Acetát mastných kyselin s krátkým řetězcem podávaný dýchacími cestami zvyšuje antivirovou imunitu během infekce rhinoviry

Pozadí: 

Je známo, že mikrobiota hraje hlavní roli v regulaci imunity prostřednictvím uvolňování imunomodulačních metabolitů, jako jsou mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA). Rhinoviry (RV) indukují onemocnění horních cest dýchacích a urychlují exacerbace astmatu a chronické obstrukční plicní nemoci prostřednictvím nedostatečně pochopených mechanismů. Lokální interakce mezi SCFA a antivirovými imunitními reakcemi v dýchacím traktu nebyly dříve zkoumány.

Mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA) jsou organické kyseliny produkované fermentací celulózy a dalších dietních vláken prospěšnými bakteriemi ve střevě. Studie ukázaly, že SCFA mají důležitý vliv na lidský imunitní systém.

Za prvé, SCFA mohou podporovat integritu střevní slizniční bariéry a zlepšovat funkci střevní bariéry. Střevní bariéra je první linií obrany k ochraně střevního prostředí. Pokud je střevní bariéra poškozena, škodlivé látky se mohou přes střevní stěnu dostat do systému krevního oběhu a způsobit zánět a abnormální imunitní systém. Studie zjistily, že SCFA mohou zlepšit integritu střevní bariéry a snížit riziko střevního zánětu tím, že podporují diferenciaci a proliferaci slizničních buněk, zvyšují tloušťku sliznice a produkci hlenu.

Za druhé, SCFA mají funkci regulace imunitních buněk. Studie ukázaly, že SCFA mohou podporovat diferenciaci a proliferaci imunitních buněk a regulovat funkci imunitních buněk. SCFA mohou také snižovat produkci zánětlivých cytokinů a inhibovat aktivitu imunitních buněk, čímž chrání lidský imunitní systém. Další studie také zjistily, že SCFA mohou regulovat funkci T buněk, zvyšovat autoimunitní funkci a hrát určitou roli v prevenci a léčbě autoimunitních onemocnění.

Stručně řečeno, mastné kyseliny s krátkým řetězcem hrají důležitou roli v normálním fungování lidského imunitního systému. Měli bychom věnovat pozornost rozumné kombinaci struktury stravy, bohaté na vlákninu, abychom zvýšili počet a rozmanitost prospěšných bakterií ve střevech, a tím podpořili produkci SCFA a udrželi stabilitu a zdraví lidského imunitního systému. Z tohoto pohledu musíme zlepšit imunitu. Cistanche dokáže výrazně zlepšit imunitu, protože Cistanche je bohatá na různé antioxidační látky, jako je vitamín C, vitamín C, karotenoidy atd. Tyto složky dokážou vychytávat volné radikály a snižovat oxidační stres. Stimulovat a zlepšovat odolnost imunitního systému.

Click cistanche tubulosa výhody

Objektivní:

Snažili jsme se prozkoumat, zda manipulace s plicními metabolity prostřednictvím podávání SCFA do plic může modulovat antivirovou imunitu vůči infekci RV.

Metody:

Studovali jsme účinky intranazálního podávání acetátu, butyrátu a propionátu SCFA na bazální expresi antivirových signatur a acetátu na myším modelu infekce RV a v buněčných liniích plicních epiteliálních buněk infikovaných RV. Dále jsme hodnotili účinky acetátu, butyrátu a propionátu na infekci RV v diferencovaných lidských primárních bronchiálních epiteliálních buňkách.

Výsledek:

Intranasální podávání acetátu vyvolalo bazální upregulaci IFN-b, což je účinek, který nebyl pozorován u jiných SCFA. Butyrátem indukovaná exprese RIG-I. Ošetření myší intranazálním acetátem zvýšilo expresi genu stimulovaného interferonem a IFN-1 během infekce RV a snížilo zatížení plic virem 8 hodin po infekci. Acetát zmírnil virem indukované prozánětlivé reakce s oslabenou expresí plicního mucinu a IL-6 pozorovanou ve dnech 4 a 6 po infekci. Tento účinek acetátu zesilující interferon byl potvrzen u lidských bronchiálních a alveolárních epiteliálních buněčných linií. U diferencovaných primárních bronchiálních epiteliálních buněk léčba butyrátem lépe modulovala expresi genů IFN-b a IFN-1 během infekce RV.

Závěry:

SCFA zvyšují antivirovou imunitu a snižují virovou zátěž a prozánětlivé reakce během infekce RV. (J Allergy Clin Immunol 2023;151:447-57.)

Rezidentní komunity bakterií přítomné na površích sliznic (mikrobiota) hrají ústřední roli v imunitní homeostáze a určují odpověď na zánětlivé a infekční stavy včetně astmatu, kolitidy a bakteriálních a virových infekcí.1-5 Bakteriální metabolity, jako je krátký řetězec mastné kyseliny (SCFA), hlavně acetát, butyrát a propionát, jsou nyní dobře známým spojením mezi střevní mikroflórou a hostitelskými buňkami.6,7 Tyto molekuly jsou vytvářeny prostřednictvím metabolismu vlákniny ve složkách střevní mikroflóry. SCFA mají lokální i systémové účinky. Modulují aktivaci a funkci imunitních buněk prostřednictvím mechanismů včetně aktivace receptorů spřažených s G-proteinem (tj. Gpr41, Gpr43 nebo Gpr109a) a inhibice histonových deacetyláz a bylo prokázáno, že podporují slizniční homeostázu a orální toleranci. Nedávno byla popsána existence mikrobioty v dolních dýchacích cestách a objevující se důkazy naznačují, že respirační komenzálové jsou také metabolicky aktivní organismy schopné produkovat metabolity s imunomodulační schopností, jako jsou SCFA.8 SCFA tedy buď lokálně uvolňované plicní mikroflórou nebo Pocházející ze střevní mikroflóry mohou hrát významnou roli v regulaci imunity. Nicméně antivirový účinek SCFA proti rhinoviru (RV) není znám.

RV jsou zodpovědné za obrovskou zátěž infekčních onemocnění po celém světě, spouštějí mírné samovolně mizející nachlazení u zdravých jedinců a urychlují exacerbace u jedinců s chronickými plicními chorobami, jako je astma nebo chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN). Tato onemocnění představují značné ekonomické náklady na zdravotnickou infrastrukturu po celém světě. V současné době neexistují žádné účinné terapie nebo licencované vakcíny pro RV, protože velké množství sérotypů/kmenů představuje významné výzvy pro výzkum.9 Proto je naléhavě zapotřebí vyvinout nové preventivní a terapeutické přístupy pro infekce RV. Střevní mikrobiom lze terapeuticky upravit tak, aby nabídl klinické výhody pro střevní infekční onemocnění (např. Clostridium difficile). Potenciál pro podávání respiračních komenzálů nebo souvisejících metabolitů k podobnému posílení plicní antimikrobiální imunity zůstává neprozkoumaný.10

Již dříve jsme prokázali, že podávání stravy s vysokým obsahem vlákniny nebo SCFA acetátu, butyrátu a propionátu chránilo myši před infekcí respiračním syncytiálním virem (RSV).5 Orální podávání acetátu vyvolalo produkci IFN-b a zvýšenou expresi interferonem stimulovaných genů ( ISG) v plicích během infekce RSV. Kromě toho jsme zjistili, že acetát podávaný přímo do dýchacích cest chrání před infekcí RSV zvýšením exprese ISG v plicích.11 Proto jsme předpokládali, že přímé podání acetátu do dýchacího traktu, aby se zvýšila koncentrace lokálních mikrobiálních metabolitů, by mělo podobnou ochranu. účinky na infekci RV. Zde ukazujeme, že in vivo podávání acetátu u myší zvyšuje antivirové interferony typu I a typu III (IFN), snižuje replikaci RV a zeslabuje virem indukovanou imunopatologii. Při zvažování in vitro antivirové odpovědi specifických buněčných typů na širší škálu SCFA jsme zjistili, že tyto sloučeniny neovlivňují odpovědi alveolárních makrofágů IFN a mají rozdílné účinky na epitel, přičemž výraznější antivirový účinek je pozorován u butyrátu. s jinými SCFA, což naznačuje, že účinky in vivo mohou být způsobeny složitějšími interakcemi buňka-buňka. Tato data naznačují, že manipulace s prostředím plicního mikrobiálního metabolitu by mohla představovat nový přístup k prevenci nebo léčbě respiračních virových infekcí.

METODY

Etické prohlášení

Všechny pokusy na zvířatech byly prováděny podle zákona o zvířatech z roku 1986 a podle pokynů pro výzkum zvířat: hlášení experimentů in vivo (ARRIVE) podle protokolu schváleného směrnicemi ministerstva vnitra Spojeného království (licence projektu UK PPL č. P07D80C24).

Propagace a kvantifikace RV

Pro studie myších a lidských buněčných linií byla menší skupina RV sérotyp-A1 (RV-A1) pěstována v buňkách Ohio HeLa (European Collection of Cell Cultures). Infikované buňky byly sklizeny po 24 hodinách a virus byl koncentrován a purifikován a byl proveden test TCID50 (50% infekční dávka pro tkáňové kultury), aby se vyhodnotil virový titr, jak bylo popsáno dříve.12 Pro studie lidských primárních bronchiálních epiteliálních buněk (BEC) RV-A1 byl propagován v buňce RD-ICAM-1 z vlastní zásoby izolované z klinických vzorků a sekvenován pro potvrzení identity. RV-A1 byla titrována infikováním buňky RD-ICAM-1 sériově naředěným RV-A1, následovalo pozorování cytopatických účinků a test TCID50 pro hodnocení virového titru.

Studie myši

Šestitýdenní samice myší BALB/c byly zakoupeny od Harlan Laboratories (Derby, UK) a udržovány ve specifických podmínkách bez patogenů na Imperial College London (UK). Myši byly předem intranazálně ošetřeny 50 ml octanu sodného, ​​butyrátu nebo propionátu (Sigma-Aldrich, St Louis, Mo) v lehké isofluoranové anestezii. V některých experimentech byly myši následně infikovány intranazálně 50 ml RV (5 3 106 TCID50) o 24 hodin později. Dávka léčby acetátem byla 20 mM podle naší předchozí studie za použití stejného přístupu.11 Léčba acetátem byla podávána intranazálně každých 24 hodin po infekci.

Kvantitativní real-time PCR

Celková RNA z plic (100 mg plicní tkáně) a buněčný lyzát byly extrahovány pomocí sady RNeasy Mini (Qiagen, Hilden, Německo) podle pokynů výrobce. cDNA byla syntetizována pomocí náhodných hexamerových primerů (souprava OmniscriptRT, Qiagen). První vlákno cDNA bylo použito ke kvantifikaci kopií IFN-b, IFN-1, Viperinu, MuC5AC (myš a člověk), OAS1, RIG-I (Ddx58), MAVS, MDA-5 (myš) a RV pomocí TaqMan testy s primery a sondami, jak bylo uvedeno dříve.13 Pro absolutní kvantifikaci byl každý gen normalizován na úroveň 18s rRNA a přesné kopie požadovaného genu byly vypočteny pomocí standardní křivky vytvořené amplifikací plazmidové DNA. Alternativně byl k výpočtu genové exprese použit 2-DDCt (fold-change). Podmínky PCR se řídily protokoly TaqMan Universal PCR Master Mix (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass). Test genové exprese byl proveden pomocí StepOne (Applied Biosystems, Waltham, Mass).

Bronchoalveolární výplachová tekutina

Myši byly usmrceny intraperitoneálním předávkováním roztokem pentobarbitonu a trachey byly kanylovány. Plíce byly 3krát promyty sterilním PBS. Tekutina z bronchoalveolární laváže (BAL) byla odstředěna, supernatant byl odebrán pro měření dvouřetězcové DNA a pelety byly suspendovány pro celkový počet buněk a diferenciální počet. Pro diferenciální počítání buněk byla cytospinová sklíčka obarvena pomocí MayGrunwald-Giemsa a postup počítání byl prováděn naslepo zkušeným výzkumným pracovníkem.

Měření dvouvláknové DNA

Dvouřetězcová DNA byla měřena v tekutině BAL s použitím činidla pro dvouřetězcovou DNA Quant-iT PicoGreen (Invitrogen, Carlsbad, CA) podle protokolu výrobce.

Histologická analýza

Po BAL byly plíce perfundovány PBS přes srdce a nafouknuty 4% paraformaldehydem a poté byla levá plíce fixována ve 4% paraformaldehydu po dobu 24 hodin. Poté byly kousky vloženy do parafínových bloků a nařezány na 5-mm řezy, obarveny hematoxylinem a eosinem. Zánětlivý infiltrát byl měřen v mikrometrech a bylo provedeno 10 měření, počínaje od konce bronchiálního nebo cévního epitelu do konce zánětlivého infiltrátu pomocí softwaru Olympus CellSens Standard (Olympus Corporation, Tokyo, Japonsko). Veškeré počítání bylo prováděno slepě k experimentálním podmínkám.

Průtoková cytometrie

Buňky byly izolovány z plic perfuzí PBS a poté štěpeny v médiu RPMI 1640 doplněném 1 mg/ml kolagenázy IV (Invitrogen-Gibco, Waltham, Massachusetts). Buňky izolované z plic a BAL byly inkubovány s Mouse Fc Block (#553141 BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ) po dobu 20 minut. Buňky byly promyty a obarveny povrchovými protilátkami anti-CD45 (1:200, #557235, klon 30-F11, BD Biosciences). Pro intracelulární barvení byly buňky fixovány cytofixem/cytoplazmou (BD Biosciences) a anti-RIG-I (1:50, #35H2L48, ThermoFisher Scientific, Waltham, Mass) a po inkubaci byly buňky označeny sekundární protilátkou kozí antikráličí IgG H&L Cy3-konjugovaný (1:1000, # ab97075, Abcam, Cambridge, Mass). Vzorky byly získány v průtokovém cytometru BD FACS Canto-II (BD Biosciences). Data byla analyzována v softwaru FlowJo (verze 10, Tree Star, Inc, Ashland, VA).

In vitro studie na epiteliálních buněčných liniích

Lidské BEC (BEAS-2B) a lidské plicní epiteliální buňky (A549) byly zakoupeny od ATCC (Manassas, Va) a kultivovány, jak bylo popsáno dříve.13 Buňky byly naočkovány jednotlivě v koncentraci 1.5 3 105 buněk/ml v 12-jamkových destičkách. Dvacet čtyři hodin po naočkování byly buňky ošetřeny 400 mM octanu sodného (Sigma-Aldrich) po dobu dalších 24 hodin. Následně byly buňky infikovány RV-A1 (Multiplicity of Infection [MOI] 2) po dobu 1 hodiny, poté byl virus odstraněn, buňky byly promyty a bylo přidáno nové médium doplněné 5 procenty FBS. Další ošetření acetátem (400 mM) bylo přidáno ihned po infekci a každých 24 hodin až do sklizně buněk.

Sběr primárních BECs a etické schválení

BEC od zdravého nekuřáka byly odebrány z bronchů během bronchoskopie s písemným informovaným souhlasem. Všechny experimenty byly provedeny Etickým výborem zdravotních služeb v oblasti Hunter New England (05/08/10/3.09) a schválením Bezpečnostního výboru University of Newcastle (H-163-1205).

Podmíněné přeprogramování BEC a kultur rozhraní vzduch-kapalina

BEC byly podmíněně přeprogramovány rho-asociovaným inhibitorem proteinkinázy (konečná koncentrace 10mM) a v kombinaci s ozářenými NIH-3T3 fibroblasty v monovrstvových kulturách, jak bylo popsáno dříve.14,15 Podmíněně přeprogramovaná média sestávala z poměr 1:2 Dulbecco modifikované Eagle médium (1 L-glutamin s vysokým obsahem glukózy)/Ham's F12 doplněné 5 procenty FCS, hydrokortison (400 ng/ml), inzulín (5 mg/ml), rekombinantní lidský epiteliální růstový faktor (10 ng /ml), toxin cholery (8,4 ng/ml), adenin (23,9 mg/ml) a 0,2 procenta penicilin-streptomycin.16 Expandované podmíněně přeprogramované BEC byly odstaveny z rho-asociovaného inhibitoru proteinkinázy a nasazeny na {{24} } dobře polyesterové transwell membrány a diferencované na rozhraní vzduch-kapalina (ALI) po dobu 25 dnů, jak bylo popsáno dříve.17 Experimenty byly provedeny s n 5 4 biotechnickými replikáty. Na řezech ALI o tloušťce 5- mm bylo provedeno standardní alciánská modř, pH 2,5 a barvení kyselinou periodickou-Schiff, aby se vizualizoval pseudostratifikovaný epitel (viz obr. E1 v online úložišti tohoto článku na www.jacionline.org).

Léčba SCFA v kultuře BEC

Před infekcí byly kultury ALI bazálně ošetřeny 100, 400 nebo 1600 mM acetátu, butyrátu nebo propionát po dobu 24 hodin v 600 ml konečného média ALI složeného z bronchiálního epiteliálního základního média a Eaglova média modifikovaného Dulbeccem (poměr 50:50) obsahujícího hydrokortison (0,1 procenta) hovězí inzulín (0,1 procenta), epinefrin (0,1 procenta), transferin (0,1 procenta), extrakt z hovězí hypofýzy (0,4 procenta) a ethanolamin (80 mM), MgCl2 (0,3 mM), MgS04 (0,4 mM), BSA (0,5 mg /ml), amfotericin B (250 mg/ml), kyselina all-trans retinová (30 ng/ml), penicilin/streptomycin (2 procenta) a rekombinantní lidský epiteliální růstový faktor (0,5 ng/ml). V den infekce bylo bazální médium nahrazeno novým konečným médiem ALI a ošetřením SCFA, které bylo ponecháno až do konečné analýzy.

Infekce RV a odběr vzorků

Kultury ALI-BEC byly apikálně infikovány RV-A1. Zpočátku byl zásobní roztok RV-A1 naředěn tak, aby bylo dosaženo MOI 0,1 a přidán na apikální povrch kultur na 2 hodiny v 50 ml média bronchiálního epitelu s doplňky, 1 procentem inzulinu transferin-selen a 0,5 procenta kyseliny linolové. Infekční médium bylo poté nahrazeno 500 ml čerstvého média bronchiálního epitelu (s doplňky) po zbytek experimentu. Vzorky apikálního promytí (100 ml PBS) a bazálního média byly odebrány 8- a 48-hodinu po infekci a skladovány při 2808C. Buňky byly skladovány ve 350 ml RLT pufru (Qiagen) obsahujícím 1 procento 2-merkaptoethanolu při 2808 °C pro analýzy genové exprese pomocí RT-kvantitativní PCR byla podávána (obr. E2, C).

V souladu se zvýšenými antivirovými imunitními účinky měl acetát tendenci snižovat počet kopií virové RNA (obr. E2, D) a snižovat zatížení živými viry (obr. E2, E) 48 hodin po infekci. U buněk BEAS2B, linie BEC, jsme pozorovali, že ošetření acetátem zvýšilo expresi mRNA IFNB1 8 hodin po infekci a mRNA IFNL2 4 a 8 hodin po infekci (obr. E2, F). Nebyl zjištěn žádný významný účinek na expresi Viperinu (obr. E2, F). Na rozdíl od účinků na virové zátěže pozorovaných v buňkách A459 nebyl žádný účinek acetátu na kvantifikaci virové RNA nebo TCID50 v buňkách BEAS2B (obr. E2, G a H).

Vliv léčby SCFA na antivirové odpovědi v kulturách infikovaných ALI-BEC

Po pozorování zesilujícího účinku acetátu v buněčných liniích plicního epitelu jsme se dále snažili vyhodnotit účinky na modelu primárních epiteliálních buněk diferencovaných na ALI (experimentální systém, který věrněji rekapituluje buňky in vivo). Buněčná diferenciace a morfologie byly potvrzeny tvorbou pohárkových buněk (kyselina jodistá-Schiffovo barvení) (obr. El).

Acetát významně zvýšil IFNB1 a IFN12/3 (IL28) na BEC infikovaných RV ve srovnání s neinfikovanými buňkami (obr. 3, B a D), ale nebyl zde žádný rozdíl ve srovnání s neošetřenými buňkami infikovanými RV. Acetát měl tendenci snižovat virovou RNA buď 8 hodin nebo 48 hodin po infekci RV-A1 (obr. 3, A a B). Vzhledem k tomu, že acetát měl méně jasné zesilující účinky na RV indukci IFN odpovědí typu I v primárně diferencovaných epiteliálních buňkách, rozšířili jsme naše výzkumy, abychom určili, zda má butyrát nebo propionát rozeznatelné účinky. Butyrát a propionát také zvýšily mRNA expresi genů IFNb, IFNl2/3 (IL28) a IFNl1 (IL29) ve srovnání s neinfikovanými buňkami (obr. 3, F, G, H a L). Léčba butyrátem zvýšila expresi IFNB1, IL28 a IL29 48 hodin po infekci RV ve srovnání s neošetřenými buňkami infikovanými RV, ačkoli tento účinek nebyl dostatečný, aby měl dopad na virovou zátěž (obr. 3, I, J, K, a L). Nezjistili jsme žádný supresivní účinek na expresi MUC5AC indukovanou RV při jakékoli dávce léčby SCFA (viz obr. E3, AC, v online úložišti tohoto článku na www. jacionline.org). Souhrnně tato data naznačují, že na rozdíl od údajů u myší a lidských buněčných linií mají SCFA omezenější účinky na antivirovou imunitu v diferencovaných primárních epiteliálních buňkách.

Žádný účinek SCFA na odpovědi IFN typu I v alveolárních makrofázích

Abychom prozkoumali, zda antivirový účinek acetátu a/nebo jiných SCFA byl způsoben modulací alveolárních makrofágů (hlavní buňka časně reagující na virové infekce a klíčový zdroj IFN typu I), hodnotili jsme účinek podávání SCFA na ex vivo. antivirové odpovědi v makrofázích stimulovaných RVA1. Zjistili jsme, že podávání SCFA nemělo žádný významný účinek na indukci Ifnb1, Viperinu nebo OAS1 pomocí RV, což naznačuje, že účinky SCFA na posílení imunity se nevyskytují prostřednictvím účinků na alveolární makrofágy (viz obr. E4, AC, v tomto článku Online úložiště na www.jacionline.org).

SCFA dodaná dýchacími cestami rozšířila IFN-b a virové receptory před infekcí RV

Abychom získali další mechanistický pohled na antivirové dráhy zapojené do posílení IFN typu I pomocí SCFA, dále jsme zkoumali účinky těchto sloučenin na geny snímající antivirové dráhy. Znovu jsme intranazálně podali 3 SCFA (acetát, butyrát a propionát) v koncentracích 20 mM po dobu 24 hodin (obr. 4, A). Nezjistili jsme žádný účinek žádného z SCFA na expresi cytosolického virového RNA senzoru MDA5 nebo jeho adaptorové molekuly MAVS (obr. 4, B a C). Naopak podávání butyrátu (ale ne jiných SCFA) zvýšilo expresi RIGI mRNA (obr. 4, D). Bylo zjištěno, že zvyšující účinek butyrátu na expresi RIG-I je specificky v plicních epiteliálních/stromálních buňkách (CD452), přičemž žádný účinek není pozorován v hematopoetických imunitních buňkách (CD451) (obr. 4, EI). Souhrnně tato data naznačovala, že různé SCFA mohou působit prostřednictvím specifických cest antivirového snímání k regulaci vrozené imunity.

DISKUSE

Tato studie poskytuje nový pohled na potenciální přínos podávání mikrobiálních metabolitů přímo do dýchacích cest pro posílení vrozené plicní imunity. Vláknina z potravy a SCFA odvozené ze střevní mikrobioty jsou již dlouho spojovány s příznivými účinky na zdraví plic. Randomizovaná placebem kontrolovaná studie ukázala, že použití prebiotik (vláknin) u předčasně narozených dětí zabránilo infekcím RV v prvním roce života.20 Dietní vláknina jsou nestravitelné polysacharidy, které mohou být degradovány na SCFA mikrobiální fermentací. Studie také zjistily, že SCFA mohou modulovat zdravou střevní mikroflóru.21 Naše studie zdůrazňuje, že podávání SCFA do dýchacích cest může mít také přímé lokální příznivé účinky na reakce hostitele. Identifikovali jsme odlišný mechanismus od účinků zprostředkovaných stravou na mikrobiotu, který zahrnuje přímou plicní stimulaci přirozené antivirové imunity pomocí SCFA.

Naše data ukazují, že podávání acetátu SCFA zvyšuje bazální expresi antivirových imunitních mediátorů v ustáleném stavu. To koncepčně odpovídá roli acetátu při aktivaci plic pro robustnější časné uvolňování IFN. To bylo podpořeno našimi zjištěními, že podávání acetátu také zesílilo indukci IFN a ISG v reakci na infekci RV u myší. To bylo spojeno se sníženou virovou zátěží a pozdějším potlačením prozánětlivých reakcí a produkce hlenu. Všechny tyto účinky by byly považovány za prospěšné v kontextu akutní virové infekce. Naše data se shodují s množstvím literatury, která ukazuje, že acetát se podílí na poskytování široké škály zdravotních výhod, jako je zlepšení srdeční funkce, zvýšení tvorby červených krvinek a tvorba imunitní paměti.22 Acetát je navíc spojen s modulací různých funkce imunitní odpovědi23-25 a kontrola respiračních onemocnění.

Studovali jsme také vliv podávání acetátu na RV infekci epitelu, protože je primárním místem počáteční replikace viru. Našli jsme podobný antivirově posilující účinek acetátu v lidských plicních buněčných liniích, přičemž silnější účinky byly pozorovány u buněk A549 než u BEAS-2B buněk (o kterých je známo, že exprimují vyšší bazální hladiny IFN a ISG).27 ,28 To by mohlo částečně vysvětlit, proč měla léčba acetátem menší účinky u BEAS-2B buněk. Na rozdíl od toho jsme pozorovali, že u lidských primárně diferencovaných BEC (ALI-BEC) nebyl žádný jasný účinek acetátu na odpovědi IFN typu I na RV. Kromě toho jsme také hodnotili schopnost acetátu a dalších SCFA modulovat odpovědi IFN typu I v alveolárních makrofázích kultivovaných ex vivo a podobně jsme nenašli žádný účinek. Tento nesoulad mezi zjištěními in vivo a in vitro může naznačovat, že za jasný fenotyp pozorovaný in vivo může být odpovědný více typů buněk a komunikace mezi buňkami, s méně silným účinkem pozorovaným, když jsou izolované buňky ošetřeny SCFA.

Ačkoli primárním cílem naší studie bylo vyhodnotit účinky SCFA na vrozenou antivirovou imunitu, je možné, že by se mohly objevit následné účinky na adaptivní imunitní reakce a budoucí studie se mohou zaměřit na potenciální účinky na populace a produkci T- a B-lymfocytů. neutralizačních protilátek.

Je třeba také poznamenat, že myší model, který jsme použili, je model, kde dochází k relativně omezené (24-36 hodin) replikaci viru, i když všechny měřené koncové body jsou závislé na replikaci.12,29 Další studie s použitím kmenů viru adaptovaných na myši tam, kde dochází k trvalejší replikaci viru, může vykazovat hlubší a trvalejší účinky. Kromě toho byly naše experimenty prováděny výhradně na samicích myší a další studie by měly potvrdit, zda se podobné účinky vyskytují i ​​u samců.

Ačkoli měl acetát omezené účinky na ALI-BEC, pozorovali jsme, že podávání butyrátu by mohlo zvýšit RV indukci IFN odpovědí typu I. Tyto údaje kontrastují se studií Chemudupatiho a kol.,30 která prokázala supresivní účinek butyrátu na odpovědi IFN typu I. Tato studie však používala mnohem vyšší koncentrace butyrátu a zaměřila se také na různé respirační viry.

Produkce hlenu v plicích je charakteristická pro infekci RV, která vede ke zvýšené klinické závažnosti a exacerbaci astmatu a CHOPN,31,32 konkrétně prostřednictvím MUC5AC zesílení zánětu dýchacích cest.33 Ukázali jsme, že léčba acetátem snížila expresi Muc5AC v plicích ve dnech 4 a 6 po infekci. V souladu s tím bylo prokázáno, že SCFA snižují produkci hlenu v plicích během chřipkové infekce34 a alergického zánětu dýchacích cest.34,35 Nicméně v buňkách ALI-BEC acetát nemoduloval expresi genu Muc5AC, i když je třeba poznamenat, že pozdější časové body byly nezkoumáno. Naše pozorování snížené exprese mucinu u myší léčených acetátem a infikovaných virem je v souladu s našimi předchozími zjištěními, že IFN typu I negativně reguluje expresi Muc5ac hlavního mucinu v dýchacích cestách během virové infekce.14 Molekulární mechanismy, kterými k tomu dochází, nejsou jasné. i když předchozí důkazy ukazují, že zánět typu 2 zprostředkovaný IL{16}} může být důležitý při indukci MUC5AC.36,37 Další studie by se měly snažit o komplexnější pochopení toho, jak může acetát ovlivnit produkci hlenu v dýchacích cestách.

Ke studiu molekulárních mechanismů, kterými SCFA indukují IFN, jsme dodatečně měřili expresi genů snímajících antivirovou dráhu. Pozorovali jsme, že butyrát a v menší míře acetát mohou indukovat expresi RIG-I v plicních epiteliálních buňkách z naivních myší. Naše data naznačují, že tyto SCFA zvyšují odpověď na detekci viru a připravují plíce na rozšířenou vrozenou odpověď na virovou infekci.

Zhoršená ex vivo produkce IFN typu I při infekci RV byla prokázána v epiteliálních buňkách dýchacích cest u astmatu i CHOPN.38,39 Předpokládá se, že tento defekt u těchto jedinců zvyšuje náchylnost k virem vyvolaným exacerbacím. Mechanismy způsobující tyto defekty nejsou známy. Je zapotřebí další práce na zvířecích modelech nebo systémech nemocných buněčných kultur, aby bylo možné určit, zda mikrobiální dysbióza pozorovaná u astmatu a CHOPN vede k relativnímu nedostatku acetátu nebo jiných SCFA, který by mohl být korigován podáváním k obnovení narušené antivirové imunity.

Souhrnně lze říci, že použití SCFA jako léčby proti infekci RV je spojeno se zvýšením produkce IFN typu I a typu III, centrálních složek plicní antivirové imunitní odpovědi. Tato studie zdůrazňuje, že podávání mikrobiálních metabolitů do dýchacích cest, jako jsou SCFA, může mít příznivé účinky na antivirovou imunitu a mohlo by potenciálně zmírnit závažnost respiračních virových onemocnění.

REFERENCE

1. Trompette A, Gollwitzer ES, Yadava K, Sichelstiel AK, Sprenger N, Ngom-Bru C, et al. Metabolismus dietní vlákniny střevní mikroflórou ovlivňuje alergické onemocnění dýchacích cest a krvetvorbu. Nat Med 2014;20:159-66.

2. Thorburn AN, McKenzie CI, Shen S, Stanley D, Macia L, Mason LJ, et al. Důkaz, že astma je onemocnění vývojového původu ovlivněné stravou matek a bakteriálními metabolity. Nat Commun 2015;6:7320.

3. Rivera-Chavez F, Zhang LF, Faber F, Lopez CA, Byndloss MX, Olsan EE, a kol. Vyčerpání klostridií produkujících butyrát ze střevní mikroflóry pohání aerobní luminální expanzi Salmonella. Cell Host Microbe 2016;19:443-54.

4. Fachi JL, Secca C, Rodrigues PB, Mato FCP, Di Luccia B, Felipe JS a kol. Acetát koordinuje reakce neutrofilů a ILC3 proti C. difficile prostřednictvím 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. Acetát získaný z mikrobioty chrání před infekcí respiračním syncyciálním virem prostřednictvím reakce interferonu GPR43-typu 1. Nat Commun 2019;10:3273.

6. Correa-Oliveira R, Fachi JL, Vieira A, Sato FT, Vinolo MA. Regulace funkce imunitních buněk mastnými kyselinami s krátkým řetězcem. Clin Transl Immunol 2016;5:e73.

7. Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Backhed F. Od vlákniny k hostitelské fyziologii: mastné kyseliny s krátkým řetězcem jako klíčové bakteriální metabolity. Buňka 2016;165: 1332-45.

8. Sulaiman I, Wu BG, Li Y, Tsay JC, Sauthoff M, Scott AS a kol. Funkční profilování genomu dolních dýchacích cest mikrobiomu k zachycení aktivního mikrobiálního metabolismu. Eur Respir J 2021;58:2003434.

9. Glanville N, Johnston SL. Výzvy při vývoji zkřížené sérotypové vakcíny proti rhinoviru. Curr Opin Virol 2015;11:83-8.

10. Spacova I, De Boeck I, Bron PA, Delputte P, Lebeer S. Topická mikrobiální terapeutika proti respiračním virovým infekcím. Trendy Mol Med 2021;27:538-53.

11. Antunes KH, Stein RT, Franceschina C, da Silva EF, de Freitas DN, Silveira J, et al. Acetát mastných kyselin s krátkým řetězcem spouští antivirovou odpověď zprostředkovanou RIG-I v buňkách od kojenců s bronchiolitidou respiračního syncyciálního viru. EBioMedicine 2022;77: 103891.

12. Bartlett NW, Walton RP, Edwards MR, Aniscenko J, Caramori G, Zhu J a kol. Myší modely onemocnění vyvolaného rinovirem a exacerbace alergického zánětu dýchacích cest. Nat Med 2008;14:199-204.

13. Singanayagam A, Glanville N, Girkin JL, Ching YM, Marcellini A, Porter JD a kol. Potlačení antivirové imunity kortikosteroidy zvyšuje bakteriální zátěž a produkci hlenu při exacerbacích CHOPN. Nat Commun 2018;9:2229.

14. Gentzsch M, Boyles SE, Cheluvaraju C, Chaudhry IG, Quinney NL, Cho C, et al. Farmakologická záchrana podmíněně přeprogramovaných buněk bronchiálního epitelu cystické fibrózy. Am J Respir Cell Mol Biol 2017;56:568-74.

15. Liu X, Ory V, Chapman S, Yuan H, Albanese C, Kallakury B, a kol. Inhibitor ROCK a podpůrné buňky indukují podmíněné přeprogramování epiteliálních buněk. Am J Pathol 2012;180:599-607.

For more information:1950477648nn@gmail.com