استات اسید چرب با زنجیره کوتاه از راه هوایی، ایمنی ضد ویروسی را در طول عفونت راینوویروس تقویت می کند.

زمینه: 

میکروبیوتا نقش مهمی در تنظیم ایمنی از طریق انتشار متابولیت‌های تعدیل‌کننده ایمنی مانند اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه (SCFAs) ایفا می‌کند. راینوویروس ها (RVs) باعث ایجاد بیماری های دستگاه تنفسی فوقانی و تشدید آسم و بیماری مزمن انسدادی ریه از طریق مکانیسم های ناشناخته می شوند. فعل و انفعالات محلی بین SCFA ها و پاسخ های ایمنی ضد ویروسی در دستگاه تنفسی قبلاً بررسی نشده است.

اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه (SCFAs) اسیدهای آلی هستند که از تخمیر سلولز و سایر فیبرهای غذایی توسط باکتری‌های مفید در روده تولید می‌شوند. مطالعات نشان داده اند که SCFA ها تأثیر مهمی بر سیستم ایمنی بدن انسان دارند.

اول، SCFA ها می توانند یکپارچگی سد مخاطی روده را تقویت کنند و عملکرد سد روده را تقویت کنند. سد روده اولین خط دفاعی برای محافظت از محیط روده است. اگر سد روده آسیب ببیند، مواد مضر می توانند از طریق دیواره روده وارد سیستم گردش خون شده و باعث التهاب و سیستم ایمنی غیرطبیعی شوند. مطالعات نشان داده‌اند که SCFAs می‌تواند یکپارچگی سد روده را افزایش داده و با افزایش تمایز و تکثیر سلول‌های مخاطی، افزایش ضخامت مخاط و تولید مخاط، خطر التهاب روده را کاهش دهد.

دوم، SCFA ها وظیفه تنظیم سلول های ایمنی را دارند. مطالعات نشان داده اند که SCFA ها می توانند تمایز و تکثیر سلول های ایمنی را تقویت کرده و عملکرد سلول های ایمنی را تنظیم کنند. SCFA ها همچنین می توانند تولید سیتوکین های التهابی را کاهش داده و فعالیت سلول های ایمنی را مهار کنند و در نتیجه از سیستم ایمنی بدن انسان محافظت کنند. مطالعات دیگر همچنین نشان داده اند که SCFA ها می توانند عملکرد سلول های T را تنظیم کنند، عملکرد خود ایمنی را افزایش دهند و نقش خاصی در پیشگیری و درمان بیماری های خود ایمنی ایفا کنند.

به طور خلاصه، اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه نقش مهمی در عملکرد طبیعی سیستم ایمنی بدن انسان دارند. ما باید به ترکیب معقولی از ساختار رژیم غذایی، غنی از فیبر غذایی توجه داشته باشیم تا تعداد و تنوع باکتری های مفید در روده ها را افزایش دهیم و در نتیجه تولید SCFA ها را ارتقا دهیم و ثبات و سلامت سیستم ایمنی بدن انسان را حفظ کنیم. از این منظر، ما باید ایمنی خود را تقویت کنیم. سیستانچ می تواند به طور قابل توجهی ایمنی را بهبود بخشد، زیرا سیستانچ سرشار از انواع مواد آنتی اکسیدانی مانند ویتامین C، ویتامین C، کاروتنوئیدها و غیره است. این مواد می توانند رادیکال های آزاد را از بین ببرند و استرس اکسیداتیو را کاهش دهند. تقویت و بهبود مقاومت سیستم ایمنی بدن.

روی مزایای cistanche tubulosa کلیک کنید

هدف، واقعگرایانه:

ما به دنبال بررسی این بودیم که آیا دستکاری متابولیت های ریوی از طریق تجویز SCFAs در ریه می تواند ایمنی ضد ویروسی را نسبت به عفونت RV تعدیل کند یا خیر.

مواد و روش ها:

ما اثرات تجویز داخل بینی استات، بوتیرات و پروپیونات SCFAs را بر بیان پایه علائم ضد ویروسی و استات در مدل موشی عفونت RV و در رده‌های سلولی اپیتلیال ریه آلوده به RV مطالعه کردیم. ما علاوه بر این اثرات استات، بوتیرات و پروپیونات را بر عفونت RV در سلول‌های اپیتلیال اولیه برونش انسانی تمایز یافته ارزیابی کردیم.

نتایج:

تجویز داخل بینی استات باعث دخول پایه IFN-b شد، اثری که با سایر SCFA ها مشاهده نشد. بیان RIG-I ناشی از بوتیرات. درمان استات داخل بینی موش باعث افزایش ژن تحریک شده با اینترفرون و بیان IFN-l در طول عفونت RV و کاهش بار ویروس ریه در 8 ساعت پس از عفونت شد. پاسخ های پیش التهابی ناشی از ویروس توسط استات با بیان ضعیف شده موسین ریوی و IL{7}} که در روزهای 4 و 6 پس از عفونت مشاهده شد. این اثر افزایش دهنده اینترفرون استات در رده های سلولی اپیتلیال برونش و آلوئولار انسان تایید شد. در سلول های اپیتلیال برونش اولیه تمایز یافته، تیمار بوتیرات بیان ژن IFN-b و IFN-l را در طول عفونت RV تعدیل کرد.

نتیجه گیری:

SCFA ها ایمنی ضد ویروسی را تقویت می کنند و بار ویروس و پاسخ های پیش التهابی را در طول عفونت RV کاهش می دهند. (J Allergy Clin Immunol 2023; 151:447-57.)

جوامع ساکن باکتری های موجود در سطوح مخاطی (میکروبیوتا) نقش اصلی را در هموستاز ایمنی و دیکته کردن پاسخ به شرایط التهابی و عفونی از جمله آسم، کولیت، و عفونت های باکتریایی و ویروسی ایفا می کنند.{0}} متابولیت های باکتریایی مانند زنجیره کوتاه. اسیدهای چرب (SCFAs)، عمدتاً استات، بوتیرات و پروپیونات، در حال حاضر یک پیوند شناخته شده بین میکروبیوتای روده و سلول‌های میزبان هستند. این مولکول‌ها از طریق متابولیسم فیبرهای غذایی توسط اجزای میکروبیوتای روده تولید می‌شوند. SCFA ها اثرات موضعی و سیستمیک دارند. آنها فعال سازی و عملکرد سلول های ایمنی را از طریق مکانیسم هایی از جمله فعال سازی گیرنده های جفت شده با پروتئین G (یعنی Gpr41، Gpr43، یا Gpr109a) و مهار هیستون داستیلازها تعدیل می کنند و نشان داده شده است که هموستاز مخاطی و تحمل دهان را ارتقا می دهند. اخیراً، وجود میکروبیوتا در دستگاه تنفسی تحتانی شرح داده شده است، و شواهد در حال ظهور نشان می‌دهند که ترکیبات تنفسی نیز ارگانیسم‌های فعال متابولیکی هستند که قادر به تولید متابولیت‌هایی با ظرفیت تعدیل‌کننده ایمنی مانند SCFAs هستند. مشتق شده از میکروبیوتای روده ممکن است نقش برجسته ای در تنظیم ایمنی داشته باشد. با این حال، اثر ضد ویروسی SCFA ها علیه راینوویروس ها (RVs) ناشناخته است.

RV ها مسئول بار عظیمی از بیماری های عفونی در سراسر جهان هستند، که باعث ایجاد سرماخوردگی خفیف خود محدود شونده در افراد سالم و تشدید در افراد مبتلا به بیماری های مزمن ریوی مانند آسم یا بیماری انسداد مزمن ریه (COPD) می شوند. این بیماری ها هزینه های اقتصادی قابل توجهی را بر زیرساخت های مراقبت های بهداشتی در سراسر جهان تحمیل می کنند. در حال حاضر هیچ درمان مؤثر یا واکسن مجاز برای RV وجود ندارد، زیرا تنوع زیادی از سروتیپ ها/سویه ها چالش های مهمی را برای تحقیقات ایجاد کرده است. بنابراین، توسعه رویکردهای پیشگیرانه و درمانی جدید برای عفونت های RV ضروری است. میکروبیوم روده را می توان به صورت درمانی دستکاری کرد تا مزایای بالینی برای بیماری های عفونی روده (مانند کلستریدیوم دیفیسیل) ارائه دهد. پتانسیل تجویز ترکیبات تنفسی یا متابولیت های مرتبط برای تقویت ایمنی ضد میکروبی ریوی به طور مشابه ناشناخته باقی مانده است.

ما قبلاً نشان داده‌ایم که تجویز یک رژیم غذایی با فیبر بالا یا SCFAs استات، بوتیرات و پروپیونات موش‌ها را از عفونت ویروس سنسیشیال تنفسی (RSV) محافظت می‌کند. 5 تجویز خوراکی استات باعث تولید IFN-b و افزایش بیان ژن‌های تحریک‌شده با اینترفرون می‌شود. ISGs) در ریه در طول عفونت RSV. علاوه بر این، ما دریافتیم که استات تجویز شده مستقیماً در راه های هوایی از طریق افزایش بیان ISGs در ریه در برابر عفونت RSV محافظت می کند. بنابراین فرض کردیم که تجویز مستقیم استات در دستگاه تنفسی، برای افزایش غلظت متابولیت های میکروبی موضعی، محافظت مشابهی دارد. اثرات بر عفونت RV در اینجا، ما نشان می‌دهیم که تجویز in vivo استات در موش‌ها اینترفرون‌های ضد ویروسی نوع I و نوع III (IFNs) را افزایش می‌دهد، تکثیر RV را کاهش می‌دهد و آسیب‌شناسی ایمنی ناشی از ویروس را تضعیف می‌کند. با در نظر گرفتن پاسخ ضد ویروسی در شرایط آزمایشگاهی انواع سلول های خاص به طیف وسیع تری از SCFA ها، متوجه می شویم که این ترکیبات بر پاسخ های IFN ماکروفاژ آلوئولی تأثیر نمی گذارند و اثرات متفاوتی بر روی اپیتلیوم دارند، با اثر تقویت کننده ضد ویروسی برجسته تری که در مقایسه با بوتیرات مشاهده شد. با سایر SCFA ها، نشان می دهد که اثرات in vivo ممکن است به دلیل تعاملات سلول-سلول پیچیده تر باشد. این داده ها نشان می دهد که دستکاری محیط متابولیت میکروبی ریوی می تواند یک رویکرد جدید برای پیشگیری یا درمان عفونت های ویروسی تنفسی باشد.

مواد و روش ها

بیانیه اخلاق

تمام آزمایش‌های حیوانی توسط قانون حیوانات 1986 و دستورالعمل‌های Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments (ARRIVE)، پیرو پروتکل تایید شده توسط دستورالعمل‌های اداره خانه بریتانیا (مجوز پروژه بریتانیا PPL شماره P07D80C24) انجام شد.

انتشار و کمیت RV

برای مطالعات رده سلولی موش و انسان، گروه کوچک RV سروتیپ-A1 (RV-A1) در سلول‌های هلا اوهایو (مجموعه اروپایی کشت‌های سلولی) رشد داده شد. سلول های آلوده پس از 24 ساعت برداشت شدند و ویروس تغلیظ و خالص شد و یک سنجش TCID50 (50 درصد دوز عفونی کشت بافت) برای ارزیابی تیتر ویروس همانطور که قبلا توضیح داده شد انجام شد. ، RV-A1 در سلول RD-ICAM{11}} از یک انبار داخلی جدا شده از نمونه های بالینی تکثیر شد و برای تأیید هویت توالی یابی شد. RV-A1 با آلوده کردن سلول RD-ICAM{16}} با RV-A1 رقیق‌شده سری، و به دنبال آن مشاهدات اثرات سیتوپاتیک و سنجش TCID50 برای ارزیابی تیتر ویروسی تیتر شد.

مطالعه موش

موش‌های ماده شش هفته‌ای BALB/c از آزمایشگاه‌های هارلان (دربی، بریتانیا) خریداری شدند و در شرایط خاص عاری از بیماری‌زا در کالج امپریال لندن (بریتانیا) نگهداری شدند. موش ها با 50 میلی لیتر استات سدیم، بوتیرات یا پروپیونات (سیگما آلدریچ، سنت لوئیس، مو) تحت بیهوشی ایزوفلوران سبک به صورت داخل بینی تحت درمان قرار گرفتند. در برخی آزمایش‌ها، موش‌ها متعاقباً 24 ساعت بعد با 50 میلی‌لیتر RV (5 3 106 TCID50) داخل بینی آلوده شدند. دوز درمان با استات طبق مطالعه قبلی ما با استفاده از همین رویکرد 20 میلی مولار بود.

PCR کمی در زمان واقعی

RNA کل از ریه (100 میلی گرم بافت ریه) و لیزات سلولی با استفاده از کیت RNeasy Mini (Qiagen، Hilden، آلمان) طبق دستورالعمل سازنده استخراج شد. cDNA با استفاده از پرایمرهای هگزامر تصادفی (کیت OmniscriptRT، Qiagen) سنتز شد. cDNA رشته اول برای تعیین کمیت IFN-b، IFN-l، Viperin، MuC5AC (موش و انسان)، OAS1، RIG-I (Ddx58)، MAVS، MDA{8}} (موس) و کپی‌های RV استفاده شد. همانطور که قبلاً گزارش شد، TaqMan با پرایمرها و پروب‌ها سنجش می‌شود. برای کمیت مطلق، هر ژن تا سطح 18s rRNA نرمال شد و کپی‌های دقیق ژن مورد نظر با استفاده از یک منحنی استاندارد تولید شده توسط تکثیر DNA پلاسمید محاسبه شد. روش دیگر، 2-DDCt (تغییر برابر) برای محاسبه بیان ژن استفاده شد. شرایط PCR از پروتکل‌های TaqMan Universal PCR Master Mix (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass) پیروی کرد. سنجش بیان ژن با استفاده از StepOne (Applied Biosystems، Waltham، Mass) انجام شد.

مایع لاواژ برونکوآلوئولار

موش ها با تجویز بیش از حد داخل صفاقی محلول پنتوباربیتون کشته شدند و نای ها کانوله شدند. ریه ها 3 بار با PBS استریل شسته شدند. مایع برونکوآلوئولار لاواژ (BAL) سانتریفیوژ شد، مایع رویی برای اندازه‌گیری DNA دو رشته‌ای جمع‌آوری شد و گلوله‌ها برای تعداد کل سلول‌ها و تعداد دیفرانسیل به حالت تعلیق درآمدند. برای شمارش افتراقی سلول ها، لام سیتوسپین با MayGrunwald-Giemsa رنگ آمیزی شد و روش شمارش به صورت کور توسط محققی مجرب انجام شد.

اندازه گیری DNA دو رشته ای

DNA دو رشته ای در مایع BAL با استفاده از معرف DNA دو رشته ای Quant-iT PicoGreen (Invitrogen، Carlsbad، Calif) طبق پروتکل سازنده اندازه گیری شد.

تجزیه و تحلیل بافت شناسی

به دنبال BAL، ریه ها با PBS از طریق قلب پرفیوژن شدند و با 4 درصد پارافورمالدئید باد شدند و سپس ریه چپ در 4 درصد پارافورمالدئید به مدت 24 ساعت تثبیت شد. پس از آن، قطعات در بلوک های پارافین جاسازی شده و به بخش های 5- میلی متر بریده شدند و با هماتوکسیلین و ائوزین رنگ آمیزی شدند. نفوذ التهابی در میکرومتر اندازه گیری شد و 10 اندازه گیری از انتهای اپیتلیوم برونش یا عروق تا انتهای ارتشاح التهابی با استفاده از نرم افزار Olympus CellSens Standard (Olympus Corporation، توکیو، ژاپن) انجام شد. تمام شمارش ها به صورت کور تا شرایط تجربی انجام شد.

فلوسیتومتری

سلول ها با پرفیوژن با PBS از ریه جدا شدند و سپس در محیط RPMI 1640 حاوی 1 میلی گرم در میلی لیتر کلاژناز IV (Invitrogen-Gibco، Waltham، Mass) هضم شدند. سلول های جدا شده از ریه و BAL با بلوک Fc موش (#553141 BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ) به مدت 20 دقیقه انکوبه شدند. سلول ها شسته و با آنتی بادی های سطحی ضد CD45 رنگ آمیزی شدند (1:200، #557235، کلون 30-F11، BD Biosciences). برای رنگ‌آمیزی داخل سلولی، سلول‌ها با سیتوفیکس/سیتوپلاسم (BD Biosciences) و با anti-RIG-I (1:50، #35H2L48، ThermoFisher Scientific، Waltham، Mass) تثبیت شدند و پس از انکوباسیون، سلول‌ها با آنتی‌بادی ثانویه بز ضد خرگوش IgG نشاندار شدند. H&L Cy{18}}همراه (1:1000, # ab97075, Abcam, Cambridge, Mass). نمونه ها در فلوسایتومتر BD FACS Canto-II (BD Biosciences) به دست آمد. داده ها در نرم افزار FlowJo (نسخه 10، Tree Star, Inc, Ashland, Va) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

مطالعات آزمایشگاهی در رده های سلولی اپیتلیال

سلول‌های BEC انسانی (BEAS{0}}B) و سلول‌های اپیتلیال ریوی انسانی (A549) از ATCC (Manassas, Va) خریداری شدند و همانطور که قبلاً توضیح داده شد کشت داده شدند. سلول در میلی لیتر در 12-صفحه چاه. 24 ساعت پس از کاشت، سلول ها با 400 میلی مولار استات سدیم (سیگما آلدریچ) به مدت 24 ساعت دیگر تیمار شدند. متعاقبا، سلول‌ها به مدت 1 ساعت با RV-A1 (Multiplicity of Infection [MOI] 2) آلوده شدند و پس از آن ویروس حذف شد، سلول‌ها شسته شدند و محیط‌های جدید حاوی 5 درصد FBS اضافه شد. تیمار استات بیشتر (400 میلی مولار) بلافاصله پس از عفونت و هر 24 ساعت تا زمان برداشت سلول اضافه شد.

مجموعه BECهای اولیه و تایید اخلاق

BECهای یک فرد غیرسیگاری سالم از مسواک زدن برونش در طی برونکوسکوپی، با رضایت آگاهانه کتبی جمع آوری شد. همه آزمایش‌ها توسط کمیته اخلاق خدمات بهداشتی منطقه Hunter New England (05/08/10/3.09) و تأییدیه‌های کمیته ایمنی دانشگاه نیوکاسل (H-163-1205) انجام شد.

برنامه ریزی مجدد مشروط BEC ها و فرهنگ های رابط هوا-مایع

BECها به طور مشروط با بازدارنده پروتئین کیناز مرتبط با rho (غلظت نهایی 1{19}} میلی‌مولار) و در ترکیب با فیبروبلاست‌های NIH-3 تابش‌شده در کشت‌های تک لایه، همانطور که قبلاً توضیح داده شد، مجدداً برنامه‌ریزی شدند. نسبت 1:2 محیط Eagle اصلاح شده Dulbecco (گلوکز بالا 1 L-گلوتامین)/Ham's F12 مکمل با 5 درصد FCS، هیدروکورتیزون (400 نانوگرم در میلی لیتر)، انسولین (5 میلی گرم در میلی لیتر)، فاکتور رشد اپیتلیال انسانی نوترکیب (10 نانوگرم) / میلی لیتر)، سم وبا (8.4 نانوگرم در میلی لیتر)، آدنین (23.9 میلی گرم در میلی لیتر)، و 0.2 درصد پنی سیلین-استرپتومایسین. }غشاهای ترانس چاهی پلی استر چاه و در سطح مشترک هوا-مایع (ALI) به مدت 25 روز همانطور که قبلاً توضیح داده شد تمایز داده شد. 17 آزمایش با n 5 4 تکرار بیوتکنیکی انجام شد. رنگ‌آمیزی استاندارد آلسین بلو، pH 2.5 و رنگ‌آمیزی پریودیک اسید-شیف روی مقاطع ALI با ضخامت {32}} میلی‌متر برای تجسم اپیتلیوم کاذب طبقه‌بندی شده انجام شد (شکل E1 را در مخزن آنلاین این مقاله در www.jacionline.org ببینید).

درمان SCFA در کشت BEC

قبل از عفونت، کشت‌های ALI اساساً با 100، 4{11}}0 یا 1600 میلی‌مولار استات، بوتیرات درمان شدند. یا پروپیونات به مدت 24 ساعت در 6{22}}0 میلی لیتر محیط نهایی ALI متشکل از محیط پایه اپیتلیال برونش و محیط Eagle اصلاح شده با Dulbecco (نسبت 5{30}}:50) حاوی هیدروکورتیزون (0.1 درصد) انسولین گاوی (0.1 درصد)، اپی نفرین (0.1 درصد)، ترانسفرین (0.1 درصد)، عصاره هیپوفیز گاوی (0.4 درصد) و اتانول آمین (80 میلی مولار)، MgCl2 (0.3 میلی مولار)، MgSO4 (0.4 میلی مولار)، BSA (0.5 میلی گرم) / میلی لیتر)، آمفوتریسین B (250 میلی گرم / میلی لیتر)، اسید رتینوئیک تمام ترانس (30 نانوگرم در میلی لیتر)، پنی سیلین / استرپتومایسین (2 درصد)، و فاکتور رشد اپیتلیال نوترکیب انسانی (0.5 نانوگرم در میلی لیتر). در روز آلودگی، محیط پایه با محیط نهایی ALI جدید و درمان SCFA جایگزین شد، که تا تجزیه و تحلیل نقطه پایانی باقی ماند.

عفونت RV و نمونه برداری

کشت های ALI-BEC به صورت آپیکال با RV-A1 آلوده شدند. در ابتدا، استوک RV-A1 برای به دست آوردن MOI 1/0 رقیق شد و به مدت 2 ساعت در 50 میلی‌لیتر محیط پایه اپیتلیال برونش با مکمل‌ها، 1 درصد انسولین، به سطح آپیکال کشت‌ها اضافه شد. ترانسفرین سلنیوم و 0.5 درصد اسید لینولئیک. سپس محیط های عفونت با 500 میلی لیتر محیط پایه اپیتلیال برونش تازه (با مکمل ها) برای بقیه آزمایش جایگزین شد. نمونه‌های شستشوی آپیکال (100 میلی‌لیتر PBS) و محیط پایه در 8- و 48-ساعت پس از عفونت جمع‌آوری و در دمای 2808 درجه سانتیگراد نگهداری شدند. سلول ها در 350 میلی لیتر بافر RLT (Qiagen) حاوی 1 درصد 2-مرکاپتواتانول در دمای 2808 درجه سانتیگراد برای تجزیه و تحلیل بیان ژن توسط PCR کمی RT ذخیره شدند (شکل E2، C).

مطابق با اثرات ایمنی ضد ویروسی تقویت شده، استات تمایل به کاهش تعداد کپی RNA ویروسی (شکل E2، D) و کاهش بارهای ویروس زنده (شکل E2، E) در 48 ساعت پس از عفونت داشت. در سلول های BEAS2B، یک خط BEC، مشاهده کردیم که تیمار استات بیان mRNA ژن IFNB1 را در 8 ساعت پس از عفونت و mRNA IFNL2 را در 4 و 8 ساعت پس از عفونت افزایش داد (شکل E2، F). هیچ اثر قابل توجهی بر بیان Viperin وجود نداشت (شکل E2، F). برخلاف اثرات روی بارهای ویروسی مشاهده شده در سلول‌های A459، هیچ اثری از استات بر روی RNA ویروسی یا کمی‌سازی TCID50 در سلول‌های BEAS2B وجود نداشت (شکل E2، G و H).

اثر درمان SCFA بر پاسخ های ضد ویروسی در کشت های آلوده به ALI-BEC

پس از مشاهده یک اثر تقویت‌کننده استات در رده‌های سلولی اپیتلیال ریوی، ما در مرحله بعد به دنبال ارزیابی اثرات در مدلی از سلول‌های اپیتلیال اولیه تمایز یافته در ALI (سیستم آزمایشی که به طور صادقانه‌تری سلول‌های داخل بدن را جمع‌آوری می‌کند) بودیم. تمایز و مورفولوژی سلولی با تشکیل سلول های جام (رنگ آمیزی اسید دوره ای-شیف) تایید شد (شکل E1).

استات به طور قابل توجهی IFNB1 و IFNl2/3 (IL28) را در BEC های آلوده به RV در مقایسه با سلول های غیر آلوده (شکل 3، B و D) افزایش داد، اما در مقایسه با سلول های آلوده به RV درمان نشده تفاوتی وجود نداشت. استات تمایل به کاهش RNA ویروسی را در 8 ساعت یا در 48 ساعت پس از عفونت با RV-A1 داشت (شکل 3، A و B). با توجه به اینکه استات اثرات تقویت کننده کمتری بر القای RV پاسخ های IFN نوع I در سلول های اپیتلیال تمایز یافته اولیه داشت، ما تحقیقات خود را برای تعیین اینکه آیا بوتیرات یا پروپیونات اثرات قابل تشخیصی دارند گسترش دادیم. بوتیرات و پروپیونات همچنین بیان mRNA ژن IFNb، IFNl2/3 (IL28) و IFNl1 (IL29) را در مقایسه با سلول های غیر آلوده (شکل 3، F، G، H و L) افزایش دادند. تیمار بوتیرات بیان IFNB1، IL28 و IL29 را در 48 ساعت پس از عفونت با RV در مقایسه با سلول های آلوده به RV درمان نشده افزایش داد، اگرچه این اثر برای تأثیرگذاری بر بار ویروسی کافی نبود (شکل 3، I، J، K، و من). ما هیچ اثر سرکوب‌کننده‌ای بر بیان MUC5AC ناشی از RV در هر دوز درمان SCFA پیدا نکردیم (شکل E3، AC را در مخزن آنلاین این مقاله در www.jacionline.org ببینید). در مجموع، این داده‌ها نشان می‌دهند که برخلاف داده‌های موجود در موش‌ها و رده‌های سلولی انسان، SCFAها اثرات محدودتری بر ایمنی ضد ویروسی در سلول‌های اپیتلیال اولیه متمایز دارند.

بدون تاثیر SCFAs بر پاسخ IFN نوع I در ماکروفاژهای آلوئولی

برای بررسی اینکه آیا اثر ضد ویروسی استات و/یا سایر SCFA ها به دلیل مدولاسیون ماکروفاژهای آلوئولی (یک سلول اصلی پاسخ دهنده اولیه در طول عفونت های ویروسی و منبع کلیدی IFN نوع I) بوده است، ما اثر تجویز SCFA را در شرایط محیطی ارزیابی کردیم. پاسخ های ضد ویروسی در ماکروفاژهای تحریک شده با RVA1. ما دریافتیم که تجویز SCFA هیچ تاثیر قابل‌توجهی بر القای Ifnb1، Viperin یا OAS1 توسط RV ندارد، که نشان می‌دهد اثرات تقویت‌کننده سیستم ایمنی SCFA ها از طریق تأثیرات روی ماکروفاژهای آلوئولی رخ نمی‌دهد (شکل E4، AC، در این مقاله آنلاین را ببینید. مخزن در www.jacionline.org).

SCFA تحویل شده از راه هوایی، IFN-b و گیرنده های حساس به ویروس را قبل از عفونت RV تقویت کرد.

برای به دست آوردن بینش مکانیکی بیشتر در مورد مسیرهای ضد ویروسی درگیر در افزایش IFN نوع I توسط SCFAs، ما در مرحله بعدی اثرات این ترکیبات را بر روی ژن‌های سنجش مسیر ضد ویروسی بررسی کردیم. ما مجدداً 3 SCFA (استات، بوتیرات و پروپیونات) را در غلظت 20 میلی مولار به مدت 24 ساعت به صورت داخل بینی تجویز کردیم (شکل 4، A). ما هیچ اثری از هیچ یک از SCFA ها بر بیان حسگر RNA ویروسی سیتوزولی MDA5 یا مولکول آداپتور آن MAVS پیدا نکردیم (شکل 4، B، و C). برعکس، تجویز بوتیرات (اما نه سایر SCFAها) بیان mRNA RIGI را تنظیم مثبت کرد (شکل 4، D). اثر افزایشی بوتیرات بر بیان RIG-I به طور خاص در سلول‌های اپیتلیال/استرومایی ریه (CD452)، بدون هیچ اثری در سلول‌های ایمنی خونساز (CD451) مشاهده شد (شکل 4، EI). در مجموع، این داده‌ها نشان داد که SCFA‌های مختلف ممکن است از طریق مسیرهای حساس ضد ویروسی خاص برای تنظیم ایمنی ذاتی عمل کنند.

بحث

این مطالعه بینش جدیدی در مورد مزایای بالقوه تجویز متابولیت های میکروبی به طور مستقیم در راه های هوایی برای تقویت ایمنی ذاتی ریوی ارائه می دهد. فیبرهای غذایی و SCFA های مشتق شده از میکروبیوتای روده مدت هاست که با اثرات مفیدی بر سلامت ریه مرتبط بوده اند. یک کارآزمایی تصادفی کنترل شده با دارونما نشان داد که استفاده از پری بیوتیک ها (فیبرها) در نوزادان نارس از عفونت RV در سال اول زندگی جلوگیری می کند. مطالعات همچنین نشان داده اند که SCFA ها می توانند میکروبیوتای سالم روده را تعدیل کنند. مطالعه ما نشان می دهد که تجویز SCFA در دستگاه تنفسی نیز می تواند اثرات مفید موضعی مستقیمی بر پاسخ میزبان داشته باشد. ما یک مکانیسم متمایز از اثرات با واسطه رژیم غذایی بر روی میکروبیوتا شناسایی کرده‌ایم که شامل تحریک مستقیم ریوی ایمنی ضد ویروسی ذاتی توسط SCFAs است.

داده های ما نشان می دهد که تجویز استات SCFA بیان پایه واسطه های ایمنی ضد ویروسی را در حالت ثابت افزایش می دهد. این از نظر مفهومی با نقش استات در پرایمینگ ریه ها برای آزادسازی زودهنگام قوی تر IFN ها مطابقت دارد. این توسط یافته‌های ما تأیید شد که تجویز استات همچنین القای IFNs و ISGs را در پاسخ به عفونت RV در موش افزایش داد. این با کاهش بار ویروس و سرکوب بعدی پاسخ های پیش التهابی و تولید مخاط همراه بود. همه این اثرات در زمینه عفونت حاد ویروسی مفید تلقی می شوند. داده‌های ما با مجموعه‌ای از ادبیات مطابقت دارد که نشان می‌دهد استات در ارائه مزایای سلامتی گسترده، مانند بهبود عملکرد قلب، افزایش تولید گلبول‌های قرمز خون، و تشکیل حافظه ایمنی نقش دارد. عملکردهای پاسخ ایمنی{2}} و کنترل بیماری های تنفسی.

ما همچنین اثر تجویز استات را بر عفونت RV اپیتلیوم مورد مطالعه قرار دادیم زیرا محل اولیه تکثیر ویروس است. ما یک اثر تقویت‌کننده ضد ویروسی مشابه استات را در رده‌های سلولی ریوی انسان پیدا کردیم، با اثرات قوی‌تری در سلول‌های A549 نسبت به سلول‌های BEAS{2}}B (که به بیان سطوح پایه بالاتر IFN و ISGs معروف هستند). 28 این می تواند تا حدی توضیح دهد که چرا تیمار استات اثرات کمتری در سلول های BEAS-2B دارد. در مقابل، ما مشاهده کردیم که در BECهای تمایز یافته اولیه انسانی (ALI-BECs)، هیچ اثر واضحی از استات بر پاسخ IFN نوع I به RV وجود نداشت. علاوه بر این، ما همچنین توانایی استات و سایر SCFA ها را برای تعدیل پاسخ های IFN نوع I در ماکروفاژهای آلوئولی که در شرایط خارج از بدن کشت شده بودند ارزیابی کردیم و به طور مشابه هیچ اثری پیدا نکردیم. این ناهماهنگی بین یافته‌های in vivo و in vitro ممکن است نشان دهد که انواع سلول‌های متعدد و ارتباطات سلولی ممکن است مسئول فنوتیپ واضح مشاهده‌شده در داخل بدن باشند، با تأثیر کمتری که وقتی سلول‌های جدا شده با SCFAs درمان می‌شوند مشاهده می‌شود.

اگرچه تمرکز اصلی مطالعه ما ارزیابی اثرات SCFA بر ایمنی ضد ویروسی ذاتی بود، می توان تصور کرد که اثرات پایین دستی بر پاسخ های ایمنی تطبیقی ​​می تواند رخ دهد و مطالعات آینده ممکن است بر اثرات بالقوه بر روی جمعیت و تولید لنفوسیت های T و B متمرکز شود. آنتی بادی های خنثی کننده

همچنین باید توجه داشت که مدل موشی که ما استفاده کردیم مدلی است که در آن تکثیر ویروس نسبتاً محدود (;24-36 ساعت) رخ می‌دهد، اگرچه تمام نقاط پایانی اندازه‌گیری شده وابسته به تکرار هستند. جایی که تکثیر ویروسی پایدارتر رخ می دهد، ممکن است اثرات عمیق و پایدارتری نشان دهد. علاوه بر این، آزمایش‌های ما به طور انحصاری بر روی موش‌های ماده انجام شد و مطالعات بیشتر باید تأیید کند که آیا اثرات مشابهی در نرها رخ می‌دهد یا خیر.

اگرچه استات اثرات محدودی در ALI-BEC داشت، اما مشاهده کردیم که تجویز بوتیرات می‌تواند القای RV پاسخ‌های IFN نوع I را افزایش دهد. این داده‌ها با مطالعه Chemudupati و همکاران، 30 که اثر سرکوب‌کننده بوتیرات را بر پاسخ‌های IFN نوع اول نشان می‌دهد، در تضاد است. با این حال، این مطالعه از غلظت های بسیار بالاتر بوتیرات استفاده کرد و همچنین بر روی ویروس های تنفسی مختلف متمرکز شد.

تولید موکوس در ریه ها مشخصه عفونت RV است که منجر به افزایش شدت بالینی و تشدید آسم و COPD می شود، 31،32 به طور خاص از طریق افزایش MUC5AC التهاب راه هوایی. 6 بعد از عفونت بر این اساس، نشان داده شده است که SCFAها تولید موکوس در ریه را در طول عفونت آنفلوانزا 34 و التهاب آلرژیک راه هوایی کاهش می دهند. با این حال، در سلول های ALI-BEC، استات بیان ژن Muc5AC را تعدیل نمی کند، اگرچه باید توجه داشت که نقاط زمانی بعدی بررسی نشده است. مشاهدات ما از کاهش بیان موسین در موش‌های تحت درمان با استات و آلوده به ویروس، با یافته‌های قبلی ما مطابقت دارد که IFN نوع I به طور منفی بیان Muc5ac اصلی راه هوایی را در طول عفونت ویروس تنظیم می‌کند. مکانیسم‌های مولکولی که از طریق آن این اتفاق می‌افتد نامشخص است. اگرچه شواهد قبلی نشان می دهد که التهاب نوع 2 با واسطه IL ممکن است در القای MUC5AC مهم باشد.36،37 مطالعات بیشتر باید به دنبال درک جامع تری باشد که چگونه استات می تواند بر تولید مخاط راه هوایی تأثیر بگذارد.

برای مطالعه مکانیسم‌های مولکولی که از طریق آنها SCFAها IFN را القا می‌کنند، ما همچنین بیان ژن‌های حسگر مسیر ضد ویروسی را اندازه‌گیری کردیم. ما مشاهده کردیم که بوتیرات، و تا حدی کمتر استات، می تواند بیان RIG-I را در سلول های اپیتلیال ریه از موش های ساده القاء کند. داده‌های ما نشان می‌دهد که این SCFAها پاسخ حساس به ویروس را افزایش می‌دهند و ریه‌ها را برای پاسخ ذاتی تقویت‌شده به عفونت ویروسی آماده می‌کنند.

اختلال در تولید IFN نوع I در خارج از بدن به عفونت RV در سلول های اپیتلیال راه هوایی در هر دو بیماری آسم و COPD نشان داده شده است. مکانیسم های ایجاد کننده این نقص ها ناشناخته است. کار بیشتر با استفاده از مدل‌های حیوانی یا سیستم‌های کشت سلولی بیمار برای تعیین اینکه آیا دیسبیوز میکروبی مشاهده‌شده در آسم و COPD منجر به کمبود نسبی استات یا سایر SCFAs می‌شود، مورد نیاز است، که می‌تواند از طریق تجویز برای بازگرداندن ایمنی ضد ویروسی ضعیف اصلاح شود.

به طور خلاصه، استفاده از SCFA به عنوان یک درمان در برابر عفونت RV با افزایش تولید IFN نوع I و III، اجزای مرکزی پاسخ ایمنی ضد ویروسی ریوی همراه است. این مطالعه نشان می‌دهد که تجویز متابولیت‌های میکروبی در راه هوایی مانند SCFAs ممکن است اثرات مفیدی بر ایمنی ضد ویروسی داشته باشد و به طور بالقوه می‌تواند شدت بیماری‌های ویروسی تنفسی را بهبود بخشد.

منابع

1.Trompette A، Gollwitzer ES، Yadava K، Sichelstiel AK، Sprenger N، Ngom-Bru C، و همکاران. متابولیسم میکروبیوتای روده فیبر غذایی بر بیماری آلرژیک راه هوایی و خون سازی تأثیر می گذارد. Nat Med 2014؛ 20:159-66.

2. Thorburn AN، McKenzie CI، Shen S، Stanley D، Macia L، Mason LJ، و همکاران. شواهدی که نشان می دهد آسم یک بیماری منشأ رشدی است که تحت تأثیر رژیم غذایی مادر و متابولیت های باکتریایی قرار می گیرد. Nat Commun 2015; 6:7320.

3. Rivera-Chavez F، Zhang LF، Faber F، Lopez CA، Byndloss MX، Olsan EE، و همکاران. کاهش کلستریدیاهای تولیدکننده بوتیرات از میکروبیوتای روده باعث گسترش هوازی مجرای سالمونلا می شود. Cell Host Microbe 2016;19:443-54.

4. Fachi JL، Secca C، Rodrigues PB، Mato FCP، Di Luccia B، Felipe JS، و همکاران. استات پاسخ های نوتروفیل و ILC3 را علیه C. difficile از طریق FFAR2 هماهنگ می کند. 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. استات مشتق شده از میکروبیوتا از طریق پاسخ اینترفرون نوع 1 GPR در برابر عفونت ویروس سنسیشیال تنفسی محافظت می کند. Nat Commun 2019؛ 10:3273.

6. Correa-Oliveira R، Fachi JL، Vieira A، Sato FT، Vinolo MA. تنظیم عملکرد سلول های ایمنی توسط اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه. Clin Transl Immunol 2016؛ 5: e73.

7. Koh A, De Vadder F, Kovatcheva-Datchary P, Backhed F. از فیبر غذایی تا فیزیولوژی میزبان: اسیدهای چرب با زنجیره کوتاه به عنوان متابولیت های باکتریایی کلیدی. سلول 2016؛ 165: 1332-45.

8. سلیمان اول، وو بی جی، لی یی، تسای جی سی، ساوتوف ام، اسکات ع، و همکاران. پروفایل ژنومی عملکردی راه های هوایی تحتانی میکروبیوم برای گرفتن متابولیسم میکروبی فعال. Eur Respir J 2021;58:2003434.

9. Glanville N، Johnston SL. چالش‌های ایجاد واکسن راینوویروس با سروتیپ متقاطع Curr Opin Virol 2015;11:83-8.

10. Spacova I, De Boeck I, Bron PA, Delputte P, Lebeer S. درمانهای میکروبی موضعی علیه عفونتهای ویروسی تنفسی. Trends Mol Med 2021;27:538-53.

11. Antunes KH، Stein RT، Franceschina C، da Silva EF، de Freitas DN، Silveira J، و همکاران. استات اسید چرب زنجیره کوتاه باعث ایجاد یک پاسخ ضد ویروسی با واسطه RIG-I در سلول های نوزادان مبتلا به برونشیولیت ویروس سنسیشیال تنفسی می شود. EBioMedicine 2022; 77: 103891.

12. Bartlett NW، Walton RP، Edwards MR، Aniscenko J، Caramori G، Zhu J، و همکاران. مدل‌های موش بیماری ناشی از رینوویروس و تشدید التهاب آلرژیک راه هوایی. Nat Med 2008؛ 14:199-204.

13. Singanayagam A، Glanville N، Girkin JL، Ching YM، Marcellini A، Porter JD، و همکاران. سرکوب کورتیکواستروئید ایمنی ضد ویروسی باعث افزایش بارهای باکتریایی و تولید مخاط در تشدید COPD می شود. Nat Commun 2018; 9:2229.

14. Gentzsch M، Boyles SE، Cheluvaraju C، Chaudhry IG، Quinney NL، Cho C، و همکاران. نجات دارویی سلول های اپیتلیال برونش فیبروز کیستیک که به طور مشروط برنامه ریزی مجدد شده اند. Am J Respir Cell Mol Biol 2017;56:568-74.

15. Liu X، Ory V، Chapman S، Yuan H، Albanese C، Kallakury B، و همکاران. سلول های مهارکننده ROCK و تغذیه کننده، برنامه ریزی مجدد مشروط سلول های اپیتلیال را القا می کنند. Am J Pathol 2012; 180:599-607.

For more information:1950477648nn@gmail.com