Asid Lemak Asetat rantaian pendek yang dihantar melalui saluran udara Meningkatkan Kekebalan Antiviral Semasa Jangkitan Rhinovirus

latar belakang: 

Mikrobiota diiktiraf memainkan peranan utama dalam pengawalseliaan imuniti melalui pembebasan metabolit imunomodulator seperti asid lemak rantai pendek (SCFA). Rhinovirus (RV) mendorong penyakit saluran pernafasan atas dan mencetuskan pemburukan asma dan penyakit pulmonari obstruktif kronik melalui mekanisme yang kurang difahami. Interaksi tempatan antara SCFA dan tindak balas imun antivirus dalam saluran pernafasan belum pernah disiasat sebelum ini.

Asid lemak rantaian pendek (SCFA) ialah asid organik yang dihasilkan oleh penapaian selulosa dan serat makanan lain oleh bakteria berfaedah dalam usus. Kajian telah menunjukkan bahawa SCFA mempunyai kesan penting ke atas sistem imun manusia.

Pertama, SCFA boleh menggalakkan integriti penghalang mukosa usus dan meningkatkan fungsi penghalang usus. Penghalang usus adalah barisan pertahanan pertama untuk melindungi persekitaran usus. Jika halangan usus rosak, bahan berbahaya boleh memasuki sistem peredaran darah melalui dinding usus, menyebabkan keradangan dan sistem imun yang tidak normal. Kajian mendapati bahawa SCFA boleh meningkatkan integriti halangan usus dan mengurangkan risiko keradangan usus dengan menggalakkan pembezaan dan percambahan sel mukosa, meningkatkan ketebalan mukosa dan pengeluaran lendir.

Kedua, SCFA mempunyai fungsi mengawal sel imun. Kajian telah menunjukkan bahawa SCFA boleh menggalakkan pembezaan dan percambahan sel imun dan mengawal fungsi sel imun. SCFA juga boleh mengurangkan pengeluaran sitokin radang dan menghalang aktiviti sel imun, dengan itu melindungi sistem imun manusia. Kajian lain juga mendapati bahawa SCFA boleh mengawal fungsi sel T, meningkatkan fungsi autoimun, dan memainkan peranan tertentu dalam pencegahan dan rawatan penyakit autoimun.

Pendek kata, asid lemak rantaian pendek memainkan peranan penting dalam fungsi normal sistem imun manusia. Kita harus memberi perhatian kepada gabungan struktur pemakanan yang munasabah, kaya dengan serat makanan, untuk meningkatkan bilangan dan kepelbagaian bakteria berfaedah dalam usus, dengan itu menggalakkan pengeluaran SCFA, dan mengekalkan kestabilan dan kesihatan sistem imun manusia. Dari sudut ini, kita perlu meningkatkan imuniti kita. Cistanche boleh meningkatkan imuniti dengan ketara, kerana Cistanche kaya dengan pelbagai bahan antioksidan, seperti vitamin C, vitamin C, karotenoid, dll. Bahan-bahan ini boleh menghilangkan radikal bebas dan mengurangkan tekanan oksidatif. Merangsang dan meningkatkan daya tahan sistem imun.

Klik manfaat cistanche tubulosa

Objektif:

Kami berusaha untuk menyiasat sama ada manipulasi metabolit pulmonari melalui pentadbiran SCFA yang dihantar paru-paru boleh memodulasi imuniti antivirus kepada jangkitan RV.

Kaedah:

Kami mengkaji kesan pentadbiran intranasal asetat, butirat, dan propionat SCFA pada ekspresi basal tandatangan antivirus, dan asetat dalam model tetikus jangkitan RV dan dalam sel sel epitelium paru-paru yang dijangkiti RV. Kami juga menilai kesan asetat, butirat dan propionat pada jangkitan RV dalam sel epitelium bronkial primer manusia yang berbeza.

Keputusan:

Pentadbiran asetat intranasal menyebabkan regulasi basal IFN-b, kesan yang tidak diperhatikan dengan SCFA lain. Ekspresi RIG-I yang disebabkan oleh butyrate. Rawatan intranasal asetat tikus meningkatkan gen yang dirangsang interferon dan ekspresi IFN-l semasa jangkitan RV dan mengurangkan beban virus paru-paru pada 8 jam selepas jangkitan. Asetat memperbaiki tindak balas proinflamasi yang disebabkan oleh virus dengan musin pulmonari yang dilemahkan dan ekspresi IL-6 yang diperhatikan pada hari ke-4 dan ke-6 selepas jangkitan. Kesan peningkatan interferon asetat ini telah disahkan dalam saluran sel epitelium bronkial dan alveolar manusia. Dalam sel epitelium bronkial primer yang dibezakan, rawatan butirat memodulasi ekspresi gen IFN-b dan IFN-l dengan lebih baik semasa jangkitan RV.

Kesimpulan:

SCFA menambah imuniti antivirus dan mengurangkan beban virus dan tindak balas proinflamasi semasa jangkitan RV. (J Allergy Clin Immunol 2023;151:447-57.)

Komuniti bakteria yang tinggal di permukaan mukosa (mikrobiota) memainkan peranan utama dalam homeostasis imun dan menentukan tindak balas kepada keadaan keradangan dan berjangkit termasuk asma, kolitis dan jangkitan bakteria dan virus.1-5 Metabolit bakteria seperti rantai pendek asid lemak (SCFA), terutamanya asetat, butirat, dan propionat, kini merupakan penghubung yang terkenal antara mikrobiota usus dan sel perumah.6,7 Molekul ini dijana melalui metabolisme gentian pemakanan oleh komponen mikrobiota usus. SCFA mempunyai kesan tempatan dan sistemik. Mereka memodulasi pengaktifan dan fungsi sel imun melalui mekanisme termasuk pengaktifan reseptor G-protein-gandingan (iaitu, Gpr41, Gpr43, atau Gpr109a) dan perencatan deacetylases histon, dan ia telah ditunjukkan untuk menggalakkan homeostasis mukosa dan toleransi oral. Baru-baru ini, kewujudan mikrobiota dalam saluran pernafasan yang lebih rendah telah diterangkan, dan bukti yang muncul menunjukkan bahawa komensal pernafasan juga merupakan organisma yang aktif secara metabolik yang mampu menghasilkan metabolit dengan kapasiti imunomodulator seperti SCFA.8 Oleh itu, SCFA sama ada dikeluarkan secara tempatan oleh mikrobiota paru-paru atau yang diperoleh daripada mikrobiota usus mungkin memainkan peranan penting dalam pengawalan imuniti. Walau bagaimanapun, kesan antivirus SCFA terhadap rhinovirus (RV) tidak diketahui.

RV bertanggungjawab untuk beban penyakit berjangkit yang besar di seluruh dunia, mencetuskan selsema ringan yang membatasi diri pada individu yang sihat dan mempercepatkan pemburukan pada individu yang mempunyai penyakit paru-paru kronik seperti asma atau penyakit paru-paru obstruktif kronik (COPD). Penyakit ini meletakkan kos ekonomi yang besar pada infrastruktur penjagaan kesihatan di seluruh dunia. Pada masa ini tiada terapi berkesan atau vaksin berlesen untuk RV kerana pelbagai jenis serotiip/strain telah menimbulkan cabaran yang ketara untuk penyelidikan.9 Oleh itu, pembangunan pendekatan pencegahan dan terapeutik baharu untuk jangkitan RV amat diperlukan. Mikrobiom usus boleh dimanipulasi secara terapeutik untuk menawarkan manfaat klinikal bagi penyakit berjangkit usus (cth, Clostridium difficile). Potensi untuk pemberian komensal pernafasan atau metabolit yang berkaitan untuk meningkatkan imuniti antimikrob pulmonari yang sama masih belum diterokai.10

Kami sebelum ini telah menunjukkan bahawa pemberian diet serat tinggi atau tikus yang dilindungi SCFA asetat, butirat dan propionat daripada jangkitan virus pernafasan pernafasan (RSV).5 Pemberian oral asetat disebabkan pengeluaran IFN-b dan peningkatan ekspresi gen yang dirangsang interferon ( ISG) dalam paru-paru semasa jangkitan RSV. Di samping itu, kami mendapati bahawa asetat yang diberikan terus ke dalam saluran pernafasan melindungi daripada jangkitan RSV melalui peningkatan ekspresi ISG dalam paru-paru.11 Oleh itu, kami membuat hipotesis bahawa pentadbiran langsung asetat ke dalam saluran pernafasan, untuk meningkatkan kepekatan metabolit mikrob tempatan, akan mempunyai perlindungan yang serupa. kesan pada jangkitan RV. Di sini, kami menunjukkan bahawa pentadbiran asetat in vivo pada tikus menambah interferon antivirus jenis-I dan jenis-III (IFN), mengurangkan replikasi RV, dan melemahkan imunopatologi yang disebabkan oleh virus. Apabila mempertimbangkan tindak balas antiviral in vitro jenis sel tertentu kepada rangkaian SCFA yang lebih luas, kami mendapati bahawa sebatian ini tidak menjejaskan tindak balas IFN makrofaj alveolar dan mempunyai kesan berbeza pada epitelium, dengan kesan peningkatan antivirus yang lebih ketara diperhatikan dengan butirat berbanding dengan SCFA lain, menunjukkan bahawa kesan in vivo mungkin disebabkan oleh interaksi sel sel yang lebih kompleks. Data-data ini mencadangkan bahawa manipulasi lingkungan metabolit mikrob pulmonari boleh mewakili pendekatan baru untuk pencegahan atau rawatan jangkitan virus pernafasan.

KAEDAH

Kenyataan etika

Semua eksperimen haiwan telah dilakukan oleh Akta Haiwan 1986 dan garis panduan Penyelidikan Haiwan: Pelaporan In Vivo Experiments (ARRIVE), mengikut protokol yang diluluskan oleh garis panduan Pejabat Rumah UK (lesen projek UK PPL no. P07D80C24).

Penyebaran dan kuantifikasi RV

Untuk kajian sel tetikus dan sel manusia, kumpulan kecil RV serotype-A1 (RV-A1) telah ditanam di sel HeLa Ohio (Koleksi Kultur Sel Eropah). Sel yang dijangkiti dituai selepas 24 jam, dan virus telah ditumpukan dan disucikan dan ujian TCID50 (50 peratus dos infektif kultur tisu) dilakukan untuk menilai titer virus seperti yang diterangkan sebelum ini.12 Untuk kajian sel epitelium bronkial primer manusia (BEC). , RV-A1 telah disebarkan dalam sel RD-ICAM{11}} daripada stok dalaman yang diasingkan daripada sampel klinikal dan disusun untuk mengesahkan identiti. RV-A1 telah dititrasi dengan menjangkiti sel RD-ICAM{16}} dengan RV-A1 yang dicairkan secara bersiri, diikuti dengan pemerhatian kesan sitopatik dan ujian TCID50 untuk menilai titer virus.

Kajian tikus

Tikus betinaBALB/c berumur enam minggu telah dibeli dari Harlan Laboratories (Derby, UK) dan dikekalkan dalam keadaan bebas patogen tertentu di Imperial College London (UK). Tikus telah dirawat secara intranasal dengan 50 mL natrium asetat, butirat, atau propionat (Sigma-Aldrich, St Louis, Mo) di bawah anestesia isofluorane ringan. Dalam sesetengah eksperimen, tikus kemudiannya dijangkiti secara intranasal dengan 50 mL RV (5 3 106 TCID50) 24 jam kemudian. Dos rawatan asetat ialah 20mM mengikut kajian terdahulu kami menggunakan pendekatan yang sama.11 Rawatan asetat diberikan secara intranasal setiap 24 jam selepas jangkitan.

PCR masa nyata kuantitatif

Jumlah RNA daripada paru-paru (100 mg tisu paru-paru) dan lisat sel telah diekstrak menggunakan kit Mini RNeasy (Qiagen, Hilden, Jerman) mengikut arahan pengilang. cDNA telah disintesis menggunakan primer heksamer rawak (kit OmniscriptRT, Qiagen). cDNA untaian pertama digunakan untuk mengukur IFN-b, IFN-l, Viperin, MuC5AC (tetikus dan manusia), OAS1, RIG-I (Ddx58), MAVS, MDA-5 (tetikus) dan salinan RV menggunakan Ujian TaqMan dengan primer dan probe, seperti yang dilaporkan sebelum ini.13 Untuk kuantifikasi mutlak, setiap gen telah dinormalisasi ke tahap rRNA 18s, dan salinan tepat gen yang diminati dikira menggunakan lengkung piawai yang dihasilkan oleh penguatan DNA plasmid. Sebagai alternatif, 2-DDCt (fold-change) telah digunakan untuk mengira ekspresi gen. Keadaan PCR mengikut protokol TaqMan Universal PCR Master Mix (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass). Ujian ekspresi gen dijalankan menggunakan StepOne (Applied Biosystems, Waltham, Mass).

Cecair lavage bronchoalveolar

Tikus telah dieuthanasikan dengan pentadbiran overdosis intraperitoneal larutan pentobarbitone dan trakea telah dikanulasi. Paru-paru dibasuh 3 kali dengan PBS steril. Cecair bronchoalveolar lavage (BAL) telah disentrifugasi, supernatan dikumpul untuk pengukuran DNA untai dua, dan pelet digantung untuk jumlah sel dan kiraan pembezaan. Untuk pengiraan sel pembezaan, slaid cytospin telah diwarnai dengan MayGrunwald-Giemsa dan prosedur pengiraan dilakukan secara buta oleh penyiasat yang berpengalaman.

Pengukuran DNA rantai dua

DNA untai dua diukur dalam cecair BAL menggunakan reagen DNA untai dua Quant-iT PicoGreen (Invitrogen, Carlsbad, Calif) mengikut protokol pengeluar.

Analisis histologi

Berikutan BAL, paru-paru disapu dengan PBS melalui jantung dan ditiup dengan 4 peratus paraformaldehid, dan kemudian paru-paru kiri difiksasi dalam 4 peratus paraformaldehid selama 24 jam. Selepas itu, kepingan itu dibenamkan dalam blok parafin dan dipotong kepada bahagian 5-mm, diwarnai dengan hematoksilin dan eosin. Infiltrat inflamasi diukur dalam mikrometer, dan 10 pengukuran dilakukan, bermula dari hujung epitelium bronkial atau vesel ke penghujung infiltrat radang menggunakan perisian Olympus CellSens Standard (Olympus Corporation, Tokyo, Jepun). Semua pengiraan dilakukan secara buta kepada keadaan eksperimen.

Sitometri aliran

Sel telah diasingkan dari paru-paru dengan perfusi dengan PBS dan kemudian dicerna dalam medium RPMI 1640 ditambah dengan 1 mg / mL Collagenase IV (Invitrogen-Gibco, Waltham, Mass). Sel-sel yang diasingkan daripada paru-paru dan BAL diinkubasi dengan Mouse Fc Block (#553141 BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ) selama 20 minit. Sel telah dibasuh dan diwarnai dengan antibodi permukaan anti-CD45 (1:200, #557235, klon 30-F11, BD Biosciences). Untuk pewarnaan intraselular, sel telah diperbaiki dengan cytofix/cytoplasm (BD Biosciences) dan dengan anti-RIG-I (1:50, #35H2L48, ThermoFisher Scientific, Waltham, Mass) dan selepas pengeraman, sel telah dilabelkan dengan antibodi sekunder kambing antirabbit IgG H&L Cy3-konjugasi (1:1000, # ab97075, Abcam, Cambridge, Mass). Sampel telah diperoleh dalam cytometer aliran BD FACS Canto-II (BD Biosciences). Data dianalisis dalam perisian FlowJo (versi 10, Tree Star, Inc, Ashland, Va).

Kajian in vitro dalam garisan sel epitelium

BEC Manusia (BEAS-2B) dan sel epitelium pulmonari manusia (A549) telah dibeli daripada ATCC (Manassas, Va) dan dikultur seperti yang diterangkan sebelum ini.13 Sel telah disemai secara individu pada kepekatan 1.5 3 105 sel/mL dalam 12-plat perigi. Dua puluh empat jam selepas pembenihan, sel telah dirawat dengan 400 mM natrium asetat (Sigma-Aldrich) selama 24 jam lagi. Selepas itu, sel telah dijangkiti dengan RV-A1 (Multiplicity of Infection [MOI] 2) selama 1 jam selepas itu virus dikeluarkan, sel telah dibasuh, dan media baharu ditambah dengan 5 peratus FBS telah ditambah. Rawatan asetat lanjut (400 mM) ditambah sejurus selepas jangkitan dan setiap 24 jam sehingga penuaian sel.

Pengumpulan BEC utama dan kelulusan etika

BEC daripada bukan perokok yang sihat dikumpulkan daripada memberus bronkial semasa bronkoskopi, dengan persetujuan termaklum bertulis. Semua eksperimen telah dijalankan oleh Jawatankuasa Etika Perkhidmatan Kesihatan Kawasan Hunter New England (05/08/10/3.09) dan kelulusan Jawatankuasa Keselamatan Universiti Newcastle (H-163-1205).

Pengaturcaraan semula bersyarat BEC dan budaya antara muka cecair udara

BEC telah diprogramkan semula secara bersyarat dengan perencat kinase protein yang berkaitan dengan rho (kepekatan akhir 10}mM) dan digabungkan dengan fibroblas NIH-3T3 yang disinari dalam kultur lapisan tunggal seperti yang diterangkan sebelum ini.14,15 Media yang diprogram semula secara bersyarat terdiri daripada nisbah 1:2 medium Eagle yang diubah suai Dulbecco (glukosa tinggi 1 L-glutamin)/Ham's F12 ditambah dengan 5 peratus FCS, hidrokortison (400 ng/mL), insulin (5mg/mL), faktor pertumbuhan epitelium manusia rekombinan (10 ng /mL), toksin kolera (8.4 ng/mL), adenine (23.9mg/mL), dan 0.2 peratus penicillin-streptomycin.16 BEC yang telah diprogramkan semula secara bersyarat telah disingkirkan daripada perencat kinase protein yang berkaitan rho dan disemai pada {{24} }membran transwell poliester telaga dan dibezakan pada antara muka cecair udara (ALI) selama 25 hari seperti yang diterangkan sebelum ini.17 Eksperimen telah dijalankan dengan n 5 4 replika bioteknik. Pengecatan standard Alcian blue, pH 2.5 dan asid-Schiff berkala dilakukan pada bahagian ALI tebal 5-mm untuk menggambarkan epitelium pseudostratified (lihat Rajah E1 dalam Repositori Dalam Talian artikel ini di www.jacionline.org).

Rawatan SCFA dalam budaya BEC

Sebelum jangkitan, kultur ALI dirawat secara asas dengan 100, 400 atau 1600 mM asetat, butirat , atau propionate selama 24 jam dalam 600 mL media akhir ALI yang terdiri daripada medium asas epitelium bronkial dan medium Helang yang diubah suai Dulbecco (nisbah 50:50) yang mengandungi hidrokortison (0.1 peratus ) , insulin lembu (0.1 peratus), epinefrin (0.1 peratus), transferrin (0.1 peratus), ekstrak pituitari lembu (0.4 peratus) dan etanolamin (80 mM), MgCl2 (0.3 mM), MgSO4 (0.4 mM), BSA (0.5 mg /mL), amphotericin B (250 mg/mL), asid retinoik semua-trans (30 ng/mL), penisilin/streptomisin (2 peratus ), dan faktor pertumbuhan epitelium manusia rekombinan (0.5 ng/mL). Pada hari jangkitan, media basal digantikan dengan media akhir ALI baharu dan rawatan SCFA, yang dibiarkan sehingga analisis titik akhir.

Jangkitan RV dan pensampelan

Kultur ALI-BEC telah dijangkiti secara apik dengan RV-A1. Pada mulanya, stok RV-A1 telah dicairkan untuk mendapatkan MOI sebanyak 0.1 dan ditambah pada permukaan apikal kultur selama 2 jam dalam 50 mL medium asas epitelium bronkial dengan suplemen, 1 peratus insulin- transferrin-selenium, dan 0.5 peratus asid linoleik. Media jangkitan kemudian digantikan dengan 500 mL medium asas epitelium bronkial segar (dengan tambahan) untuk baki eksperimen. Cuci apikal (100 mL PBS) dan sampel media basal dikumpulkan pada 8- dan 48-jam selepas jangkitan dan disimpan pada suhu 2808C. Sel telah disimpan dalam 350 mL penampan RLT (Qiagen) yang mengandungi 1 peratus 2-mercaptoethanol pada 2808C untuk analisis ekspresi gen oleh RT-kuantitatif PCR telah ditadbir (Rajah E2, C).

Selaras dengan kesan imun antivirus yang dipertingkatkan, asetat cenderung untuk mengurangkan nombor salinan RNA virus (Rajah E2, D) dan mengurangkan beban virus hidup (Rajah E2, E) pada 48 jam selepas jangkitan. Dalam sel BEAS2B, garis BEC, kami mendapati bahawa rawatan asetat meningkatkan ekspresi mRNA IFNB1 pada 8 jam selepas jangkitan dan mRNA IFNL2 pada 4 dan 8 jam selepas jangkitan (Rajah E2, F). Tiada kesan ketara pada ekspresi Viperin (Rajah E2, F). Berbeza dengan kesan pada beban virus yang diperhatikan dalam sel A459, tiada kesan asetat pada RNA virus atau kuantifikasi TCID50 dalam sel BEAS2B (Rajah E2, G, dan H).

Kesan rawatan SCFA terhadap tindak balas antivirus dalam budaya yang dijangkiti ALI-BEC

Setelah melihat kesan peningkatan asetat dalam garisan sel epitelium pulmonari, kami seterusnya berusaha untuk menilai kesan dalam model sel epitelium primer yang dibezakan di ALI (sistem eksperimen yang lebih teliti menyusun semula dalam sel vivo). Pembezaan dan morfologi sel telah disahkan oleh pembentukan sel goblet (pewarnaan asid berkala-Schiff) (Rajah E1).

Asetat meningkat dengan ketara IFNB1 dan IFNl2/3 (IL28) pada BEC yang dijangkiti RV jika dibandingkan dengan sel yang tidak dijangkiti (Rajah 3, B, dan D), tetapi tidak ada perbezaan berbanding dengan sel yang dijangkiti RV yang tidak dirawat. Asetat cenderung untuk mengurangkan RNA virus sama ada pada 8 jam atau pada 48 jam selepas jangkitan dengan RV-A1 (Rajah 3, A dan B). Memandangkan asetat mempunyai kesan peningkatan yang kurang jelas pada induksi RV bagi tindak balas IFN jenis-I dalam sel epitelium yang dibezakan primer, kami melanjutkan penyiasatan kami untuk menentukan sama ada butirat atau propionat mempunyai kesan yang boleh dilihat. Butirat dan propionat juga meningkatkan ekspresi mRNA IFNb, IFNl2/3 (IL28), dan ekspresi gen IFNl1 (IL29) jika dibandingkan dengan sel yang tidak dijangkiti (Rajah 3, F, G, H, dan L). Rawatan butyrate meningkatkan ekspresi IFNB1, IL28, dan IL29 pada 48 jam selepas jangkitan dengan RV berbanding dengan sel yang dijangkiti RV yang tidak dirawat, walaupun kesan ini tidak mencukupi untuk memberi kesan pada beban virus (Rajah 3, I, J, K, dan L). Kami mendapati tiada kesan menindas pada ekspresi MUC5AC yang disebabkan oleh RV pada sebarang dos rawatan SCFA (lihat Rajah E3, AC, dalam Repositori Dalam Talian artikel ini di www. jacionline.org). Secara kolektif, data ini menunjukkan bahawa, berbeza dengan data dalam tikus dan garisan sel manusia, SCFA mempunyai kesan yang lebih terhad pada imuniti antivirus dalam sel epitelium primer yang dibezakan.

Tiada kesan SCFA pada tindak balas IFN jenis-I dalam makrofaj alveolar

Untuk menyiasat sama ada kesan antivirus asetat dan/atau SCFA lain adalah disebabkan oleh modulasi makrofaj alveolar (sel responder awal utama semasa jangkitan virus dan sumber utama IFN jenis-I), kami menilai kesan pentadbiran SCFA pada ex vivo tindak balas antivirus dalam makrofaj dirangsang dengan RVA1. Kami mendapati bahawa pentadbiran SCFA tidak mempunyai kesan yang ketara ke atas induksi Ifnb1, Viperin, atau OAS1 oleh RV, menunjukkan bahawa kesan peningkatan imun SCFA tidak berlaku melalui kesan pada makrofaj alveolar (lihat Rajah E4, AC, dalam artikel Online ini. Repositori di www.jacionline.org).

SCFA yang dihantar melalui saluran udara menambah IFN-b dan reseptor pengesan virus sebelum jangkitan RV

Untuk mendapatkan gambaran mekanistik tambahan tentang laluan antivirus yang terlibat dalam peningkatan IFN jenis-I oleh SCFA, kami seterusnya menyiasat kesan sebatian ini pada gen penderia laluan antivirus. Kami sekali lagi secara intranasal mentadbir 3 SCFA (asetat, butirat, dan propionat) pada kepekatan 20 mM, selama 24 jam (Rajah 4, A). Kami mendapati tiada kesan mana-mana SCFA pada ekspresi sensor RNA virus sitosolik MDA5 atau molekul penyesuai MAVS (Rajah 4, B, dan C). Sebaliknya, pentadbiran butirat (tetapi bukan SCFA lain) mengawal ekspresi mRNA RIGI (Rajah 4, D). Kesan penambahan butirat pada ekspresi RIG-I didapati secara khusus dalam sel epitelium / stromal paru-paru (CD452), tanpa kesan yang diperhatikan dalam sel imun hematopoietik (CD451) (Rajah 4, EI). Secara kolektif, data ini menunjukkan bahawa SCFA yang berbeza mungkin bertindak melalui laluan penderiaan antivirus tertentu untuk mengawal imuniti semula jadi.

PERBINCANGAN

Kajian ini memberikan pandangan baharu tentang potensi manfaat mentadbir metabolit mikrob terus ke dalam saluran udara untuk meningkatkan imuniti semula jadi pulmonari. Serat pemakanan dan SCFA yang berasal dari mikrobiota usus telah lama dikaitkan dengan kesan yang baik terhadap kesihatan paru-paru. Percubaan terkawal plasebo secara rawak menunjukkan bahawa penggunaan prebiotik (serat) dalam bayi pramatang menghalang jangkitan RV pada tahun pertama kehidupan.20 Serat diet ialah polisakarida yang tidak boleh dicerna yang boleh terdegradasi kepada SCFA melalui penapaian mikrob. Kajian juga mendapati bahawa SCFA boleh memodulasi mikrobiota usus yang sihat.21 Kajian kami menyerlahkan bahawa pentadbiran saluran pernafasan SCFA juga boleh memberi kesan langsung yang bermanfaat tempatan ke atas tindak balas perumah. Kami telah mengenal pasti mekanisme yang berbeza daripada kesan pengantaraan diet pada mikrobiota yang melibatkan rangsangan pulmonari langsung terhadap imuniti antivirus semula jadi oleh SCFA.

Data kami menunjukkan bahawa pentadbiran asetat SCFA meningkatkan ekspresi basal mediator imun antivirus pada keadaan mantap. Ini sesuai secara konseptual dengan peranan asetat dalam menyejukkan paru-paru untuk pelepasan awal IFN yang lebih mantap. Ini disokong oleh penemuan kami bahawa pentadbiran asetat juga meningkatkan induksi IFN dan ISG sebagai tindak balas kepada jangkitan RV pada tikus. Ini dikaitkan dengan pengurangan beban virus dan penindasan kemudiannya terhadap tindak balas proinflamasi dan pengeluaran lendir. Kesan ini semuanya akan dianggap bermanfaat dalam konteks jangkitan virus akut. Data kami sesuai dengan badan literatur yang menunjukkan bahawa asetat telah terlibat dalam menyediakan manfaat kesihatan yang luas, seperti peningkatan fungsi jantung, peningkatan penjanaan sel darah merah, dan pembentukan memori imun.22 Selain itu, asetat dikaitkan dengan memodulasi yang berbeza. fungsi tindak balas imun23-25 dan mengawal penyakit pernafasan.

Kami juga mengkaji kesan pentadbiran asetat pada jangkitan RV epitelium kerana ia adalah tapak utama replikasi virus awal. Kami menemui kesan peningkatan antivirus yang serupa bagi asetat dalam saluran sel pulmonari manusia, dengan kesan yang lebih kuat diperhatikan dalam sel A549 berbanding sel BEAS-2B (yang diketahui mengekspresikan tahap basal IFN dan ISG yang lebih tinggi).27 ,28 Ini sebahagiannya boleh menjelaskan mengapa rawatan asetat mempunyai kesan yang lebih rendah dalam sel BEAS-2B. Sebaliknya, kami mendapati bahawa dalam BEC yang dibezakan utama manusia (ALI-BEC), tidak ada kesan asetat yang jelas pada tindak balas IFN jenis-I kepada RV. Selain itu, kami juga menilai keupayaan asetat dan SCFA lain untuk memodulasi tindak balas IFN jenis-I dalam makrofaj alveolar yang dikultur ex vivo dan juga tidak menemui kesan. Percanggahan antara penemuan in vivo dan in vitro ini mungkin mencadangkan bahawa pelbagai jenis sel dan komunikasi sel sel mungkin bertanggungjawab terhadap fenotip jelas yang diperhatikan dalam vivo, dengan kesan yang kurang kuat diperhatikan apabila sel terpencil dirawat dengan SCFA.

Walaupun fokus utama kajian kami adalah untuk menilai kesan SCFA pada imuniti antivirus semula jadi, boleh dibayangkan bahawa kesan hiliran pada tindak balas imun adaptif boleh berlaku, dan kajian masa depan mungkin memberi tumpuan kepada kesan yang berpotensi pada populasi dan pengeluaran T- dan B-limfosit. untuk meneutralkan antibodi.

Perlu diingatkan juga bahawa model tetikus yang kami gunakan ialah model replikasi virus yang agak terhad (;24-36} jam), walaupun semua titik akhir yang diukur adalah bergantung kepada replikasi.12,29 Kajian lanjut, menggunakan strain virus yang disesuaikan dengan tetikus di mana replikasi virus yang lebih berterusan berlaku, mungkin menunjukkan kesan yang lebih mendalam dan berterusan. Tambahan pula, eksperimen kami dijalankan secara eksklusif pada tikus betina, dan kajian lanjut harus mengesahkan sama ada kesan yang sama berlaku pada lelaki.

Walaupun asetat mempunyai kesan terhad dalam ALI-BEC, kami mendapati bahawa pentadbiran butirat boleh menambah induksi RV bagi tindak balas IFN jenis-I. Data ini berbeza dengan kajian oleh Chemudupati et al, 30 yang menunjukkan kesan penindasan butirat pada tindak balas IFN jenis-I. Walau bagaimanapun, kajian ini menggunakan kepekatan butirat yang lebih tinggi dan juga memfokuskan pada virus pernafasan yang berbeza.

Pengeluaran mukus dalam paru-paru adalah ciri jangkitan RV, yang membawa kepada peningkatan keterukan klinikal dan keterukan asma dan COPD,31,32 khususnya melalui peningkatan MUC5AC keradangan saluran pernafasan.33 Kami menunjukkan bahawa rawatan asetat mengurangkan ekspresi Muc5AC paru-paru pada hari ke-4 dan 6 selepas jangkitan. Sehubungan itu, SCFA telah ditunjukkan untuk melemahkan pengeluaran lendir dalam paru-paru semasa jangkitan influenza34 dan keradangan saluran pernafasan alahan.34,35 Walau bagaimanapun, dalam sel ALI-BEC, asetat tidak memodulasi ekspresi gen Muc5AC, walaupun perlu diperhatikan bahawa titik masa kemudiannya tidak diperiksa. Pemerhatian kami terhadap pengurangan ekspresi musin pada tikus yang dirawat dengan asetat dan dijangkiti virus adalah selaras dengan penemuan kami sebelum ini bahawa IFN jenis-I secara negatif mengawal ekspresi mucin saluran udara utama Muc5ac semasa jangkitan virus.14 Mekanisme molekul yang melaluinya adalah tidak jelas. , walaupun bukti terdahulu menunjukkan bahawa keradangan jenis 2 pengantara IL{16}} mungkin penting dalam induksi MUC5AC.36,37 Kajian lanjut harus berusaha untuk memahami dengan lebih komprehensif cara asetat boleh memberi kesan kepada pengeluaran mukus saluran pernafasan.

Untuk mengkaji mekanisme molekul melalui mana SCFA mendorong IFN, kami juga mengukur ekspresi gen penderia laluan antivirus. Kami memerhatikan bahawa butirat, dan pada tahap yang lebih rendah asetat, boleh mendorong ekspresi RIG-I dalam sel epitelium paru-paru daripada tikus naif. Data kami mencadangkan bahawa SCFA ini meningkatkan tindak balas pengesan virus, menyediakan paru-paru untuk tindak balas semula jadi yang ditambah kepada jangkitan virus.

Pengeluaran IFN ex vivo jenis-I terjejas kepada jangkitan RV telah ditunjukkan dalam sel epitelium saluran udara dalam kedua-dua asma dan COPD.38,39 Adalah diandaikan bahawa kecacatan ini meningkatkan kerentanan kepada pemburukan akibat virus pada individu ini. Mekanisme yang mendorong kecacatan ini tidak diketahui. Kerja lanjut menggunakan model haiwan atau sistem kultur sel berpenyakit diperlukan untuk menentukan sama ada dysbiosis mikrob yang diperhatikan dalam asma dan COPD membawa kepada kekurangan relatif asetat atau SCFA lain, yang boleh diperbetulkan melalui pentadbiran untuk memulihkan imuniti antivirus yang terjejas.

Ringkasnya, penggunaan SCFA sebagai rawatan terhadap jangkitan RV dikaitkan dengan penambahan pengeluaran IFN jenis-I dan jenis-III, komponen pusat tindak balas imun antivirus pulmonari. Kajian ini menyerlahkan bahawa pentadbiran saluran udara metabolit mikrob seperti SCFA mungkin mempunyai kesan yang baik terhadap imuniti antivirus dan berpotensi meningkatkan keterukan penyakit virus pernafasan.

RUJUKAN

1.Trompette A, Gollwitzer ES, Yadava K, Sichelstiel AK, Sprenger N, Ngom-Bru C, et al. Metabolisme mikrobiota usus serat pemakanan mempengaruhi penyakit saluran pernafasan alahan dan hematopoiesis. Nat Med 2014;20:159-66.

2. Thorburn AN, McKenzie CI, Shen S, Stanley D, Macia L, Mason LJ, et al. Bukti bahawa asma adalah penyakit asal perkembangan yang dipengaruhi oleh pemakanan ibu dan metabolit bakteria. Nat Commun 2015;6:7320.

3. Rivera-Chavez F, Zhang LF, Faber F, Lopez CA, Byndloss MX, Olsan EE, et al. Penghabisan Clostridia penghasil butirat daripada mikrobiota usus mendorong pengembangan luminal aerobik Salmonella. Mikrob Hos Sel 2016;19:443-54.

4. Fachi JL, Secca C, Rodrigues PB, Mato FCP, Di Luccia B, Felipe JS, et al. Asetat menyelaras tindak balas neutrofil dan ILC3 terhadap C. difficile melalui 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. Asetat terbitan mikrobiota melindungi daripada jangkitan virus syncytial pernafasan melalui tindak balas interferon jenis 1 GPR43-. Nat Commun 2019;10:3273.

6. Correa-Oliveira R, Fachi JL, Vieira A, Sato FT, Vinolo MA. Pengawalseliaan fungsi sel imun oleh asid lemak rantaian pendek. Clin Transl Immunol 2016;5:e73.

7. Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Backhed F. Daripada serat pemakanan kepada fisiologi tuan rumah: asid lemak rantai pendek sebagai metabolit bakteria utama. Sel 2016;165: 1332-45.

8. Sulaiman I, Wu BG, Li Y, Tsay JC, Sauthoff M, Scott AS, et al. Profil genomik saluran pernafasan bawah berfungsi bagi mikrobiom untuk menangkap metabolisme mikrob aktif. Eur Respir J 2021;58:2003434.

9. Glanville N, Johnston SL. Cabaran dalam membangunkan vaksin rhinovirus cross-serotype. Curr Opin Virol 2015;11:83-8.

10. Spacova I, De Boeck I, Bron PA, Delputte P, Lebeer S. Terapeutik mikrob topikal terhadap jangkitan virus pernafasan. Aliran Mol Med 2021;27:538-53.

11. Antunes KH, Stein RT, Franceschina C, da Silva EF, de Freitas DN, Silveira J, et al. Asetat asid lemak rantaian pendek mencetuskan tindak balas antivirus yang dimediasi oleh RIG-I dalam sel daripada bayi dengan bronchiolitis virus syncytial pernafasan. EBioPerubatan 2022;77: 103891.

12. Bartlett NW, Walton RP, Edwards MR, Aniscenko J, Caramori G, Zhu J, et al. Model tikus penyakit yang disebabkan oleh rhinovirus dan memburukkan lagi keradangan saluran pernafasan alahan. Nat Med 2008;14:199-204.

13. Singanayagam A, Glanville N, Girkin JL, Ching YM, Marcellini A, Porter JD, et al. Penindasan kortikosteroid terhadap imuniti antivirus meningkatkan beban bakteria dan pengeluaran lendir dalam eksaserbasi COPD. Nat Commun 2018;9:2229.

14. Gentzsch M, Boyles SE, Cheluvaraju C, Chaudhry IG, Quinney NL, Cho C, et al. Penyelamatan farmakologi sel epitelium bronkial fibrosis sista yang diprogramkan semula secara bersyarat. 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. Perencat ROCK dan sel penyuap mendorong pengaturcaraan semula bersyarat sel epitelium. Am J Pathol 2012;180:599-607.

For more information:1950477648nn@gmail.com