Neutrofiilid Mycobacterium Tuberculosis'es

Abstraktne:

Mycobacterium tuberculosis (M. tb) on arengumaades jätkuvalt peamine suremuse põhjus. BCG vaktsiini M. tb vastase immuunsuse suurendamiseks kasutatakse laialdaselt arengumaades ja ainult teatud asjaoludel Ameerika Ühendriikides. Praeguses kirjanduses on aga BCG vaktsiini efektiivsuse kohta ebaselgeid andmeid. Neutrofiilid, mis oma rollis kaasasündinud immuunvastuses on kriitilised, on üks esimesi reageerijaid nakkuslikele patogeenidele nagu M. tb. Neutrofiilid soodustavad M. tb tõhusat kliirensit selliste protsesside kaudu nagu fagotsütoos ja destruktiivsete graanulite sekretsioon. Adaptatiivse immuunvastuse ajal moduleerivad neutrofiilid sidet lümfotsüütidega, et soodustada tugevat põletikueelset vastust ja vahendada M. tb piiramist granuloomide tekke kaudu. Käesolevas ülevaates püüame esile tõsta ja kokku võtta neutrofiilide rolli M. tb infektsiooni ajal. Lisaks rõhutavad autorid vajadust läbi viia rohkem uuringuid tõhusa vaktsineerimise kohta M. tb.

Tuberkuloosi ja immuunsuse vaheline seos on keeruline. Tervetel inimestel mõjutab Mycobacterium tuberculosis (TB) inimese immuunsüsteemi, kuid tavaliselt sisaldub see harmooniliselt kopsudes. TB võib nakatada ja haigusi põhjustada ainult siis, kui immuunsüsteem on kahjustatud. Seetõttu mängib organismi immuunsüsteem tuberkuloosi kontrolli all hoidmisel üliolulist rolli.

Nõrgenenud immuunsüsteemiga inimesed on tuberkuloosile vastuvõtlikumad. Teisisõnu on patsiendi immuunsüsteem nõrk ja tuberkuloosi suhtes kontrollimatu. Nende hulka kuuluvad HIV-nakkusega isikud, immunosupressiivset ravi saavad või alatoidetud isikud. Lisaks on tuberkuloosi nakatumisele vastuvõtlikumad ka vanemad inimesed ja need, kes pole tuberkuloosi vastu vaktsineeritud.

Pärast nakatumist hakkab patsiendi immuunsüsteem uuesti tööle. Immuunvastus võib aidata tuberkuloosi kontrolli all hoida ja tappa, kuid pikaajaline krooniline infektsioon võib põhjustada väsimust ja immuunsüsteemi kahjustusi, mis võib põhjustada haiguse ägenemist ja halbu tulemusi.

Kokkuvõtteks võib öelda, et tuberkuloosi ja immuunsuse vaheline seos on üksteisest sõltuv. Inimesed vajavad tuberkuloosi ennetamiseks ja tuberkuloosi kontrolli all hoidmiseks tervet immuunsüsteemi, kuid nad vajavad ka immuunsüsteemi abi infektsiooni ravimiseks. Seetõttu on immuunsüsteemi tugevdamisel tuberkuloosi ennetamisel ja ravimisel suur tähtsus. Sellest vaatenurgast peame oma igapäevaelus tähelepanu pöörama immuunsuse paranemisele. Cistanche mõjutab oluliselt immuunsust. Lihatuhka sisaldab mitmesuguseid bioloogiliselt aktiivseid komponente, nagu polüsahhariide, Erji seeni, Huangli jne. Need koostisosad võivad stimuleerida immuunsüsteemi erinevaid rakke ja suurendada nende immuunaktiivsust.

Klõpsake cistanche deserticola toidulisand

Märksõnad:

neutrofiilid; tuberkuloos; infektsioon; Mycobacterium tuberculosis; immuunsussüsteem.

1. Sissejuhatus

Ülemaailmselt nakatab Mycobacterium tuberculosis (M. tb) üle 10 miljoni inimese aastas. Olles 2021. aastal 13. peamine surmapõhjus ja teine ​​nakkustapja, kannab M. tb tõsist koormat, hoolimata batsillide avastamisest 1882. aastal ja Bacillus Calmette-Guérini (BCG) vaktsiini kasutamisest alates 1921. aastast [1,2 ]. M. tb põhjustab patogeeni asümptomaatilise eemaldamise, erineva raskusastmega kliinilise infektsiooni või latentse tuberkuloosiinfektsiooni (LTBI), kusjuures viimane on sagedasem. Kliiniline tuberkuloosiinfektsioon võib põhjustada halb enesetunne, köha, valu rinnus, hemoptüüs ja palavik, samas kui LTBI on tavaliselt asümptomaatiline [3]. LTBI tekib siis, kui keha kaitseb ennast, piirates patogeeni paljunemist, levikut ja hapnikuvarustust [4].

LBTI suurimad ohud on aktiivse tuberkuloosi taasaktiveerimine ja sellele järgnev vaikne levik [5]. Immuunpuudulikkusega seisund võib indutseerida granuloomi ja bakteriaalse replikatsiooni juhtude vedeldamist, soodustades seeläbi M. tb õõnsuse teket ja kopsusisest levikut [6]. Nõrka immuunsüsteemiga isikutel, näiteks inimese immuunpuudulikkuse viirusega (HIV) ja suhkurtõvega (DM) on suurenenud risk M. tb taasaktiveerimiseks [7,8]. Tuleb märkida, et nende krooniliste infektsioonide korral on neutrofiilide hulk vähenenud [9, 10]. Neutrofiilid moodustavad inimkehas suurima koguse valgeid vereliblesid ja on olulised osad organismi kaitsesüsteemis M. tb. Ägeda põletiku protsessis täidavad neutrofiilid mitmeid spetsiifilisi funktsioone, sealhulgas kemotaksist, fagotsütoosi, reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) genereerimist ja neutrofiilide ekstratsellulaarsete püüniste tootmist [11].

Neutrofiilide roll aktiivses tuberkuloosiinfektsioonis võrreldes LBTI-ga on aga väga vastuoluline ja vastuoluline. Tsütokiin IL-17 on eriti oluline neutrofiilide värbamisel kopsudesse. Hiirtel, kelle IL-17R signaaliülekanne oli välja lülitatud, ilmnes märkimisväärne viivitus neutrofiilide värbamisel alveolaarruumi, millele järgnes ellujäämise vähenemine bakteriaalse väljakutse vastu [12]. Hiljuti on näidatud, et uus vaktsiin nimega M. smegmatisAg85C-MPT51-HspX (mc2-CMX) kaitseb hiiri M. tb nakatumise eest spetsiifiliste Th1 ja Th17 rakkude neutrofiilide poolt vahendatud vastuse kaudu. [13]. On näidatud, et teine ​​vaktsiin, mis sisaldab nanoemulsioonil (NE) põhinevaid adjuvante, mida manustatakse koos M. tb spetsiifiliste immunodominantsete antigeenidega (NE-TB vaktsiin), kutsub esile tugevaid limaskesta IL-17 T-raku vastuseid. Siin rõhutame neutrofiilide nüansirikast ja kriitilist rolli M. tb infektsiooni korral, et rõhutada vajadust nende immuunrakkude edasise uurimise järele täiendavates vaktsiinides.

2. TB patogenees

M. tb nakatumine tekib aerosoolsete tilkade tuumade sissehingamisel, mis sisaldavad elujõulisi batsille, mis liiguvad mööda hingamisteid, enne kui lokaliseeritakse lõpuks kopsualveoolidesse [14]. Mükobakteritega koormatud piiskade tuumad võivad jääda õhus hõljuma mitmeks tunniks pärast seda, kui aktiivse kopsutuberkuloosiga patsient köhib, aevastab, räägib või laulab [4,15]. Pärast kopsualveoolidesse settimist võib M. tb rakusiseselt paljuneda ja liikuda vere ja lümfi kaudu kogu kehas, et nakatada teisi organsüsteeme. 2–8 nädala jooksul pärast esmast nakatumist töötavad spetsiaalsed immuunrakud patogeensete batsillide fagotsüteerimiseks. Kui peremeesorganismi kaitsemehhanismid ei suuda batsille täielikult kõrvaldada, kuid sisaldavad batsille, nii et kliinilised sümptomid ilmnevad minimaalselt, klassifitseeritakse patsient LTBI-ks [5,16]. Kui immuunrakud ei suuda batsille elimineerida ega sisaldada, võimaldab see kliiniliste sümptomite kasvu ja esilekutsumist. Vähem kui 10 protsendil nakatunud isikutest tekib esmane või aktiivne kliiniliste sümptomitega tuberkuloos [5].

Granuloomid, tuberkuloosiga kõige tihedamalt seotud patoloogiline struktuur, toimivad nakkuse reservuaarina [16]. M. tb võib nendes struktuurides elada aastakümneid ja areneda igal hetkel aktiivseks tuberkuloosiks [17]. Lisaks granuloomide kasutamisele kaitsva varjualusena on mükobakteritel mitmeid muid meetodeid immuunsüsteemi kaitsemehhanismide eest põgenemiseks. Nende hulka kuuluvad fagolüsosoomide küpsemise ja hapestumise pärssimine ning apoptoosi ja autofagia pärssimine [18,19]. Kui patogeen on sisestatud fagosoomi, mängib ESX-1 sekretsioonisüsteem aktiivse tuberkuloosi nakkuse patogeneesis olulist rolli, hõlbustades bakteriaalsete saaduste viimist makrofaagide tsütoplasmasse [20].

3. Neutrofiilide roll immuunvastuses

Neutrofiilid toodetakse luuüdis vereloome tüvirakkudest, mis järgivad müeloidse liini diferentseerumist. Nende diferentseerumist kontrollib granulotsüütide kolooniaid stimuleeriv faktor (G-CSF). Neutrofiile hoitakse luuüdis osteoblastirakkude poolt ekspresseeritud ligandi CXCL12 seondumise teel neutrofiilide retseptoriga CXCR4. G-CSF reguleerib alla CXCL12 ja CXCR4. Kui neutrofiilid lähenevad küpsemisele, reguleeritakse CXCR4 alla, samas kui CXCR2 ja TLR4 on ülesreguleeritud. Konserveerunud TLR-id mängivad võtmerolli M. tb äratundmises ja peremeesorganismi resistentsuses, kusjuures TLR4 ja TLR2 ekspressioon neutrofiilides on tuberkuloosihaigetel oluliselt suurenenud [21]. Luuüdist väljumiseks ekspresseerivad veresoonte endoteelirakud CXCL8 ligandi, mis seondub CXCR2-ga, et mobiliseerida vereringesse [22]. Aktiveeritud makrofaagid sekreteerivad CXCL8 ka M. tb infektsiooni ajal, mis on neutrofiilide värbamise seisukohalt kriitilise tähtsusega [23]. Neutrofiilide CXCR2 ekspressioon on samuti suurenenud tuberkuloosihaigetel ja koos need tegurid aitavad ülesreguleerida neutrofiilide mobilisatsiooni M. tb infektsiooni korral [24].

Neutrofiilid on kõige levinumad granulotsüüdid, mis moodustavad 50–70 protsenti kõigist tsirkuleerivatest leukotsüütidest, ja on kaasasündinud immuunsüsteemi esimesed reageerijad infektsiooni korral. Suurenenud tsirkuleeriv interleukiin-1 (IL-1), mida vabastavad makrofaagid M. tb infektsiooni ja teiste põletikuliste seisundite ajal, võib stimuleerida neutrofiilide tootmist IL-17-G-CSF telje kaudu [25]. Neutrofiilidel on kaks peamist patogeeni kliirensi mehhanismi: fagotsütoos patogeeni intratsellulaarseks hävitamiseks ja degranulatsioon rakuväliseks hävitamiseks [26]. Neutrofiilid kasutavad NADPH oksüdaasi, et toota oma fagosoomis patogeeni hävitamiseks reaktiivseid hapniku liike (ROS) ja vastusena lahustuvatele agonistidele rakuvälist ROS-i [27]. Degranulatsioon järgneb nelja peamise graanulitüübi rangelt kontrollitud vabanemisele: primaarne või asurofiilne, sekundaarne või spetsiifiline, tertsiaarne või želatinaas ja sekretoorne.

Primaarsed graanulid sisaldavad müeloperoksidaasi (MPO), katepsiin G, elastaasi, proteinaasi 3 ja defensiini, mis vastutavad patogeeni likvideerimise eest. Defensiinidel on mükobakterite vastane toime ja neid on uuritud kui alternatiivset ravivõimalust tuberkuloosiravis [28]. Sekundaarsed graanulid sisaldavad laktoferriini, mis vastutab raua, vase ja valkude eraldamise eest, et vähendada patogeenide kasvu. Tertsiaarsed graanulid sisaldavad želatinaasvalke, nagu maatriksi metalloproteinaas-8 (MMP-8), mis on võimelised täitma mitmesuguseid funktsioone, sealhulgas aktiveerima IL-1B. Lõpuks sisaldavad sekretoorsed graanulid albumiini ja tsütokiine [29, 30]. Tan et al. näitas, kuidas apoptootiliste neutrofiilide fagotsütoos makrofaagide poolt aktiivse M. tb nakkuse ajal viis rakusisese M. tb hävimiseni graanulite sisu kaubitsemise tõttu. See leid kujutab endast kaitsesilda neutrofiilide ja makrofaagide vahel vastuseks M. tb rakusisesele infektsioonile [31].

Neutrofiilid on samuti võimelised osalema adaptiivses immuunvastuses. Need võivad aidata kaasa B-rakkude aktiveerimisele ja ellujäämisele tsütokiinide B-raku aktiveeriva faktori (BAFF) ja proliferatsiooni indutseeriva ligandi (APRIL) tootmise kaudu. Neutrofiilid võivad toimida ka T-rakkude põletikuvastaste ja -eelsete modulaatoritena. Primaarsetes graanulites esinev arginaas-1 ja ka ROS-i vabanemine võivad vähendada T-rakkude aktivatsiooni ja proliferatsiooni. Nad võivad toimida ka antigeeni esitlevate rakkudena, reguleerides nende MHC-II taset IFN-gamma stimulatsiooni ajal koos kostimuleerivate molekulidega, et kutsuda esile Th1 ja Th17 diferentseerumist [29, 30]. Th1 rakud sekreteerivad IFN-gammat, mis reguleerib makrofaagide vastust M. tb nakkuse kontrollimiseks, samas kui Th17 rakud kutsuvad esile neutrofiilse põletiku ja koekahjustuse, toimides M. tb patoloogia vahendajana [32]. Neutrofiilid mängivad üliolulist rolli adaptiivsete immuunvastuste aktiveerimisel ja ekspressioonil.

Neutrofiilide lokaliseerimine kudedesse on nende funktsiooni jaoks oluline. Üks mehhanism, mille abil neutrofiilid lokaliseeritakse, on vananemine. Neutrofiilide vananedes ekspresseerivad nad CXCR4 suuremat arvukust. Inimestel on vaskulaarses luumenis ja kopsude interstitsiaalses ruumis suur hulk vananenud neutrofiile, mida arvatakse säilitavat CXCR{1}}-sõltuv mehhanism [22]. Samuti leiavad teised neutrofiilide alampopulatsioonid tee kindlatesse kehapiirkondadesse, nagu CCR7 ja integriin LFA-1, mis ekspresseerivad lümfisõlmedesse suunatud neutrofiile [22].

Huvitav on see, et üks neutrofiilide alampopulatsioon, fenotüüp CD49dhi CXCR4hi VEGFR1, tõmbub hüpoksilise koe poole ja võib olla üks mehhanism, mille abil neutrofiilid tõmmatakse hüpoksilise TB granuloomi külge [22, 25, 33]. Kuigi algselt peeti neutrofiilide rolli kroonilises tuberkuloosis nende lühikese eluea tõttu maha, siis tõendid näitavad, et neil on kroonilise tuberkuloosi granuloomide moodustumises võtmeroll [33,34]. On tõendeid selle kohta, et neutrofiilide eluiga pikeneb hüpoksilistes tingimustes ja isegi võimendab hüpoksilisi seisundeid positiivse tagasiside ahelana hapnikutarbimise kaudu [25]. Neutrofiilide rolli kokkuvõte on esitatud allpool joonisel 1. Rohkem tõendeid neutrofiilide rolli kohta ägedas ja kroonilises TB infektsioonis esitatakse üksikasjalikumalt järgmistes osades.

On tõendeid selle kohta, et mikrobiota ja patogeenid võivad neutrofiile spetsiifiliselt käivitada [22, 26]. M. tb infektsioon aktiveerib tugevalt neutrofiile. Need on primaarsed immuunrakutüübid kopsu-TB patsientide õõnsustes, mis on seotud MMP8-vahendatud rakuvälise maatriksi hävimise ja õõnsuste moodustumisega. Lisaks tuberkuloosi patogeneesile kaasaaitamisele seostatakse MMP8 ka neutrofiilide ekstratsellulaarsete lõksude (NET) vabanemisega. NET-id vabastatakse protsessi, mida nimetatakse NEToosiks, kombinatsioonina DNA-st, histoonidest ja antimikroobsetest graanulitest proteaasidest, mis vabanevad M. tb kinni püüdmiseks, ning seda käsitletakse üksikasjalikumalt hiljem [35, 36].

4. Neutrofiilid ja ekstratsellulaarsed lõksud

Füsioloogiliste seisundite, kahjustustega seotud molekulaarmustrite või mikroobsete patogeenidega seotud molekulaarmustritega stimuleerimisel läbivad neutrofiilid NEToosi, et vabastada NET-id. NET-id on dekondenseeritud DNA ahelate, histoonide ja antimikroobsete peptiidide ja valkude konglomeraat, sealhulgas graanulite koostisosad, nagu müeloperoksidaas ja elastaas. NET-id soodustavad patogeeni kliirensit, soodustades makrofaagide poolt fagotsütoosi, püüavad kinni rakuvälised patogeenid, et vältida infektsiooni levikut, ning on seotud ägedate ja krooniliste põletikuliste häiretega ning mikroobse patogeneesiga, nimelt M. tb patogeneesiga [26, 34, 36].

NET-ide moodustumine algab oksüdantide tootmisega neutrofiilide poolt, mis viib tuumaümbrise degranulatsioonini ja DNA vabanemiseni rakku. DNA degranulatsiooni ja rekondenseerumise reguleerimise eest vastutavad kaks ensüümi, IV tüüpi peptidüülarginiini deiminaas (PAD4) ja neutrofiilide elastaas. PAD4 hõlbustab positiivselt laetud arginiini külgahelate muundamist histoonide neutraalseteks külgahelateks tsitrulliinimise protsessi kaudu. Tsitrullineerimine dekondenseeris kromatiini DNA vabanemise hõlbustamiseks. Seejärel toimib DNA negatiivselt laetud karkassina NET-komponentidele, nagu histoonid ja proteaasid, et seostuda elektrostaatilise laengu kaudu. Kuigi algselt arvati, et NEToosi jaoks on vaja lüüsi, on uuringud leidnud, et NET-e saab vabastada vesikulaarse transpordi kaudu [29].

M. tb on võimeline stimuleerima NET sünteesi [35]. Francis et al. näitasid, et SAT-6 valk, mida sekreteerib M. tb varases nakatumises, indutseerib NET-ide tootmist [37]. Lisaks Dang et al. tuvastas M. tb rakuvälise faktori, sfingomüelinaas Rvo888, mis on võimeline indutseerima NET-ide moodustumist ja suurendama rekombinantse M. smegmatise koloniseerimisvõimet hiirte kopsudes [38]. Van de Meer et al. näitas, et aktiivse tuberkuloosiga patsientidel oli tervete osalejatega võrreldes kõrgenenud nukleosoomide ja elastaasi, NET moodustumise biomarkerite tase plasmas [39]. Teise NET-i biomarkeri tsitrullineeritud histooni H3 kõrgenenud seerumitasemed on seotud kopsude kavitatsiooni ja halbade ravitulemustega [40].

Sellisena võib NET-i tootmine olla meetod TB raskusastme jälgimiseks, kuna TB-nakkuse raskusaste korreleerub positiivselt tuberkuloosihaigete plasma NET-tasemega [41]. Braian et al. leidis, et M. tb-indutseeritud NET-id sisaldasid Hsp72, valku, mis võib vallandada tsütokiinide vabanemise makrofaagidest ja võib mängida rolli neutrofiilide ja makrofaagide vahelises interaktsioonis M. tb nakkuse ägedas faasis [42]. Moreira Teixeira et al. näitas, et 1. tüüpi interferooni (IFN{5}}) signaalimine kutsub esile kopsu NEToosi ja soodustab mükobakterite kasvu [40]. Samuti näitasid nad, et IFN-1-indutseeritud NEToosi seostatakse tuberkuloosile vastuvõtlike hiirte infektsiooni raskusastmega.

Tõendid näitavad, et kuigi M. tb indutseeris NET-ide moodustumist ja püüdis edukalt kinni M. tb, ei suutnud NETid ja neutrofiilid M. tb. Eeldatakse, et NET-id suudavad hõivata M. tb tänu M. TB elektrontihedale, polüsahhariide sisaldavale negatiivselt laetud väliskihi elektrostaatilisele külgetõmbele positiivselt laetud NET-struktuurile [34]. On oletatud, et NET-id loovad aluse M. tb replikatsioonile, mis soodustab kavitatsiooni kasvu. Kuna TB granuloom on hüpoksiline keskkond, on pärast granuloomi moodustumise lõppemist oluline mõista NEToosi rolli. Ong et al. leidis, et hüpoksilistes tingimustes oli NET moodustumine, neutrofiilide apoptoos ja neutrofiilide nekroos kõik pärsitud, samas kui NET komponentide, nagu MMP9 ja elastaas, sekretsioon suurenes. Kuigi NET-id mängivad rolli kavitatsioonis ja infektsiooni raskusastmes, näib, et need mängivad infektsiooni granuloomi staadiumis vähem rolli [33].

Hiljuti on Su et al. näitas, et neutrofiilide alampopulatsioon, mida nimetatakse tuberkuloosiga seotud madala tihedusega granulotsüütideks (LDG), vabastab ebanormaalselt kõrgel tasemel NET-e. M. tb nakkuse ajal toodetud NET-ide kõrge tase vallandas normaalse tihedusega granulotsüütide (NDG) asemel rohkematele LDG-dele, samas kui NET-i vabanemise pärssimine takistas nende muundumist. Lisaks näitasid nad, et ROS-i tootmise vähendamine vähendas oluliselt ka NDG-de muundamist LDG-deks [43]. See annab tõendeid selle kohta, et M. tb võib ROS-raja kaudu esile kutsuda ülemineku NDG-delt LDG-dele, suurendades seega NET-ide tootmist. Deng et al. Lisaks selgus, et LDG-d on seotud tuberkuloosi nakkuse raskusastmega [44]. Rao jt. leidis, et LDG-d võivad pärssida gamma-interferooni tootmist T-rakkudes, vähendades nii M. tb tuvastamiseks kasutatava T-SPOT TB testi efektiivsust kui ka moduleerides makrofaagide vastust [45]. LDG-de täpne roll tuberkuloosi infektsioonis nõuab täiendavat uurimist.

5. Neutrofiilid M. tb. ägedas staadiumis

Neutrofiilid on aktiivsete TB-nakkuste ajal peamine rakutüüp ja esimesed fagotsüüdid värvatakse kopsuveresoonkonnast kopsu interstitsiumi kemotaksise kaudu, mille algatavad alveolaarsed makrofaagid [46,47]. Nagu eelnevalt mainitud, värbab tsütokiin IL-17 teadaolevalt hingamisteedesse neutrofiile [48,49]. Neutrofiilid kasutavad M. tb. vastu võitlemiseks selliseid mehhanisme nagu fagotsütoos, degranulatsioon, ROS moodustumine ja NET vabanemine. Makrofaagid, dendriitrakud, looduslikud tapjarakud, fibroblastid, CD4 T-rakud ja tsütotoksilised CD8 T-rakud värvatakse samuti tsütokiini sekretsiooni kaudu nakkuskohta, mis viib bakteri edasise piiramiseni [47].

Neutrofiilid on kriitilise tähtsusega komponent vastuseks varasele tuberkuloosiinfektsioonile, nagu on kindlaks tehtud mitmete loomkatsetega. Näiteks Sugawara et al. leidis, et lipopolüsahhariidi (LPS) indutseeritud neutrofiilia hoidis ära varase M. tb nakatumise rottidel. Kui neutrofiilia kutsuti esile 10 päeva pärast õhust nakatumist M. tb-ga, ei suutnud neutrofiilid nakkuse teket ära hoida [50]. See rõhutab, et neutrofiilide olemasolu näib olevat nakkuse vastu võitlemisel märkimisväärne.

Veel üks Pedrosa jt uuring. leidis, et neutrofiilide vähenemine nakatumise esimesel nädalal süvendab M. tb proliferatsiooni hiirtel, eriti maksas, põrnas ja kopsudes. Selle asemel, et M. tb otseselt elimineerida, pakuti, et neutrofiilide kaitsvat olemust vahendas mittefagotsüütiline, võib-olla immunomoduleeriv mehhanism, mis mõjutas gamma-IFN tootmist [51]. Yang et al. viis läbi uuringu neutrofiilide kohta mükobakteriaalse infektsiooni korral, kasutades sebrakala transgeenset liini fluorestsentsmärgistatud neutrofiilidega. Esialgu leiti, et neutrofiilid värvati granuloomidesse surevate nakatunud makrofaagide signaalide kaudu. Seejärel fagotsüteerisid neutrofiilid nakatunud makrofaagid ja tapsid nende fagotsütoositud mükobakterid oksüdatiivsete mehhanismide kaudu [52]. See uuring ei näita mitte ainult neutrofiilide rolli ägedas mükobakteriaalses infektsioonis, vaid kinnitab ka Petrosa et al. et need immuunrakud osalevad kaudselt mükobakterite elimineerimisel.

6. Neutrofiilid M. tb infektsiooni varjatud faasis

Võrreldes teist tüüpi immuunrakkudega, nagu makrofaagid ja CD4 pluss T-rakud, ei ole neutrofiilide täielikku rolli M. tb infektsiooni tekkes ja säilimises hästi iseloomustatud. Neutrofiilid mängivad M. tb infektsiooni erinevates faasides keerulist rolli, ulatudes kaitsvast kuni patoloogiliseni. Granuloomi moodustumine koos hapnikuvaese keskkonnaga on tuberkuloosi iseloomulik tunnus [4]. Täpsemalt Barry et al. määratlevad granuloomi kui organiseeritud struktuuri, mis koosneb neutrofiilidest, lümfotsüütidest, makrofaagidest ja mõnikord ka fibroblastidest, sageli koos nekrootilise keskusega [53]. Granuloomid võivad esineda nii aktiivsete kui ka varjatud tuberkuloosiinfektsioonide korral. Ainuüksi granuloomi moodustumisest ei piisa infektsiooni likvideerimiseks. Selle asemel määrab nakkuse tulemuse granuloomi nõuetekohane toimimine [54]. Seoses LTBI-ga toimivad granuloomid taasaktiveerimise reservuaarina. Hüpoksia käivitab angiogeneesi, mis on vajalik granuloomide moodustumiseks [33]. Siin uurime hiljutisi uuringuid neutrofiilide rolli kohta nendes hüpoksilistes granuloomides.

Nagu varem mainitud, on neutrofiilid immuunsüsteemi olulised osad. On teada, et neutrofiilid esinevad granuloomides ja aitavad nende moodustumist [46]. Neutrofiilne fagotsütoos on oluline M. tb vastu, et tekitada põletikueelset reaktsiooni ja värvata rohkem immuunrakke. Seetõttu on kulutatud neutrofiilide õigeaegne eemaldamine sama oluline. Neid tuleb reguleerida apoptoosi ja makrofaagide puhastamise kaudu, et vältida ümbritseva koe nekrootilist lüüsi [55]. Leiti, et neutrofiilid aitavad kaasa tsütokiinide miljööle granuloomides ja ekspresseerivad tsütokiine rohkem granuloomide mikrokeskkondades kui T-rakud [56]. Seega rõhutab see neutrofiilide kui immunoregulatoorsete rakkude olulist rolli LTBI-s. Üldised seisukohad on, et neutrofiilid mängivad kaitsvat rolli varajastes granuloomides, töötades M. tb elimineerimisel, kuid patoloogilist rolli hilistes granuloomides, kahjustades ümbritsevat kude.

Neutrofiilide vastust hüpoksiale granuloomides on viimastel aastatel rohkem uuritud. Ong et al. näitas, et granuloomide hüpoksiline keskkond süvendab TB infektsiooni neutrofiilidest sõltuvat immunopatoloogiat. Leiti, et vastusena hüpoksilistele tingimustele suurendavad neutrofiilid ensüümide, nagu neutrofiilide MMP-8, MMP-9 ja elastaasi sekretsiooni, et juhtida maatriksi hävitamist [33]. See toetab veelgi varasemat uuringut, milles leiti, et hüpoksia suurendab neutrofiilide kollagenaasi ekspressiooni, et hävitada kopsukude [57]. On leitud, et hüpoksia suurendab neutrofiilide eluiga, reaktiivseid lämmastikuliike, proteaasi sekretsiooni ning kollageeni ja elastiini hävitamist. Teisest küljest vähendab hüpoksia apoptoosi [58–60]. See on kahjulik neutrofiilide tekitatava põletikulise reaktsiooni pikendamisel, mis võib veelgi süvendada koekahjustusi [61].

Loom- ja täisvereuuringud viitavad positiivsele korrelatsioonile tuberkuloosi raskusastme ja neutrofiilide arvukuse vahel. Näiteks neutrofiilide vähenemine hiiremudelites vähendas TB-nakkuse ajal kopsupatoloogiat ja bakterite koormust [62,63]. M. tb sisenemiskohad, infektsiooni progresseerumine ja nakkuskoormus võivad põhjustada neutrofiilide erinevat toimet. Neutrofiilide arvukus kopsudes suureneb tuberkuloosi progresseerumisel ja põhjustab merisigade, hiirte ja makaakide mudelite puhul raskemat patoloogiat [56, 64, 65]. Seda leidu toetavad ka täisvereproovid [66]. Seevastu uuringud on näidanud ka neutrofiilide kaitsvat rolli M. tb infektsiooni ajal, eriti veres. Neutrofiilid piirasid M. tb kasvu inimese täisveres ex vivo [67]. Üldiselt mängivad neutrofiilid tuberkuloosi nakkuse progresseerumisel rolli, kusjuures prognoos sõltub neutrofiilide elujõulisusest, infektsiooni raskusastmest ja infektsiooni asukohast (kopsu või süsteemne). Arvesse on võetud "Trooja hobuse" fenomeni, kus mükobakterid kasutavad neutrofiile enda kasuks – olgu siis toitainete või peavarju saamiseks – [62,64,68,69].

See võib juhtuda sagedamini raskemate infektsioonide korral, eriti kui makrofaagid ei ole neutrofiile korralikult puhastanud. Kokkuvõttes moodustavad neutrofiilid olulise osa immuunvastuses M. tb. Varase nakatumise korral võitlevad patogeeniga kiire fagotsütoos, degranulatsioon ja ROS. Hilisem infektsioon, mis on tingitud hüpoksiast ja/või ebapiisavast puhastamisest, on korrelatsioonis halbade nakkustulemuste ja raskema patoloogiaga. Arvestades, et neutrofiilid on domineeriv immuunrakutüüp, mis esineb aktiivsetel tuberkuloosipatsientidel ja esineb LTBI-s, on M. tb vastase praeguste ravimeetodite väljatöötamiseks oluline mõista nende rolli ja seda, kuidas nad infektsiooni ajal muutuvad. Neutrofiilide roll aktiivsete ja LTBI ajal on kokku võetud alloleval joonisel 2.

7. Neutrofiilide kasutamine heaks: vaktsiini väljatöötamine

M. tb tõhus likvideerimine on ebaõnnestunud. Praegu on bacilli CalmetteGuerini vaktsiin (BCG) ainus litsentseeritud tuberkuloosivaktsiin. BCG on elus, nõrgestatud vaktsiin, mida tavaliselt kasutatakse arengumaade laste tuberkuloosi meningiidi ennetamiseks. Ameerika Ühendriikides manustatakse vaktsiini ainult teatud asjaoludel, näiteks lastele, kellel on negatiivne tuberkuliini nahatest (TST) ja kes puutuvad pidevalt kokku täiskasvanutega, kes on ravimata või ebaefektiivsed tuberkuloosi nakkuse suhtes või kellel on isoniasiidi- ja rifampiiniresistentne M. tb. Lisaks peetakse BCG vaktsineerimist tervishoiutöötajatele kohtades, kus on suur osa tuberkuloosihaigetest, kes on nakatunud isoniasiidi ja rifampitsiini suhtes resistentsete M. tb tüvedega [70]. Seda vaktsiini ei soovitata aga Ameerika Ühendriikides üldiselt kasutada, kuna selle tõhusus täiskasvanutel on piiratud ja võime anda TST-le valepositiivse reaktsiooni [68].

Tuberkuloosi nakatumise loomulik tee kulgeb läbi limaskesta pinna, kuid praegu ei ole kliinilistes uuringutes ühtegi limaskesta tuberkuloosivaktsiini. Ahmed et al. arutada tõhusama vaktsiini kasutamist, mida manustatakse limaskesta kaudu. NE-TB vaktsiin kutsus esile tugevaid limaskestade IL-17 rakkude vastuseid, et kaitsta M. tb nakkuse eest, ja kui seda manustati koos BCG-ga, vähenes infektsiooni raskusaste [71]. IL-17R signaalimise nõue neutrofiilide värbamiseks, peremeesorganismi kaitseks ja G-CSF ekspressiooniks rõhutab selle raja tähtsust M. tb nakkuse vastu [12].

On näidatud, et teine ​​vaktsiin nimega M. smegmatis-Ag85C-MPT51-HspX (mc2-CMX) kaitseb hiiri M. tb nakatumise eest spetsiifiliste Th1 ja Th17 rakkude neutrofiilide poolt vahendatud vastuse kaudu. Võrreldes BCG-ga indutseeris mc{8}}CMX M. tb-ga kokku puutunud hiirtel parema humoraalse ja rakulise vastuse [13]. Trentini jt. uuris neutrofiilide vähenemise mõju immuunvastusele hiirtel, keda vaktsineeriti mc2- CMX-ga. Hiirtel, kelle neutrofiilid olid vaktsineerimise ajal ammendunud ja nakatatud M. tb-ga, ei näidanud Th1 ja Th17 vastuse suurenemist neutrofiilide sisaldusega rühmades. See viitab sellele, et neutrofiilide puudumine mc{14}}CMX vaktsineerimise ajal C57BL/6 hiirtel vähendab kaitset ja põhjustab Th1 ja Th17 tagasikutsumise reaktsiooni puudumist. Selles uuringus rõhutatakse, et neutrofiilid on olulised CMX Th1-spetsiifilise vastuse esilekutsumiseks M. tb vastu, kuna need on seotud Th1 ja Th17 rakkudega [72]. Kuna neutrofiilid on kõige levinum valgete vereliblede tüüp ja võrreldes praeguse vaktsiinistrateegiaga on mänginud rolli mc2-CMX-iga vaktsineeritud hiirte immuunvastuse suurendamisel, rõhutab see vajadust edasiste uuringute järele. neutrofiilide funktsiooni suhtes täiendavates vaktsiinides.

8. Järeldused

M. tb koormab jätkuvalt arengumaade tervist ja majandust. Vajadus tõhusate ennetavate tavade järele on otsustava tähtsusega juhtumite esinemissageduse ja levimuse vähendamisel kogu maailmas. Tekkivate vaktsiinide kohta on vaja rohkem uuringuid, et teha kindlaks spetsiifiliste Th1 ja Th17 rakkude neutrofiilide poolt vahendatud vastuse soodustamise tõhusus peremeesorganismis. Kuna neutrofiilid on kõige levinumad valged verelibled, mängivad nad olulist rolli immuunvastuses M. tb. Aktiivse infektsiooni ajal migreeruvad neutrofiilid vereringest kemotaksise kaudu, et kasutada erinevaid vahendeid M. tb peremeesorganismist vabastamiseks. Nende hulka kuuluvad fagotsütoos, ROS-i tootmine ja hävitavate ensüümide degranulatsioon, et rõhutada M. tb kliirensit. Lisaks värbavad neutrofiilid tsütokiinide sekretsiooni kaudu makrofaage, NK-rakke ning B- ja T-rakke. LTBI ajal sisaldavad neutrofiilid olulisel määral M. tb-d granuloomide tootmise kaudu, et vältida edasist levikut. Nagu uued uurimused M. tb. areneb, võib tugeva immuunvastuse suurendamine neutrofiilide poolt olla paljutõotav uurimisvõimalus.

Autori kaastööd:

Kontseptualiseerimine, VV, CAA, IG, KHN ja AP; kirjutamine – esialgse eelnõu ettevalmistamine, CAA, IG, KHN ja AP; kirjutamine – läbivaatamine ja toimetamine, CAA, IG ja KHN; visualiseerimine, CAA, IG, KHN; järelevalve, VV ja CAA; projekti administratsioon, VV ja CAA Kõik autorid on käsikirja avaldatud versiooniga tutvunud ja sellega nõustunud.

Rahastamine:

See uuring ei saanud välist rahastamist.

Institutsioonilise ülevaatenõukogu avaldus:

Ei kohaldata.

Teadliku nõusoleku avaldus:

Ei kohaldata.

Andmete kättesaadavuse avaldus:

Ei kohaldata.

Tänuavaldused:

Hindame NIH-i (HL{0}}A1) rahastamistoetust. Joonis 2 loodi rakendusega BioRender.com.

Huvide konfliktid:

Autorid ei kinnita huvide konflikti.

Viited

1. KES. Tuberkuloos. 27. oktoober 2022.

2. Formad, HF Tuberkuloosi etioloogia. J. Am. Med. Assoc. 1882, IV, 312–316. [CrossRef]

3. CDC. Tuberkuloosi üldteabe teabeleht; CDC: Atlanta, GA, USA, 2011.

4. Pikk, R.; Divangahi, M.; Schwartzman, K. 2. peatükk: Tuberkuloosi edasikandumine ja patogenees. Saab. J. Respir. Crit. Care Sleep Med. 2022, 6, 22–32. [CrossRef]

5. Dutta, NK; Karakousis, C. Latentne tuberkuloosiinfektsioon: müüdid, mudelid ja molekulaarsed mehhanismid. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2014, 78, 343–371. [CrossRef] [PubMed]

6. Eguirado, E.; Schlesinger, LS Mycobacterium tuberculosis Granuloma modelleerimine – peremeesorganismi immuunsuse ja haiguste kriitiline lahinguväli. Ees. Immunol. 2013, 4, 98. [CrossRef]

7. Sia, JK; Rengarajan, J. Mycobacterium Tuberculosis Infections immunoloogia. In Microbiology Spectrum; Ameerika Mikrobioloogia Selts: Washington, DC, USA, 2019; 7. köide.

8. Narasimhan, P.; Wood, J.; MacIntyre, CR; Mathai, D. Tuberkuloosi riskifaktorid. Pulm. Med. 2013, 2013, 828939. [CrossRef] [PubMed]

9. Madzime, M.; Rossouw, TM; Theron, AJ; Anderson, R.; Teras, HC HIV-i ja retroviirusevastase ravi koostoimed neutrofiilide ja trombotsüütidega. Ees. Immunol. 2021, 12, 634386. [CrossRef]

10. Dowey, R.; Iqbal, A.; Heller, SR; Sabroe, I.; Prince, LR Magus vastus diabeedi infektsioonile; Neutrofiilide sihtimine põletiku muutmiseks ja peremeesorganismi immuunsuse parandamiseks. Ees. Immunol. 2021, 12, 678771. [CrossRef] [PubMed]

11. Hilda, JN; Das, S.; Tripathy, SP; Hanna, LE Neutrofiilide roll tuberkuloosis: vaade linnulennult. J. Endotoxin Res. 2019, 26, 240–247. [CrossRef]

12. Jah, P.; Rodriguez, FH; Kanaly, S.; Sukad, KL; Schurr, J.; Schwarzenberger, P.; Oliver, P.; Huang, W.; Zhang, P.; Zhang, J.; et al. Interleukiin 17 retseptori signaalimise nõue kopsu Cxc kemokiini ja granulotsüütide kolooniaid stimuleeriva faktori ekspressiooni, neutrofiilide värbamise ja peremeesorganismi kaitse jaoks. J. Exp. Med. 2001, 194, 519–528. [CrossRef]

13. de Oliveira, FM; Trentini, MM; Junqueira-Kipnis, AP; Kipnis, A. Mc2-CMX vaktsiin kutsub esile Mycobacterium tuberculosis'e vastu tugevdatud immuunvastuse võrreldes Bacillus Calmette-Guériniga, kuid millel on sarnane kopsupõletikuline toime. Mem. Inst. Oswaldo Cruz 2016, 111, 223–231. [CrossRef]

14. Heemskerk, D.; Caws, M.; Marais, B.; Farrar, J. 2. peatükk: patogenees. Tuberkuloosi korral täiskasvanutel ja lastel; Springer: Cham, Šveits, 2015; lk 9–15.

15. Loudon, RG; Roberts, RM Laulmine ja tuberkuloosi levik. Olen. Respir. Dis. 1968, 98, 297–300. [CrossRef]

16. Lin, PL; Flynn, JL Binaarse ajastu lõpp: Tuberkuloosi spektri uuesti vaatamine. J. Immunol. 2018, 201, 2541–2548. [CrossRef] [PubMed]

17. Lillebaek, T.; Dirksen, A.; Baess, I.; Strunge, B.; Thomsen, V.; Andersen, Å.B. Molekulaarsed tõendid Mycobacterium Tuberculosis'e endogeense taasaktiveerimise kohta pärast 33-aastast varjatud nakatumist. J. Infect. Dis. 2002, 185, 401–404. [CrossRef]

18. Zhai, W.; Wu, F.; Zhang, Y.; Fu, Y.; Liu, Z. Mycobacterium Tuberculosis'e immuunsüsteemi põgenemise mehhanismid. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 340. [CrossRef] [PubMed]

19. Corleis, B.; Korbel, D.; Wilson, R.; Bylund, J.; Chee, R.; Schaible, UE Mycobacterium tuberculosis põgenemine neutrofiilide oksüdatiivsest tapmisest. Kamber. Microbiol. 2012, 14, 1109–1121. [CrossRef] [PubMed]

20. Simeone, R.; Bobard, A.; Lippmann, J.; Bitter, W.; Majlessi, L.; Brosch, R.; Enninga, J. Mycobacterium tuberculosis'e põhjustatud fagosoomirebend Toksilisuse ja peremeesrakkude surma tagajärjed. PLoS patog. 2012, 8, e1002507. [CrossRef] [PubMed]

21. Hilda, JN; Das, S. Neutrophil CD64, TLR2 ja TLR4 ekspressioon suureneb, kuid fagotsüütiline potentsiaal väheneb tuberkuloosi ajal. Tuberkuloos 2018, 111, 135–142. [CrossRef] [PubMed]

22. Rosales, C. Neutrophil: rakk, millel on palju rolle põletikus või mitu rakutüüpi? Ees. Physiol. 2018, 9, 113. [CrossRef]

23. Cheng, A.-C.; Yang, K.-Y.; Chen, N.-J.; Hsu, T.-L.; Jou, R.; Hsieh, S.-L.; Tseng, P.-H. CLEC9A moduleerib makrofaagide vahendatud neutrofiilide värbamist vastuseks kuumusega tapetud Mycobacterium tuberculosis H37Ra-le. PLoS ONE 2017, 12, e0186780. [CrossRef]

25. Pokkali, S.; Das, SD Suurenenud kemokiini tase ja kemokiini retseptori ekspressioon immuunrakkudes kopsutuberkuloosi ajal. Humm. Immunol. 2009, 70, 110–115. [CrossRef]

25. Remot, A.; Doz, E.; Winter, N. Neutrofiilid ja lähisugulased tuberkuloosse granuloomi hüpoksilises keskkonnas: uued võimalused peremeesorganismi juhitud ravi jaoks? Ees. Immunol. 2019, 10, 417. [CrossRef] [PubMed]

26. Cacciotto, C.; Alberti, A. Vaenlase söömine: mükoplasma strateegiad neutrofiilide ekstratsellulaarsete lõksude (NET) vältimiseks, mis soodustavad bakterite nukleotiidide omastamist ja põletikulisi kahjustusi. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 15030. [CrossRef] [PubMed]

27. Jaganjac, M.; Cipak, A.; Schaur, RJ; Zarkovic, N. Neutrofiilide poolt vahendatud ekstratsellulaarsete redoksreaktsioonide patofüsioloogia. Ees. Biosci. 2016, 21, 839–855. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com