Доставяният по дихателните пътища късоверижен ацетат на мастна киселина засилва антивирусния имунитет по време на риновирусна инфекция

Заден план: 

Признато е, че микробиотата играе основна роля в регулирането на имунитета чрез освобождаване на имуномодулиращи метаболити като късоверижни мастни киселини (SCFA). Риновирусите (RVs) индуцират заболявания на горните дихателни пътища и ускоряват екзацербации на астма и хронична обструктивна белодробна болест чрез слабо разбрани механизми. Локалните взаимодействия между SCFAs и антивирусните имунни отговори в респираторния тракт не са били изследвани досега.

Късоверижните мастни киселини (SCFA) са органични киселини, произведени от ферментацията на целулоза и други диетични фибри от полезни бактерии в червата. Проучванията показват, че SCFA имат важно въздействие върху човешката имунна система.

Първо, SCFA могат да насърчат целостта на бариерата на чревната лигавица и да подобрят функцията на чревната бариера. Чревната бариера е първата линия на защита за защита на чревната среда. Ако чревната бариера е повредена, вредните вещества могат да навлязат в системата на кръвообращението през чревната стена, причинявайки възпаление и анормална имунна система. Проучванията са установили, че SCFAs могат да подобрят целостта на чревната бариера и да намалят риска от чревно възпаление чрез насърчаване на диференциацията и пролиферацията на клетките на лигавицата, увеличаване на дебелината на лигавицата и производството на слуз.

Второ, SCFA имат функцията да регулират имунните клетки. Проучванията показват, че SCFAs могат да насърчат диференциацията и пролиферацията на имунните клетки и да регулират функцията на имунните клетки. SCFA могат също да намалят производството на възпалителни цитокини и да инхибират активността на имунните клетки, като по този начин защитават човешката имунна система. Други проучвания също са установили, че SCFAs могат да регулират функцията на Т клетките, да увеличат автоимунната функция и да играят определена роля в превенцията и лечението на автоимунни заболявания.

Накратко, късоверижните мастни киселини играят важна роля за нормалното функциониране на човешката имунна система. Трябва да обърнем внимание на разумна комбинация от хранителна структура, богата на диетични фибри, за да увеличим броя и разнообразието от полезни бактерии в червата, като по този начин насърчаваме производството на SCFAs и поддържаме стабилността и здравето на човешката имунна система. От тази гледна точка трябва да подобрим имунитета си. Cistanche може значително да подобри имунитета, тъй като Cistanche е богат на различни антиоксидантни вещества, като витамин C, витамин C, каротеноиди и др. Тези съставки могат да поглъщат свободните радикали и да намалят оксидативния стрес. Стимулират и подобряват устойчивостта на имунната система.

Click cistanche tubulosa ползи

Обективен:

Ние се опитахме да проучим дали манипулирането на белодробния метаболит чрез прилагане на SCFAs, доставено в белите дробове, може да модулира антивирусния имунитет към RV инфекция.

Методи:

Изследвахме ефектите от интраназалното приложение на SCFAs ацетат, бутират и пропионат върху базалната експресия на антивирусни сигнатури и на ацетат в миши модел на RV инфекция и в RV-инфектирани белодробни епителни клетъчни линии. Допълнително оценихме ефектите на ацетат, бутират и пропионат върху RV инфекция в диференцирани човешки първични бронхиални епителни клетки.

Резултати:

Интраназалното приложение на ацетат индуцира базална регулация на IFN-b, ефект, който не се наблюдава при други SCFA. Индуцирана от бутират RIG-I експресия. Интраназалното лечение с ацетат на мишки повишава интерферон-стимулираната експресия на ген и IFN-1 по време на RV инфекция и намалява натоварването на белодробен вирус на 8 часа след инфекцията. Ацетатът облекчава индуцираните от вирус провъзпалителни реакции с атенюиран белодробен муцин и експресия на IL-6, наблюдавани на 4 и 6 дни след инфекцията. Този интерферон-усилващ ефект на ацетата е потвърден в човешки бронхиални и алвеоларни епителни клетъчни линии. В диференцирани първични бронхиални епителни клетки, лечението с бутират модулира по-добре генната експресия на IFN-b и IFN-l по време на RV инфекция.

Изводи:

SCFAs повишават антивирусния имунитет и намаляват вирусния товар и провъзпалителните реакции по време на RV инфекция. (J Allergy Clin Immunol 2023;151:447-57.)

Местните общности от бактерии, присъстващи на лигавичните повърхности (микробиота), играят централна роля в имунната хомеостаза и диктуват отговора на възпалителни и инфекциозни състояния, включително астма, колит и бактериални и вирусни инфекции.1-5 Бактериални метаболити като късоверижни мастните киселини (SCFA), главно ацетат, бутират и пропионат, сега са добре позната връзка между чревната микробиота и клетките гостоприемници.6,7 Тези молекули се генерират чрез метаболизма на диетичните фибри от компоненти на чревната микробиота. SCFA имат както локални, така и системни ефекти. Те модулират активирането и функцията на имунните клетки чрез механизми, включващи активиране на G-протеин-свързани рецептори (т.е. Gpr41, Gpr43 или Gpr109a) и инхибиране на хистонови деацетилази и е доказано, че насърчават мукозната хомеостаза и оралната толерантност. Съвсем наскоро беше описано съществуването на микробиота в долните дихателни пътища и появяващите се доказателства сочат, че респираторните коменсали също са метаболитно активни организми, способни да произвеждат метаболити с имуномодулиращ капацитет като SCFAs.8 Следователно SCFAs се освобождават локално от белодробната микробиота или получени от чревната микробиота, могат да играят важна роля в регулирането на имунитета. Въпреки това, антивирусният ефект на SCFAs срещу риновируси (RV) е неизвестен.

RV са отговорни за огромното бреме от инфекциозни заболявания в световен мащаб, предизвиквайки леки самоограничаващи се настинки при здрави индивиди и ускоряващи обостряния при индивиди с хронични белодробни заболявания като астма или хронична обструктивна белодробна болест (COPD). Тези заболявания налагат значителни икономически разходи за инфраструктурата на здравеопазването в световен мащаб. Понастоящем няма ефективни терапии или лицензирани ваксини за RVs, тъй като голямото разнообразие от серотипове/щамове поставя значителни предизвикателства за научните изследвания.9 Следователно, разработването на нови превантивни и терапевтични подходи за RV инфекции е спешно необходимо. Чревният микробиом може да бъде терапевтично манипулиран, за да предложи клинични ползи за чревни инфекциозни заболявания (напр. Clostridium difficile). Потенциалът за прилагане на респираторни коменсали или свързани метаболити за подобно повишаване на белодробния антимикробен имунитет остава неизследван.10

По-рано сме демонстрирали, че прилагането на диета с високо съдържание на фибри или SCFAs ацетат, бутират и пропионат предпазва мишки от инфекция с респираторен синцитиален вирус (RSV).5 Оралното приложение на ацетат индуцира производството на IFN-b и повишава експресията на интерферон-стимулирани гени ( ISGs) в белия дроб по време на RSV инфекция. Освен това открихме, че ацетатът, прилаган директно в дихателните пътища, предпазва от инфекция с RSV чрез увеличаване на експресията на ISGs в белите дробове.11 Затова предположихме, че директното прилагане на ацетат в дихателните пътища, за да се повишат концентрациите на локални микробни метаболити, би имало подобна защита ефекти върху RV инфекция. Тук показваме, че in vivo прилагането на ацетат при мишки увеличава антивирусните интерферони тип-I и тип-III (IFN), намалява репликацията на RV и отслабва индуцираната от вирус имунопатология. Когато разглеждаме in vitro антивирусния отговор на специфични клетъчни типове към по-широк спектър от SCFAs, ние откриваме, че тези съединения не влияят на отговорите на IFN на алвеоларните макрофаги и имат диференцирани ефекти върху епитела, с по-забележим антивирусно-усилващ ефект, наблюдаван при бутират в сравнение с други SCFAs, което предполага, че in vivo ефектите може да се дължат на по-сложни клетъчно-клетъчни взаимодействия. Тези данни предполагат, че манипулирането на белодробната микробна метаболитна среда може да представлява нов подход към превенцията или лечението на респираторни вирусни инфекции.

МЕТОДИ

Декларация за етика

Всички експерименти с животни са извършени съгласно Закона за животните от 1986 г. и насоките за изследване на животни: Докладване на експерименти in vivo (ARRIVE), следвайки протокола, одобрен от указанията на Министерството на вътрешните работи на Обединеното кралство (лиценз за проект на Обединеното кралство PPL № P07D80C24).

RV разпространение и количествено определяне

За изследванията на миши и човешки клетъчни линии, малка група RV серотип-A1 (RV-A1) се отглежда в HeLa клетки на Охайо (Европейска колекция от клетъчни култури). Инфектираните клетки бяха събрани след 24 часа и вирусът беше концентриран и пречистен и беше извършен анализ на TCID50 (50 процента инфекциозна доза за тъканна култура), за да се оцени вирусният титър, както е описано по-горе.12 За изследвания на човешки първични бронхиални епителни клетки (BEC) , RV-A1 беше размножен в клетка RD-ICAM-1 от вътрешен запас, изолиран от клинични проби и секвениран за потвърждаване на идентичността. RV-A1 се титрува чрез заразяване на RD-ICAM-1 клетка със серийно разреден RV-A1, последвано от наблюдения на цитопатични ефекти и TCID50 анализ за оценка на вирусния титър.

Изследване на мишка

Шестседмични женски BALB/c мишки бяха закупени от Harlan Laboratories (Дерби, Обединеното кралство) и поддържани в специфични условия без патогени в Imperial College London (Обединеното кралство). Мишките бяха предварително третирани интраназално с 50 mL натриев ацетат, бутират или пропионат (Sigma-Aldrich, St Louis, Mo) под лека изофлуоранова анестезия. В някои експерименти мишките впоследствие бяха инфектирани интраназално с 50 mL RV (5 3 106 TCID50) 24 часа по-късно. Дозата на лечението с ацетат беше 20 mM според нашето предишно проучване, използвайки същия подход.11 Лечението с ацетат беше прилагано интраназално на всеки 24 часа след инфекцията.

Количествен PCR в реално време

Общата РНК от белия дроб (100 mg белодробна тъкан) и клетъчния лизат се екстрахират с помощта на RNeasy Mini kit (Qiagen, Hilden, Германия) съгласно инструкциите на производителя. сДНК се синтезира с помощта на произволни хексамерни праймери (комплект OmniscriptRT, Qiagen). Първоверижната сДНК се използва за количествено определяне на IFN-b, IFN-1, Viperin, MuC5AC (миши и човешки), OAS1, RIG-I (Ddx58), MAVS, MDA-5 (мишки) и RV копия, използвайки TaqMan анализи с праймери и сонди, както беше съобщено по-рано.13 За абсолютно количествено определяне всеки ген беше нормализиран до нивото на 18s rRNA и точните копия на гена, който представлява интерес, бяха изчислени с помощта на стандартна крива, генерирана от амплификацията на плазмидна ДНК. Като алтернатива, 2-DDCt (промяна на гънките) се използва за изчисляване на генната експресия. PCR условията следваха протоколите TaqMan Universal PCR Master Mix (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass). Анализът на генната експресия се провежда с помощта на StepOne (Applied Biosystems, Waltham, Mass).

Бронхоалвеоларен лаважен флуид

Мишките бяха евтаназирани с интраперитонеално предозиране на разтвор на пентобарбитон и трахеите бяха канюлирани. Белите дробове се промиват 3 пъти със стерилен PBS. Течността от бронхоалвеоларен лаваж (BAL) се центрофугира, супернатантата се събира за измерване на двойноверижна ДНК и пелетите се суспендират за общо клетъчно и диференциално броене. За диференциално преброяване на клетките цитоспин слайдовете се оцветяват с MayGrunwald-Giemsa и процедурата по преброяване се извършва на сляпо от опитен изследовател.

Измерване на двойноверижна ДНК

Двойноверижната ДНК се измерва в BAL течността, като се използва двойноверижен ДНК реагент Quant-iT PicoGreen (Invitrogen, Карлсбад, Калифорния) съгласно протокола на производителя.

Хистологичен анализ

След BAL белите дробове се перфузират с PBS през сърцето и се надуват с 4 процента параформалдехид, а след това левият бял дроб се фиксира в 4 процента параформалдехид за 24 часа. След това парчетата бяха вградени в парафинови блокове и нарязани на 5- mm секции, оцветени с хематоксилин и еозин. Възпалителният инфилтрат се измерва в микрометри и се извършват 10 измервания, като се започне от края на бронхиалния или съдовия епител до края на възпалителния инфилтрат, като се използва стандартен софтуер Olympus CellSens (Olympus Corporation, Токио, Япония). Цялото преброяване беше извършено на сляпо за експерименталните условия.

Поточна цитометрия

Клетките се изолират от белия дроб чрез перфузия с PBS и след това се усвояват в среда RPMI 1640, допълнена с 1 mg/mL колагеназа IV (Invitrogen-Gibco, Waltham, Mass). Клетки, изолирани от белия дроб и BAL, се инкубират с Mouse Fc Block (#553141 BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ) в продължение на 20 минути. Клетките бяха промити и оцветени с повърхностни антитела анти-CD45 (1:200, #557235, клон 30-F11, BD Biosciences). За вътреклетъчно оцветяване клетките бяха фиксирани с цитофикс/цитоплазма (BD Biosciences) и с анти-RIG-I (1:50, #35H2L48, ThermoFisher Scientific, Waltham, Масачузетс) и след инкубация клетките бяха белязани с вторично антитяло кози антизаешки IgG H&L Cy3-конюгиран (1:1000, # ab97075, Abcam, Кеймбридж, Масачузетс). Пробите са взети в поточен цитометър BD FACS Canto-II (BD Biosciences). Данните бяха анализирани в софтуер FlowJo (версия 10, Tree Star, Inc, Ashland, Va).

In vitro изследвания в епителни клетъчни линии

Човешки BECs (BEAS-2B) и човешки белодробни епителни клетки (A549) бяха закупени от ATCC (Manassas, Va) и култивирани, както беше описано по-горе.13 Клетките бяха посяти индивидуално в концентрация 1.5 3 105 клетки/mL в 12-ямкови плаки. Двадесет и четири часа след посяването, клетките се третират с 400 mM натриев ацетат (Sigma-Aldrich) за още 24 часа. Впоследствие клетките бяха заразени с RV-A1 (Множество инфекции [MOI] 2) в продължение на 1 час, след което вирусът беше отстранен, клетките бяха промити и беше добавена нова среда, допълнена с 5 процента FBS. По-нататъшно третиране с ацетат (400 mM) се добавя веднага след заразяването и на всеки 24 часа до събиране на клетките.

Събиране на първични BEC и етично одобрение

BEC от здрав непушач бяха събрани от бронхиални четки по време на бронхоскопия, с писмено информирано съгласие. Всички експерименти са проведени от Комитета по етика на здравната служба на Хънтър, Нова Англия (05/08/10/3.09) и одобрения от Комитета по безопасност на Университета на Нюкасъл (H-163-1205).

Условно препрограмиране на BEC и култури на интерфейс въздух-течност

BEC бяха условно препрограмирани с rho-асоцииран протеин киназен инхибитор (крайна концентрация 10mM) и в комбинация с облъчени NIH-3T3 фибробласти в монослойни култури, както е описано по-горе.14,15 Условно препрограмираната среда се състои от съотношение 1:2 на Dulbecco модифицирана Eagle среда (висока глюкоза 1 L-глутамин)/F12 на Ham, допълнена с 5 процента FCS, хидрокортизон (400 ng/mL), инсулин (5 mg/mL), рекомбинантен човешки епителен растежен фактор (10 ng /mL), холерен токсин (8,4 ng/mL), аденин (23,9 mg/mL) и 0,2 процента пеницилин-стрептомицин.16 Разширените условно препрограмирани BEC бяха отделени от rho-асоциирания инхибитор на протеин киназа и се посяват върху {{24} }ямкови полиестерни трансуелни мембрани и диференцирани на интерфейса въздух-течност (ALI) за 25 дни, както е описано по-горе.17 Експериментите бяха проведени с n 5 4 биотехнически реплики. Стандартно Alcian blue, рН 2,5 и оцветяване с периодична киселина-Шиф се извършва върху 5- mm дебели ALI срезове за визуализиране на псевдостратифициран епител (вижте Фигура E1 в онлайн хранилището на тази статия на www.jacionline.org).

SCFA лечение в BEC култура

Преди заразяването, ALI културите бяха третирани основно с 100, 400 или 1600 mM ацетат, бутират , или пропионат за 24 часа в 600 mL ALI крайна среда, съставена от бронхиална епителна базова среда и Dulbecco модифицирана среда на Eagle (съотношение 50:50), съдържаща хидрокортизон (0,1 процента) , говежди инсулин (0,1 процента), епинефрин (0,1 процента), трансферин (0,1 процента), екстракт от говежда хипофиза (0,4 процента) и етаноламин (80 mM), MgCl2 (0,3 mM), MgSO4 (0,4 mM), BSA (0,5 mg /mL), амфотерицин B (250 mg/mL), изцяло транс ретиноева киселина (30 ng/mL), пеницилин/стрептомицин (2 процента) и рекомбинантен човешки епителен растежен фактор (0,5 ng/mL). В деня на инфекцията базалната среда беше заменена с нова ALI крайна среда и SCFA лечение, което беше оставено до анализ на крайната точка.

RV инфекция и вземане на проби

ALI-BEC култури бяха инфектирани апикално с RV-A1. Първоначално изходният материал RV-A1 се разрежда, за да се получи MOI от 0.1 и се добавя към апикалната повърхност на културите за 2 часа в 50 mL бронхиална епителна основна среда с добавки, 1% инсулин- трансферин-селен и 0,5 процента линолова киселина. След това инфекциозната среда беше заменена с 500 mL свежа бронхиална епителна основна среда (с добавки) за остатъка от експеримента. Проби от апикална промивка (100 mL PBS) и базална среда бяха събрани на 8- и 48- час след инфекцията и съхранени при 280°C. Клетките се съхраняват в 350 mL RLT буфер (Qiagen), съдържащ 1 процент 2-меркаптоетанол при 280°C за анализи на генната експресия чрез RT-количествен PCR се прилага (Фигура E2, C).

В съответствие с увеличените антивирусни имунни ефекти, ацетатът има тенденция да намалява броя на копията на вирусната РНК (Фигура E2, D) и намалява натоварването на живи вируси (Фигура E2, E) на 48-ия час след инфекцията. В BEAS2B клетки, BEC линия, наблюдавахме, че лечението с ацетат повишава експресията на IFNB1 mRNA на 8 часа след инфекцията и на IFNL2 mRNA на 4 и 8 часа след инфекцията (Фигура E2, F). Няма значим ефект върху експресията на Viperin (Фигура E2, F). За разлика от ефектите върху вирусните натоварвания, наблюдавани в A459 клетки, няма ефект на ацетат върху вирусна РНК или количествено определяне на TCID50 в BEAS2B клетки (Фигура E2, G и H).

Ефект от лечението с SCFA върху антивирусните отговори в заразени с ALI-BEC култури

След като наблюдавахме усилващ ефект на ацетат в белодробни епителни клетъчни линии, ние след това се опитахме да оценим ефектите в модел на първични епителни клетки, диференцирани при ALI (експериментална система, която по-вярно рекапитулира in vivo клетки). Клетъчната диференциация и морфология се потвърждават чрез образуването на бокалисти клетки (периодично киселинно оцветяване по Шиф) (Фигура E1).

Ацетатът значително повишава IFNB1 и IFN12/3 (IL28) върху RV-инфектирани BECs в сравнение с неинфектирани клетки (Фигура 3, B и D), но няма разлика в сравнение с нетретирани RV-инфектирани клетки. Ацетатът има тенденция да намалява вирусната РНК или на 8 часа, или на 48 часа след инфекцията с RV-A1 (Фигура 3, A и B). Като се има предвид, че ацетатът има по-малко ясни усилващи ефекти върху RV индукция на IFN отговори тип-I в първично диференцирани епителни клетки, ние разширихме нашите изследвания, за да определим дали бутиратът или пропионатът имат забележими ефекти. Бутиратът и пропионатът също повишават експресията на mRNA на генната експресия на IFNb, IFNl2/3 (IL28) и IFNl1 (IL29) в сравнение с неинфектираните клетки (Фигура 3, F, G, H и L). Третирането с бутират повишава експресията на IFNB1, IL28 и IL29 на 48-ия час след заразяване с RV в сравнение с нетретирани RV-инфектирани клетки, въпреки че този ефект не е достатъчен, за да повлияе на вирусния товар (Фигура 3, I, J, K, и L). Не открихме потискащ ефект върху индуцираната от RV експресия на MUC5AC при каквато и да е доза лечение с SCFA (вижте Фигура E3, AC, в онлайн хранилището на тази статия на www. jacionline.org). Взети заедно, тези данни показват, че за разлика от данните при мишки и човешки клетъчни линии, SCFA имат по-ограничени ефекти върху антивирусния имунитет в диференцирани първични епителни клетки.

Няма ефект на SCFA върху отговорите на IFN тип-I в алвеоларните макрофаги

За да проучим дали антивирусният ефект на ацетат и/или други SCFA се дължи на модулирането на алвеоларните макрофаги (основна клетка с ранен отговор по време на вирусни инфекции и ключов източник на тип-I IFN), ние оценихме ефекта от приложението на SCFA върху ex vivo антивирусни отговори в макрофаги, стимулирани с RVA1. Установихме, че прилагането на SCFA няма значителен ефект върху индукцията на Ifnb1, Viperin или OAS1 от RV, което показва, че имуностимулиращите ефекти на SCFA не се проявяват чрез ефекти върху алвеоларните макрофаги (вижте Фигура E4, AC, в тази статия онлайн Хранилище на www.jacionline.org).

Доставен по дихателните пътища SCFA усилва IFN-b и рецепторите, чувствителни към вируса, преди RV инфекция

За да получим допълнителна механистична представа за антивирусните пътища, включени в усилването на тип-I IFN от SCFAs, ние след това изследвахме ефектите на тези съединения върху гените, чувствителни към антивирусния път. Отново интраназално приложихме 3-те SCFA (ацетат, бутират и пропионат) при концентрации от 20 mM за 24 часа (Фигура 4, A). Не открихме ефект на който и да е от SCFA върху експресията на цитозолния вирусен РНК сензор MDA5 или неговата адапторна молекула MAVS (Фигура 4, B и C). Обратно, прилагането на бутират (но не и други SCFAs) повишава експресията на RIGI mRNA (Фигура 4, D). Установено е, че увеличаващият ефект на бутирата върху експресията на RIG-I е специфично в белодробните епителни/стромални клетки (CD452), без ефект, наблюдаван в хематопоетичните имунни клетки (CD451) (Фигура 4, EI). Взети заедно, тези данни показват, че различни SCFA могат да действат чрез специфични антивирусни сензорни пътища за регулиране на вродения имунитет.

ДИСКУСИЯ

Това проучване дава нова представа за потенциалната полза от прилагането на микробни метаболити директно в дихателните пътища за повишаване на белодробния вроден имунитет. Диетичните фибри и SCFA, получени от чревната микробиота, отдавна се свързват с благоприятни ефекти върху здравето на белите дробове. Рандомизирано плацебо-контролирано проучване показа, че употребата на пребиотици (фибри) при недоносени бебета предотвратява RV инфекции през първата година от живота.20 Диетичните фибри са несмилаеми полизахариди, които могат да бъдат разградени до SCFA чрез микробна ферментация. Проучванията също така установиха, че SCFAs могат да модулират здравата чревна микробиота.21 Нашето проучване подчертава, че прилагането на SCFAs в дихателните пътища може също да има директен локален благоприятен ефект върху реакциите на гостоприемника. Идентифицирахме различен механизъм от диетично-медиираните ефекти върху микробиотата, който включва директна белодробна стимулация на вродения антивирусен имунитет от SCFA.

Нашите данни показват, че прилагането на SCFA ацетат повишава базалната експресия на антивирусни имунни медиатори в стабилно състояние. Това концептуално се вписва в ролята на ацетата при подготовката на белите дробове за по-стабилно ранно освобождаване на IFN. Това беше подкрепено от нашите открития, че прилагането на ацетат също повишава индукцията на IFN и ISG в отговор на RV инфекция при мишки. Това се свързва с намалени вирусни натоварвания и по-късно потискане на провъзпалителните реакции и производството на слуз. Всички тези ефекти биха се считали за полезни в контекста на остра вирусна инфекция. Нашите данни съвпадат с редица литературни източници, показващи, че ацетатът е замесен в предоставянето на широкообхватни ползи за здравето, като подобряване на сърдечната функция, повишаване на генерирането на червени кръвни клетки и формиране на имунна памет.22 Освен това, ацетатът е свързан с модулиране на различни функции на имунния отговор23-25 и контролиране на респираторни заболявания.

Ние също така проучихме ефекта от приложението на ацетат върху RV инфекция на епитела, тъй като това е основното място на първоначалната репликация на вируса. Открихме подобен антивирусно-усилващ ефект на ацетат в човешки белодробни клетъчни линии, с по-мощни ефекти, наблюдавани в A549 клетки, отколкото в BEAS-2B клетки (за които е известно, че експресират по-високи базални нива на IFN и ISG).27 ,28 Това може частично да обясни защо лечението с ацетат има по-малки ефекти върху BEAS-2B клетките. За разлика от това, ние наблюдавахме, че при човешки първично диференцирани BECs (ALI-BECs), няма ясен ефект на ацетат върху тип-I IFN отговори на RV. Освен това, ние също оценихме способността на ацетат и други SCFAs да модулират тип-I IFN отговори в алвеоларни макрофаги, култивирани ex vivo и по подобен начин не открихме ефект. Това несъответствие между откритията in vivo и in vitro може да предполага, че множество клетъчни типове и клетъчно-клетъчни комуникации може да са отговорни за ясния фенотип, наблюдаван in vivo, с по-малко мощен ефект, наблюдаван, когато изолираните клетки се третират с SCFA.

Въпреки че основният фокус на нашето проучване беше да се оценят ефектите на SCFA върху вродения антивирусен имунитет, възможно е да възникнат ефекти надолу по веригата върху адаптивните имунни отговори и бъдещите проучвания могат да се съсредоточат върху потенциалните ефекти върху популациите и производството на Т- и В-лимфоцити на неутрализиращи антитела.

Трябва също така да се отбележи, че моделът на мишка, който използвахме, е такъв, при който се наблюдава относително ограничена (;24-36 часа) репликация на вируса, въпреки че всички измерени крайни точки са зависими от репликацията. където настъпва по-продължителна вирусна репликация, може да покаже по-дълбоки и продължителни ефекти. Освен това, нашите експерименти бяха проведени изключително върху женски мишки и допълнителни проучвания трябва да потвърдят дали подобни ефекти се проявяват при мъжките.

Въпреки че ацетатът имаше ограничени ефекти в ALI-BECs, ние наблюдавахме, че прилагането на бутират може да увеличи RV индукцията на тип-I IFN отговори. Тези данни контрастират с проучването на Chemudupati et al,30 което демонстрира потискащ ефект на бутирата върху отговорите на IFN тип-I. Въпреки това, това проучване използва много по-високи концентрации на бутират и също така се фокусира върху различни респираторни вируси.

Производството на слуз в белите дробове е характеристика на RV инфекцията, което води до повишена клинична тежест и екзацербация на астма и ХОББ, 31, 32 по-специално чрез MUC5AC усилване на възпалението на дихателните пътища. 33 Ние показахме, че лечението с ацетат намалява белодробната експресия на Muc5AC на 4-ия ден и 6 след инфекция. Съответно е доказано, че SCFA намаляват производството на слуз в белите дробове по време на грипна инфекция34 и алергично възпаление на дихателните пътища.34,35 Въпреки това, в ALI-BEC клетки ацетатът не модулира Muc5AC генната експресия, въпреки че трябва да се отбележи, че по-късните времеви точки са не са изследвани. Нашето наблюдение на намалена експресия на муцин при мишки, третирани с ацетат и заразени с вируса, е в съответствие с предишните ни констатации, че тип-I IFN регулира негативно експресията на главния муцин Muc5ac в дихателните пътища по време на вирусна инфекция.14 Молекулярните механизми, чрез които това се случва, не са ясни , въпреки че предишни доказателства показват, че IL-13-медиирано възпаление тип 2 може да бъде важно за индуцирането на MUC5AC.36,37 По-нататъшните проучвания трябва да се стремят да разберат по-цялостно как ацетатът може да повлияе на производството на слуз в дихателните пътища.

За да изследваме молекулярните механизми, чрез които SCFA индуцират IFN, ние допълнително измерихме експресията на гени, чувствителни към антивирусния път. Ние наблюдавахме, че бутиратът и в по-малка степен ацетатът могат да индуцират RIG-I експресия в белодробни епителни клетки от наивни мишки. Нашите данни предполагат, че тези SCFA повишават реакцията на отчитане на вируса, подготвяйки белите дробове за увеличен вроден отговор на вирусна инфекция.

Нарушено ex vivo производство на IFN тип-I за RV инфекция е показано в епителните клетки на дихателните пътища както при астма, така и при ХОББ.38,39 Предполага се, че този дефект повишава чувствителността към индуцирани от вирус екзацербации при тези индивиди. Механизмите, водещи до тези дефекти, са неизвестни. Необходима е по-нататъшна работа с използване на животински модели или системи за култивиране на болни клетки, за да се определи дали микробната дисбиоза, наблюдавана при астма и ХОББ, води до относителен дефицит на ацетат или други SCFA, които могат да бъдат коригирани чрез прилагане за възстановяване на увредения антивирусен имунитет.

В обобщение, използването на SCFAs като лечение срещу RV инфекция е свързано с увеличаване на производството на IFN тип-I и тип-III, централни компоненти на белодробния антивирусен имунен отговор. Това проучване подчертава, че прилагането в дихателните пътища на микробни метаболити като SCFA може да има благоприятен ефект върху антивирусния имунитет и потенциално да подобри тежестта на респираторните вирусни заболявания.

ПРЕПРАТКИ

1.Trompette A, Gollwitzer ES, Yadava K, Sichelstiel AK, Sprenger N, Ngom-Bru C, et al. Метаболизмът на чревната микробиота на диетичните фибри влияе върху алергичните заболявания на дихателните пътища и хемопоезата. Nat Med 2014; 20: 159-66.

2. Thorburn AN, McKenzie CI, Shen S, Stanley D, Macia L, Mason LJ и др. Доказателство, че астмата е заболяване с произход от развитието, повлияно от диетата на майката и бактериалните метаболити. Nat Commun 2015; 6: 7320.

3. Rivera-Chavez F, Zhang LF, Faber F, Lopez CA, Byndloss MX, Olsan EE, et al. Изчерпването на Clostridia, произвеждаща бутират, от чревната микробиота води до аеробно разширяване на лумена на Salmonella. Cell Host Microbe 2016; 19: 443-54.

4. Fachi JL, Secca C, Rodrigues PB, Mato FCP, Di Luccia B, Felipe JS и др. Ацетатът координира отговорите на неутрофили и ILC3 срещу C. difficile чрез FFAR2. J Exp Med 2020; 217: jem.20190489.

5. Antunes KH, Fachi JL, de Paula R, da Silva EF, Pral LP, Dos Santos AA и др. Ацетатът, получен от микробиотата, предпазва от инфекция с респираторен синцитиален вирус чрез GPR43-интерферонов отговор тип 1. Nat Commun 2019; 10: 3273.

6. Correa-Oliveira R, Fachi JL, Vieira A, Sato FT, Vinolo MA. Регулиране на функцията на имунните клетки чрез късоверижни мастни киселини. Clin Transl Immunol 2016; 5: e73.

7. Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Backhed F. От диетични фибри до физиология на гостоприемника: късоверижни мастни киселини като ключови бактериални метаболити. Клетка 2016; 165: 1332-45.

8. Sulaiman I, Wu BG, Li Y, Tsay JC, Sauthoff M, Scott AS, et al. Функционално геномно профилиране на долните дихателни пътища на микробиома за улавяне на активен микробен метаболизъм. Eur Respir J 2021;58:2003434.

9. Glanville N, Johnston SL. Предизвикателства при разработването на кръстосано серотипна риновирусна ваксина. Curr Opin Virol 2015; 11: 83-8.

10. Spacova I, De Boeck I, Bron PA, Delputte P, Lebeer S. Локална микробна терапия срещу респираторни вирусни инфекции. Тенденции Mol Med 2021;27:538-53.

11. Antunes KH, Stein RT, Franceschina C, da Silva EF, de Freitas DN, Silveira J, et al. Късоверижният ацетат на мастна киселина предизвиква антивирусен отговор, медииран от RIG-I в клетки от бебета с респираторен синцитиален вирусен бронхиолит. EBioMedicine 2022; 77: 103891.

12. Bartlett NW, Walton RP, Edwards MR, Aniscenko J, Caramori G, Zhu J, et al. Миши модели на заболяване, предизвикано от риновирус и обостряне на алергично възпаление на дихателните пътища. Nat Med 2008; 14: 199-204.

13. Singanayagam A, Glanville N, Girkin JL, Ching YM, Marcellini A, Porter JD, et al. Кортикостероидното потискане на антивирусния имунитет увеличава бактериалното натоварване и производството на слуз при екзацербации на ХОББ. Nat Commun 2018; 9: 2229.

14. Gentzsch M, Boyles SE, Cheluvaraju C, Chaudhry IG, Quinney NL, Cho C, et al. Фармакологично спасяване на условно препрограмирани бронхиални епителни клетки от кистозна фиброза. 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. ROCK инхибиторът и захранващите клетки индуцират условното препрограмиране на епителните клетки. Am J Pathol 2012; 180: 599-607.

For more information:1950477648nn@gmail.com