이트(Sigma-Aldrich, St Louis, Mo)로 마우스를 비강내로 전처리하였다. 일부 실험에서 마우스는 24시간 후 50mL의 RV(5 3 106 TCID50)로 비강 내로 감염되었습니다. 동일한 접근법을 사용하는 이전 연구에 따르면 아세테이트 치료의 용량은 20mM이었습니다.11 아세테이트 치료는 감염 후 24시간마다 비강으로 투여되었습니다.
정량 실시간 PCR
제조사의 지침에 따라 RNeasy Mini 키트(Qiagen, Hilden, Germany)를 사용하여 폐(100mg의 폐 조직) 및 세포 용해물에서 총 RNA를 추출했습니다. cDNA는 랜덤 헥사머 프라이머(OmniscriptRT 키트, Qiagen)를 사용하여 합성되었습니다. 첫 번째 가닥 cDNA를 사용하여 IFN-b, IFN-l, Viperin, MuC5AC(마우스 및 인간), OAS1, RIG-I(Ddx58), MAVS, MDA-5(마우스) 및 이전에 보고된 바와 같이 프라이머 및 프로브를 사용한 TaqMan 분석.13 절대 정량화를 위해 각 유전자를 18s rRNA 수준으로 정규화하고 플라스미드 DNA 증폭에 의해 생성된 표준 곡선을 사용하여 관심 유전자의 정확한 복제본을 계산했습니다. 또는 2-DDCt(fold-change)를 사용하여 유전자 발현을 계산했습니다. PCR 조건은 TaqMan Universal PCR Master Mix(Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass) 프로토콜을 따랐습니다. 유전자 발현 분석은 StepOne(Applied Biosystems, Waltham, Mass)을 사용하여 수행되었습니다.
기관지폐포 세척액
펜토바르비톤 용액을 복강내 과다 투여하여 마우스를 안락사시키고 기관에 캐뉼러를 삽입했습니다. 폐를 멸균 PBS로 3회 세척하였다. BAL(Bronchoalveolar lavage) 액을 원심분리하고 이중 가닥 DNA 측정을 위해 상청액을 수집하고 펠렛을 현탁하여 총 세포 및 감별 계수를 확인했습니다. 감별 세포 계수를 위해 cytospin 슬라이드를 MayGrunwald-Giemsa로 염색하고 숙련된 조사자가 블라인드 방식으로 계수 절차를 수행했습니다.
이중 가닥 DNA 측정
제조업체의 프로토콜에 따라 Quant-iT PicoGreen 이중 가닥 DNA 시약(Invitrogen, Carlsbad, CA)을 사용하여 BAL 유체에서 이중 가닥 DNA를 측정했습니다.
조직학적 분석
BAL 후, 폐를 심장을 통해 PBS로 관류하고 4% 파라포름알데히드로 부풀린 다음 왼쪽 폐를 4% 파라포름알데히드로 24시간 동안 고정했습니다. 그 후, 조각을 파라핀 블록에 포매하고 5-mm 섹션으로 자르고, 헤마톡실린과 에오신으로 염색했습니다. 염증 침윤물은 마이크로미터 단위로 측정하였으며, Olympus CellSens Standard 소프트웨어(Olympus Corporation, Tokyo, Japan)를 사용하여 기관지 또는 혈관 상피의 끝에서 시작하여 염증 침윤의 끝까지 10회 측정하였다. 모든 계산은 실험 조건에 대해 블라인드로 수행되었습니다.
유세포분석
세포를 PBS 관류에 의해 폐로부터 분리한 다음, 1 mg/mL의 콜라게나제 IV(Invitrogen-Gibco, Waltham, Mass)가 보충된 RPMI 1640 배지에서 소화시켰다. 폐 및 BAL로부터 분리된 세포를 마우스 Fc 블록(#553141 BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ)과 함께 20분 동안 인큐베이션하였다. 세포를 세척하고 표면 항체 항-CD45(1:200, #557235, 클론 30-F11, BD Biosciences)로 염색했습니다. 세포내 염색을 위해 세포를 cytofix/cytoplasm(BD Biosciences) 및 anti-RIG-I(1:50, #35H2L48, ThermoFisher Scientific, Waltham, Mass)로 고정하고 배양 후 세포를 2차 항체 염소 항토끼 IgG로 표지했습니다. H&L Cy3-접합(1:1000, # ab97075, Abcam, Cambridge, Mass). 샘플은 유세포 분석기 BD FACS Canto-II(BD Biosciences)에서 획득했습니다. FlowJo 소프트웨어(버전 10, Tree Star, Inc, Ashland, VA)에서 데이터를 분석했습니다.
상피 세포주에 대한 시험관 내 연구
인간 BEC(BEAS-2B) 및 인간 폐 상피 세포(A549)는 ATCC(Manassas, Va)에서 구입하여 이전에 설명한 대로 배양했습니다.13 세포는 1의 농도로 개별적으로 접종했습니다.5 3 105 12-웰 플레이트의 세포/mL. 시딩 24시간 후, 세포를 추가 24시간 동안 400mM 아세트산나트륨(Sigma-Aldrich)으로 처리하였다. 그 후 세포에 RV-A1(Multiplicity of Infection[MOI] 2)을 1시간 동안 감염시킨 후 바이러스를 제거하고 세포를 세척한 후 5% FBS가 첨가된 새로운 배지를 첨가하였다. 추가 아세테이트 처리(400mM)를 감염 직후 및 세포 수확까지 24시간마다 추가하였다.
기본 BEC 및 윤리 승인 수집
건강한 비흡연자의 BEC는 서면 동의서와 함께 기관지경 검사 중 기관지 칫솔질에서 수집되었습니다. 모든 실험은 헌터 뉴잉글랜드 지역 보건 서비스 윤리 위원회(05/08/10/3.09)와 뉴캐슬 대학 안전 위원회(H-163-1205) 승인에 의해 수행되었습니다.
BEC 및 공기-액체 인터페이스 배양의 조건부 재프로그래밍
BEC는 rho 관련 단백질 키나아제 억제제(최종 농도 10mM)와 이전에 설명한 대로 단층 배양에서 조사된 NIH-3T3 섬유모세포와 함께 조건부로 재프로그래밍되었습니다.14,15 조건부 재프로그래밍된 배지는 둘베코 변형 이글 배지(고포도당 1L-글루타민)/5% FCS, 하이드로코르티손(400ng/mL), 인슐린(5mg/mL), 재조합 인간 상피 성장 인자(10ng /mL), 콜레라 독소(8.4ng/mL), 아데닌(23.9mg/mL) 및 0.2% 페니실린-스트렙토마이신.16 확장된 조건부 재프로그래밍된 BEC를 rho 관련 단백질 키나아제 억제제에서 떼어내고 {{24} }웰 폴리에스터 트랜스웰 멤브레인과 앞서 설명한 바와 같이 25일 동안 공기-액체 계면(ALI)에서 차별화되었습니다. 실험은 n 5 4 생명공학적 복제로 수행되었습니다. 표준 Alcian blue, pH 2.5 및 periodic acid-Schiff 염색을 5-mm 두께의 ALI 섹션에서 수행하여 pseudostratified epithelium을 시각화했습니다(www.jacionline.org에서 이 기사의 온라인 저장소에 있는 그림 E1 참조).
BEC 문화에서 SCFA 처리
감염 전에 ALI 배양액은 100, 400 또는 1600 mM의 아세테이트, 부티레이트로 기본적으로 처리되었습니다. , 또는 하이드로코르티손(0.1%)을 함유하는 기관지 상피 기초 배지 및 Dulbecco 변형 이글 배지(50:50 비율)로 구성된 600 mL ALI 최종 배지에서 24시간 동안 프로피온화 , 소 인슐린(0.1%), 에피네프린(0.1%), 트랜스페린(0.1%), 소 뇌하수체 추출물(0.4%) 및 에탄올아민(80mM), MgCl2(0.3mM), MgSO4(0.4mM), BSA(0.5mg) /mL), 암포테리신 B(250mg/mL), 올트랜스 레티노산(30ng/mL), 페니실린/스트렙토마이신(2%) 및 재조합 인간 상피 성장 인자(0.5ng/mL). 감염 당일 기저 배지를 새로운 ALI 최종 배지로 교체하고 SCFA 처리하여 종점 분석까지 방치하였다.
RV 감염 및 샘플링
ALI-BEC 문화는 RV-A1로 정단에 감염되었습니다. 처음에 RV-A1 스톡을 희석하여 0.1의 MOI를 얻었고 보충제, 1% 인슐린- 트랜스페린-셀레늄 및 0.5% 리놀레산. 그런 다음 나머지 실험을 위해 감염 배지를 신선한 기관지 상피 기본 배지(보충제 포함) 500mL로 교체했습니다. 감염 후 8- 및 48-시간에 정점 세척액(100mL PBS) 및 기저 배지 샘플을 수집하고 280°C에서 보관했습니다. RT-정량 PCR에 의한 유전자 발현 분석을 위해 세포를 280℃에서 1% 2-메르캅토에탄올을 함유하는 350mL RLT 완충액(Qiagen)에 보관하였다(도 E2, C).
증가된 항바이러스 면역 효과와 함께 아세테이트는 감염 후 48시간에 바이러스 RNA 복사 수(그림 E2, D)와 생 바이러스 로드(그림 E2, E)를 감소시키는 경향이 있었습니다. BEC 라인인 BEAS2B 세포에서 아세테이트 처리가 감염 후 8시간에 IFNB1 mRNA의 발현을 증가시키고 감염 후 4시간 및 8시간에 IFNL2 mRNA의 발현을 증가시키는 것을 관찰했습니다(그림 E2, F). Viperin 발현에 대한 유의한 효과는 없었다(도 E2, F). A459 세포에서 관찰된 바이러스 로드에 대한 효과와 대조적으로, BEAS2B 세포에서 바이러스 RNA 또는 TCID50 정량화에 대한 아세테이트의 효과는 없었습니다(그림 E2, G 및 H).
ALI-BEC 감염 배양에서 SCFA 처리가 항바이러스 반응에 미치는 영향
폐 상피 세포주에서 아세테이트의 강화 효과를 관찰한 후, 우리는 다음으로 ALI(체내 세포를 보다 충실하게 요약하는 실험 시스템)에서 분화된 1차 상피 세포 모델에서 효과를 평가하고자 했습니다. 세포 분화 및 형태는 술잔 세포의 형성(과요오드산-쉬프 염색)에 의해 확인되었다(도 E1).
아세테이트는 감염되지 않은 세포와 비교할 때 RV 감염 BEC에서 IFNB1 및 IFN12/3(IL28)을 유의하게 증가시켰지만(그림 3, B 및 D), 미처리 RV 감염 세포와 비교할 때 차이는 없었습니다. 아세테이트는 RV-A1 감염 후 8시간 또는 48시간에 바이러스 RNA를 감소시키는 경향이 있었습니다(그림 3, A 및 B). 아세테이트가 1차 분화된 상피 세포에서 제1형 IFN 반응의 RV 유도에 대해 덜 명확한 강화 효과를 가졌다는 점을 감안할 때, 우리는 부티레이트 또는 프로피오네이트가 식별 가능한 효과가 있는지 여부를 결정하기 위해 조사를 확장했습니다. 부티레이트 및 프로피오네이트는 또한 감염되지 않은 세포와 비교할 때 IFNb, IFN12/3(IL28) 및 IFN11(IL29) 유전자 발현의 mRNA 발현을 증가시켰다(도 3, F, G, H 및 L). 부티레이트 처리는 처리되지 않은 RV 감염 세포와 비교하여 RV 감염 후 48시간에 IFNB1, IL28 및 IL29의 발현을 증가시켰지만, 이 효과는 바이러스 부하에 영향을 미치기에는 충분하지 않았습니다(그림 3, I, J, K, 그리고 나). 우리는 SCFA 치료의 모든 용량에서 RV 유도 MUC5AC 발현에 대한 억제 효과를 발견하지 못했습니다(www. jacionline.org에 있는 이 기사의 온라인 저장소에서 그림 E3, AC 참조). 총체적으로, 이러한 데이터는 마우스 및 인간 세포주의 데이터와 달리 SCFA가 분화된 1차 상피 세포에서 항바이러스 면역에 더 제한적인 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.
폐포 대 식세포의 I 형 IFN 반응에 대한 SCFA의 영향 없음
아세테이트 및/또는 다른 SCFA의 항바이러스 효과가 폐포 대식세포(바이러스 감염 동안의 주요 초기 반응 세포 및 I형 IFN의 주요 공급원)의 조절 때문인지 여부를 조사하기 위해 SCFA 투여가 생체 외에서 미치는 영향을 평가했습니다. RVA1로 자극된 대식세포의 항바이러스 반응. 우리는 SCFA 투여가 RV에 의한 Ifnb1, Viperin 또는 OAS1의 유도에 유의한 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했으며, 이는 SCFA의 면역 강화 효과가 폐포 대식세포에 대한 효과를 통해 발생하지 않는다는 것을 나타냅니다(이 기사의 온라인에서 그림 E4, AC 참조). www.jacionline.org의 저장소).
기도 전달 SCFA는 RV 감염 전에 IFN-b 및 바이러스 감지 수용체를 증가시켰습니다.
SCFA에 의한 I형 IFN의 강화와 관련된 항바이러스 경로에 대한 추가 기계론적 통찰력을 얻기 위해 다음으로 항바이러스 경로 감지 유전자에 대한 이러한 화합물의 영향을 조사했습니다. 우리는 다시 24시간 동안 20mM 농도에서 3개의 SCFA(아세테이트, 부티레이트 및 프로피오네이트)를 비강내로 투여했습니다(그림 4, A). 우리는 SCFA가 세포질 바이러스 RNA 센서 MDA5 또는 그 어댑터 분자 MAVS의 발현에 미치는 영향을 발견하지 못했습니다(그림 4, B 및 C). 반대로, 낙산염 투여(다른 SCFA는 아님)는 RIGI mRNA 발현을 상향 조절했습니다(그림 4, D). RIG-I 발현에 대한 부티레이트의 증가 효과는 특히 폐 상피/간질 세포(CD452) 내에서 발견되었으며 조혈 면역 세포(CD451) 내에서는 효과가 관찰되지 않았습니다(그림 4, EI). 종합적으로, 이 데이터는 서로 다른 SCFA가 특정 항바이러스 감지 경로를 통해 작용하여 타고난 면역을 조절할 수 있음을 나타냅니다.
논의
이 연구는 미생물 대사 산물을 기도에 직접 투여하여 폐 선천성 면역을 강화하는 잠재적 이점에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 식이 섬유와 장내 미생물 유래 SCFA는 오랫동안 폐 건강에 유익한 효과와 연관되어 왔습니다. 무작위 위약 대조 시험에서 조산아에게 프리바이오틱스(섬유질)를 사용하면 생후 첫 해에 RV 감염을 예방할 수 있는 것으로 나타났습니다.20 식이 섬유질은 미생물 발효에 의해 SCFA로 분해될 수 있는 소화 불가능한 다당류입니다. 연구에 따르면 SCFA는 건강한 장내 미생물군을 조절할 수 있습니다.21 우리 연구는 SCFA의 호흡기관 투여가 숙주 반응에 직접적인 국소 유익한 효과를 가질 수 있음을 강조합니다. 우리는 SCFA에 의한 선천적 항바이러스 면역의 직접적인 폐 자극을 수반하는 미생물군에 대한 식이 매개 효과로부터 뚜렷한 메커니즘을 확인했습니다.
우리의 데이터는 SCFA 아세테이트의 투여가 정상 상태에서 항바이러스 면역 매개체의 기저 발현을 증가시킨다는 것을 보여줍니다. 이것은 개념적으로 IFN의 보다 강력한 초기 방출을 위해 폐를 프라이밍하는 아세테이트의 역할과 일치합니다. 이것은 아세테이트 투여가 마우스의 RV 감염에 대한 반응으로 IFN 및 ISG의 유도를 촉진한다는 우리의 연구 결과에 의해 뒷받침되었습니다. 이것은 감소된 바이러스 부하 및 이후의 전염증성 반응 및 점액 생성 억제와 관련이 있었습니다. 이러한 효과는 모두 급성 바이러스 감염의 맥락에서 유익한 것으로 간주됩니다. 우리의 데이터는 아세테이트가 심장 기능 개선, 적혈구 생성 및 면역 기억 형성과 같은 광범위한 건강상의 이점을 제공하는 데 관련되어 있음을 보여주는 문헌의 본문과 일치합니다. 면역 반응의 기능23-25 및 호흡기 질환 제어.
우리는 또한 초기 바이러스 복제의 주요 부위이기 때문에 상피의 RV 감염에 대한 아세테이트 투여의 효과를 연구했습니다. 우리는 인간 폐 세포주에서 아세테이트의 유사한 항바이러스 부스팅 효과를 발견했으며, BEAS-2B 세포(더 높은 기본 수준의 IFN 및 ISG를 발현하는 것으로 알려져 있음)보다 A549 세포에서 더 강력한 효과가 관찰되었습니다.27 ,28 이는 아세테이트 처리가 BEAS-2B 세포에 미치는 영향이 적은 이유를 부분적으로 설명할 수 있습니다. 대조적으로, 우리는 인간 1차 분화 BEC(ALI-BEC)에서 RV에 대한 I형 IFN 반응에 대한 아세테이트의 명확한 효과가 없음을 관찰했습니다. 또한, 우리는 또한 체외에서 배양된 폐포 대식세포에서 I형 IFN 반응을 조절하는 아세테이트 및 기타 SCFA의 능력을 평가했으며 유사하게 효과가 없음을 발견했습니다. 생체 내와 시험관 내 결과 사이의 이러한 불일치는 여러 세포 유형과 세포 간 통신이 생체 내에서 관찰되는 명확한 표현형에 원인이 될 수 있으며 분리된 세포를 SCFA로 처리할 때 덜 강력한 효과가 관찰될 수 있음을 시사할 수 있습니다.
우리 연구의 주요 초점은 선천적 항바이러스 면역에 대한 SCFA의 효과를 평가하는 것이었지만 적응 면역 반응에 대한 후속 효과가 발생할 수 있으며 향후 연구는 T- 및 B-림프구 개체군 및 생산에 대한 잠재적 영향에 초점을 맞출 수 있습니다. 중화 항체.
또한 우리가 사용한 마우스 모델은 상대적으로 제한된(;24-36시간) 바이러스 복제가 발생하는 모델이지만 측정된 모든 엔드포인트는 복제 의존적입니다.12,29 추가 연구, 마우스에 적응된 바이러스 변종 사용 더 지속적인 바이러스 복제가 발생하는 경우 더 심오하고 지속적인 효과를 나타낼 수 있습니다. 또한, 우리의 실험은 암컷 마우스에서만 수행되었으며 추가 연구를 통해 수컷에서도 유사한 효과가 발생하는지 확인해야 합니다.
아세테이트는 ALI-BEC에서 제한적인 효과를 나타내었지만 부티레이트 투여가 I형 IFN 반응의 RV 유도를 증가시킬 수 있음을 관찰했습니다. 이러한 데이터는 제I형 IFN 반응에 대한 부티레이트의 억제 효과를 입증한 Chemudupati et al,30의 연구와 대조됩니다. 그러나이 연구는 훨씬 더 높은 농도의 부티레이트를 사용했으며 다른 호흡기 바이러스에도 중점을 두었습니다.
폐의 점액 생성은 RV 감염의 특징이며, 특히 기도 염증의 MUC5AC 강화를 통해 천식 및 COPD의 임상적 중증도 증가 및 악화를 초래합니다.33 우리는 아세테이트 치료가 4일에 폐 Muc5AC 발현을 감소시키고 6 감염 후. 따라서 SCFA는 인플루엔자 감염34 및 알레르기성 기도 염증 동안 폐에서 점액 생성을 약화시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 ALI-BEC 세포에서 아세테이트는 Muc5AC 유전자 발현을 조절하지 않았지만 이후 시점이 검사하지 않음. 아세테이트로 처리하고 바이러스에 감염된 마우스에서 감소된 뮤신 발현에 대한 우리의 관찰은 I형 IFN이 바이러스 감염 동안 주요 기도 뮤신 Muc5ac 발현을 부정적으로 조절한다는 이전 연구 결과와 일치합니다.14 이것이 발생하는 분자 메커니즘은 불분명합니다. , 이전 증거에 따르면 IL-13 매개 2형 염증이 MUC5AC 유도에 중요할 수 있습니다.36,37 아세테이트가 기도 점액 생성에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 더 포괄적으로 이해하기 위한 추가 연구가 필요합니다.
SCFA가 IFN을 유도하는 분자 메커니즘을 연구하기 위해 항 바이러스 경로 감지 유전자의 발현을 추가로 측정했습니다. 우리는 부티레이트와 아세테이트가 순진한 마우스의 폐 상피 세포에서 RIG-I 발현을 유도할 수 있음을 관찰했습니다. 우리의 데이터는 이러한 SCFA가 바이러스 감지 반응을 증가시켜 바이러스 감염에 대한 증가된 선천적 반응을 위해 폐를 준비하고 있음을 시사합니다.
RV 감염에 대한 생체외 I형 IFN 생성 장애는 천식과 COPD 모두에서 기도 상피 세포에서 나타났습니다.38,39 이 결함은 이들 개인에서 바이러스 유발 악화에 대한 감수성을 증가시키는 것으로 추정됩니다. 이러한 결함을 유발하는 메커니즘은 알려져 있지 않습니다. 천식 및 COPD에서 관찰되는 미생물 불균형이 아세테이트 또는 다른 SCFA의 상대적 결핍을 유발하는지 여부를 결정하기 위해 동물 모델 또는 질병이 있는 세포 배양 시스템을 사용하는 추가 연구가 필요하며, 이는 손상된 항바이러스 면역을 회복하기 위해 투여를 통해 교정될 수 있습니다.
요약하면, RV 감염에 대한 치료제로서 SCFA의 사용은 폐 항바이러스 면역 반응의 중심 구성요소인 I형 및 III형 IFN 생산의 증가와 관련이 있습니다. 이 연구는 SCFA와 같은 미생물 대사 산물의 기도 투여가 항바이러스 면역에 유익한 효과를 가질 수 있으며 잠재적으로 호흡기 바이러스 질환의 중증도를 개선할 수 있음을 강조합니다.
참조
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