Μελέτη της φυσικής και προσαρμοσμένης ανοσίας στην παθοφυσιολογία του άσθματος

Abstract

The lung interacts constantly with the external environment, thus it is often exposed to dangerous irritants. An irritant may cause tissue damage that stimulates inflammatory mechanisms in order to eliminate the irritant and preserve homeostasis. Sometimes, inflammation is sustained and the system is trapped to a vicious cycle of injury-repair leading to tissue remodeling. Extremely important for the preservation of homeostasis are the mechanisms that regulate the balance of pre/anti-inflammatory and repair mechanisms that are not fully understood. The present study focuses on two molecules the particle in several processes aiming to treat pulmonary diseases that involve inflammatory and repair processes. The first molecule is TLR7, a member of Toll-like receptors (TLRs). It was chosen based on the immunomodulation theory, where microbial exposure can reeducate the immune system towards reduced immune response type 2 to allergens. Moreover, polymorphisms for TLR7 were associated to asthma and related atopic disorders in humans. We administered intranasally in mice a ligand of TLR7, R-848 in the context of well-established models of allergic airway disease. We observed that R-848 was able to suppress the immune response type 2 and the epiphenomena of allergic airway disease in a prophylactic and a therapeutic manner. This suppressive effect remained for up to 1 month after the administration. The analysis of its mode of action revealed that the activation of TLR stimulates rapidly the intense production of interferons type I. Interferons type 1 suppressed immediately the immune response type 2 and the epiphenomena of allergic airway disease. Later on however an immunoregulatory population of CD8+ T cells is induced and confers long-term protection suppressing the immune response type 2 in an IFNγ dependent mechanism. The second molecule is Activin A, which is a member of TGFb superfamily and seems to be involved in inflammatory and repair mechanisms. As high levels of Activin A are detected in several immune and fibrotic diseases and experimental models, it is possibly involved in the pathogenesis. The majority of studies on Activin A are mainly in vitro studies and for that it is interesting to validate in vivo the pathogenic potential of its deregulated expression in the lung. We overexpressed Activin A in the lungs of mice using adenoviral-mediated gene transfer. Its ectopic overexpression caused severe and sustained pulmonary pathology. We observed dynamically evolving inflammatory response degeneration of alveoli and a transient fibrotic response that followed the development of emphysema. The production of surfactant proteins was reduced dramatically and the lung function is deteriorated. Moreover, we detected high levels of Activin A in ARDS patients. Extremely important is that the therapeutic neutralization of Activin A suppressed pathology, thus proposing it as a therapeutic target for pulmonary diseases with increased levels of Activin A.

Ο πνεύμονας έχει έντονη επικοινωνία με το εξωτερικό περιβάλλον, οπότε συχνά εκτίθεται σε παθογόνα ερεθίσματα. Ένα παθογόνο ερέθισμα συχνά προκαλεί ιστική βλάβη με αποτέλεσμα να ενεργοποιούνται οι μηχανισμοί της φλεγμονής ώστε να απομακρυνθεί το ερέθισμα και να αποκατασταθεί η ομοιόσταση. Κάποιες φορές η φλεγμονή εμμένει και το σύστημα παγιδεύεται σε συνεχή βλάβη-επιδιόρθωση οδηγώντας σε αναδόμηση του ιστού. Σημαντικοί για την διατήρηση της ομοιόστασης είναι οι μηχανισμοί που ρυθμίζουν την ισορροπία μεταξύ προ/αντι-φλεγμονωδών και επιδιορθωτικών παραγόντων, που δεν είναι πλήρως αντιληπτοί. Η παρούσα μελέτη εκμεταλλεύεται 2 μόρια που συμμετέχουν σε πλήθος διεργασιών με απώτερο στόχο την αντιμετώπιση νόσων του πνεύμονα με φλεγμονώδεις, ινωτικές διεργασίες. Το πρώτο μόριο είναι ο TLR7 που ανήκει στους υποδοχείς Toll-like (TLRs). Η επιλογή βασίζεται στην θεωρία της ανοσοτροποποίησης, δηλαδή η έκθεση σε μικροβιακούς παράγοντες μπορεί να επανεκπαιδεύσει το ανοσοποιητικό σύστημα προς μειωμένη ανοσιακή απάντηση τύπου 2 στα αλλεργιογόνα. Επίσης, πολυμορφισμοί του TLR7 συνδέθηκαν με το άσθμα και συναφείς ατοπικές νόσους στον άνθρωπο. Χορηγήσαμε ενδορινικά στον πνεύμονα ποντικών το R-848, που είναι προσδέτης του TLR7 στα πλαίσια καλά χαρακτηρισμένων μοντέλων αλλεργικής φλεγμονής των βρόγχων. Παρατηρήσαμε ότι το R-848 είναι ικανό να καταστείλει την ανοσιακή απάντηση τύπου 2 και τα επιφαινόμενα της αλλεργικής φλεγμονής κατά την προφυλακτική, αλλά και θεραπευτική χορήγησή του. Επίσης, η κατασταλτική δράση παρέμεινε μέχρι και ένα μήνα. Η μελέτη του μηχανισμού δράσης του αποκάλυψε ότι η ενεργοποίησή του TLR7 οδηγεί γρήγορα σε έντονη παραγωγή ιντερφερονών τύπου 1. Οι ιντερφερόνες α/β κατέστειλαν άμεσα την ανοσιακή απάντηση τύπου 2 και τα επιφαινόμενα της αλλεργικής νόσου. Πιο μακροπρόθεσμα όμως επάγεται ένας ανοσορυθμιστικός πληθυσμός CD8 T κυττάρων που επάγει προστασία μακράς διάρκειας κατά τρόπο εξαρτώμενο από την παραγωγή IFNγ. Το δεύτερο μόριο είναι η Ακτιβίνη Α, που είναι μέλος της υπεροικογένειας και TGFb και φαίνεται να εμπλέκεται σε πλήθος φλεγμονωδών και αναδομητικών διεργασιών. Καθώς υψηλά επίπεδα της Ακτιβίνης Α έχουν ανιχνευτές σε ποικίλες φλεγμονώδεις και ινωτικές νόσους και πειραματικά μοντέλα, εμπλέκεται δυνητικά στην παθογένεση τους. Καθώς οι μελέτες που αφορούν την Ακτιβίνη Α είναι κυρίως in vitro μελέτες, είναι ενδιαφέρον να διεξαχθεί μια in vivo μελέτη των παθογονικών επιπτώσεων της απορυθμισμένης έκφρασης της στον πνεύμονα. Υπερεκφράσαμε την Ακτιβίνη Α στους πνεύμονες των πειραματοζώων με το σύστημα της γονιδιακής μεταφορικά με αδενοιούς. Η έκτοπή έκφραση της προκάλεσε σοβαρή και παρατεταμένη παθολογία στον πνεύμονα. Παρατηρήθηκε δυναμικά εξελισσόμενη φλεγμονώδης απόκριση, εκφυλισμός των κυψελιδικών διαφραγμάτων και μια παροδική ινωτική αντίδραση, που ακολούθησε η ανάπτυξη εμφυσήματος. Μειώθηκε σημαντικά η παραγωγή των επιφανειοδραστικών πρωτεϊνών και επιβαρύνθηκε σημαντικά η πνευμονική λειτουργία. Επιπλέον, ανιχνεύουμε υψηλά επίπεδα της Ακτιβίνης Α σε ασθενείς με ARDS. Εξαιρετικής σημασίας είναι ότι η θεραπευτική αδρανοποίηση της Ακτιβίνης Α κατέστειλε την παθολογία καθιστώντας την καλό θεραπευτικό στόχο για νόσους του πνεύμονα με αυξημένα επίπεδα Ακτιβίνης Α.