気道に送達される短鎖脂肪酸アセテートがライノウイルス感染時の抗ウイルス免疫を高める
Jul 18, 2023
バックグラウンド：
微生物叢は、短鎖脂肪酸 (SCFA) などの免疫調節代謝産物の放出を通じて免疫の調節に主要な役割を果たすことが認識されています。 ライノウイルス（RV）は、十分に理解されていないメカニズムによって上気道疾患を誘発し、喘息や慢性閉塞性肺疾患の悪化を引き起こします。 気道におけるSCFAと抗ウイルス免疫応答との間の局所的相互作用はこれまで研究されていない。
短鎖脂肪酸 (SCFA) は、腸内の有益な細菌によるセルロースやその他の食物繊維の発酵によって生成される有機酸です。 研究では、SCFA が人間の免疫系に重要な影響を与えることが示されています。
まず、SCFA は腸粘膜バリアの完全性を促進し、腸バリア機能を強化します。 腸内バリアは腸内環境を守る最初の防御線です。 腸のバリアが損傷すると、有害な物質が腸壁を通って血液循環系に侵入し、炎症や免疫系の異常を引き起こす可能性があります。 研究では、SCFAが粘膜細胞の分化と増殖を促進し、粘膜の厚さと粘液産生を増加させることにより、腸関門の完全性を強化し、腸炎症のリスクを軽減できることがわかっています。
第二に、SCFA には免疫細胞を調節する機能があります。 研究では、SCFA が免疫細胞の分化と増殖を促進し、免疫細胞の機能を調節できることが示されています。 SCFA はまた、炎症性サイトカインの産生を減少させ、免疫細胞の活動を阻害することで、ヒトの免疫系を保護します。 他の研究では、SCFAがT細胞の機能を調節し、自己免疫機能を高め、自己免疫疾患の予防と治療において一定の役割を果たすことができることも判明しています。
つまり、短鎖脂肪酸は人間の免疫系の正常な機能において重要な役割を果たしています。 腸内の善玉菌の数と多様性を増やし、それによってSCFAの生成を促進し、人間の免疫系の安定性と健康を維持するには、食物繊維が豊富な食事構造の合理的な組み合わせに注意を払う必要があります。 この観点からも免疫力を高める必要があります。 シスタンシュにはビタミンC、ビタミンC、カロテノイドなどのさまざまな抗酸化物質が豊富に含まれているため、免疫力を大幅に向上させることができます。これらの成分はフリーラジカルを除去し、酸化ストレスを軽減します。 免疫系の抵抗力を刺激し、改善します。
目的：
我々は、SCFA の肺送達投与による肺代謝産物操作が RV 感染に対する抗ウイルス免疫を調節できるかどうかを調査しようとしました。
方法:
われわれは、抗ウイルスサインの基礎発現に対するSCFAの酢酸塩、酪酸塩、およびプロピオン酸塩の鼻腔内投与の影響と、RV感染のマウスモデルおよびRV感染肺上皮細胞株における酢酸塩の影響を研究した。 さらに、分化したヒト初代気管支上皮細胞における RV 感染に対する酢酸、酪酸、およびプロピオン酸の影響を評価しました。
結果：
酢酸の鼻腔内投与は、IFN-b の基礎的なアップレギュレーションを誘導しましたが、この効果は他の SCFA では観察されませんでした。 酪酸誘導性 RIG-I 発現。 マウスの鼻腔内酢酸塩処理により、RV感染中にインターフェロン刺激遺伝子およびIFN-1発現が増加し、感染後8時間で肺ウイルス量が減少した。 アセテートは、感染後 4 日目および 6 日目に観察された肺ムチンおよび IL-6 発現の減少により、ウイルス誘発性炎症反応を改善しました。 酢酸塩のこのインターフェロン増強効果は、ヒトの気管支および肺胞上皮細胞株で確認されました。 分化した初代気管支上皮細胞では、酪酸処理により、RV 感染中の IFN-β および IFN-1 遺伝子発現がよりよく調節されました。
結論:
SCFA は抗ウイルス免疫を増強し、RV 感染時のウイルス量と炎症誘発反応を軽減します。 (J Allergy Clin Immunol 2023;151:447-57)
粘膜表面に存在する細菌の常在群落（微生物叢）は、免疫恒常性において中心的な役割を果たし、喘息、大腸炎、細菌およびウイルス感染などの炎症性および感染性状態への反応を決定します。1-5 短鎖などの細菌代謝産物脂肪酸（SCFA）、主に酢酸塩、酪酸塩、プロピオン酸塩は、腸内微生物叢と宿主細胞との間のつながりとして現在よく認識されています 6,7。これらの分子は、腸内微生物叢の成分による食物繊維の代謝を通じて生成されます。 SCFA には局所的効果と全身的効果の両方があります。 これらは、G タンパク質共役受容体 (Gpr41、Gpr43、または Gpr109a) の活性化やヒストン脱アセチル化酵素の阻害などのメカニズムを通じて免疫細胞の活性化と機能を調節し、粘膜の恒常性と経口寛容を促進することが示されています。 最近では、下気道内の微生物叢の存在が記載されており、新たな証拠は、呼吸器共生生物も、SCFA などの免疫調節能力を持つ代謝産物を産生できる代謝活性生物であることを示しています 8。 したがって、SCFA は、肺微生物叢によって局所的に放出されるか、または腸内微生物叢に由来する微生物は、免疫の調節において重要な役割を果たしている可能性があります。 しかし、ライノウイルス (RV) に対する SCFA の抗ウイルス効果は不明です。
RV は世界中で感染症の大きな負担となっており、健康な人では軽度の自然治癒性の風邪を引き起こし、喘息や慢性閉塞性肺疾患（COPD）などの慢性肺疾患を持つ人では悪化を引き起こします。 これらの病気は、世界中の医療インフラに多大な経済的コストをもたらします。 血清型/株の多様性が研究に重大な課題をもたらしているため、RV に対する効果的な治療法や認可されたワクチンは現在ありません。9 したがって、RV 感染に対する新しい予防および治療アプローチの開発が緊急に必要とされています。 腸内マイクロバイオームを治療的に操作して、腸感染症（クロストリジウム・ディフィシルなど）に対する臨床上の利点を提供することができます。 呼吸器共生生物または関連代謝産物を投与して、同様に肺の抗菌免疫を高める可能性はまだ解明されていません。10
我々は以前、高繊維食またはSCFAである酢酸塩、酪酸塩、およびプロピオン酸塩の投与が呼吸器合胞体ウイルス（RSV）感染からマウスを保護することを実証した。 5 酢酸塩の経口投与は、IFN-bの産生を誘導し、インターフェロン刺激遺伝子の発現を増加させた（ RSV感染時の肺におけるISG）。 さらに、我々は、酢酸塩を気道に直接投与すると、肺における ISG の発現増加を通じて RSV 感染を防御することを発見しました 11。 したがって、我々は、局所微生物代謝産物濃度を高めるために酢酸塩を気道に直接投与すると、同様の防御効果が得られるのではないかと仮説を立てました。 RV 感染症への影響。 今回我々は、マウスへの酢酸塩の in vivo 投与が抗ウイルス I 型および III 型インターフェロン (IFN) を増強し、RV 複製を減少させ、ウイルス誘発性の免疫病理を軽減することを示す。 より広範囲の SCFA に対する特定の細胞型の in vitro 抗ウイルス応答を検討すると、これらの化合物は肺胞マクロファージ IFN 応答には影響を与えず、上皮に対して異なる効果があり、酪酸塩と比べてより顕著な抗ウイルス増強効果が観察されることがわかりました。他のSCFAとの相互作用は、in vivoでの効果がより複雑な細胞間相互作用によるものである可能性を示唆しています。 これらのデータは、肺微生物代謝産物環境の操作が呼吸器ウイルス感染症の予防または治療への新しいアプローチとなる可能性があることを示唆しています。
方法
倫理声明
すべての動物実験は、英国内務省ガイドライン (英国プロジェクト ライセンス PPL 番号 P07D80C24) によって承認されたプロトコールに従って、1986 年動物法および動物研究: In Vivo 実験報告 (ARRIVE) ガイドラインに従って実施されました。
RV の伝播と定量化
マウスおよびヒト細胞株の研究では、マイナーグループ RV 血清型 A1 (RV-A1) をオハイオ州 HeLa 細胞 (European Collection of Cell Cultures) で増殖させました。 感染細胞を 24 時間後に回収し、ウイルスを濃縮および精製し、前述のようにウイルス力価を評価するために TCID50 (50% 組織培養感染量) アッセイを実施しました。12 ヒト初代気管支上皮細胞 (BEC) 研究の場合RV-A1 は、臨床サンプルから単離された社内ストックからの RD-ICAM-1 細胞内で増殖し、配列を決定して同一性を確認しました。 段階希釈した RV-A1 を RD-ICAM-1 細胞に感染させることによって RV-A1 を滴定し、続いて細胞変性効果を観察し、ウイルス力価を評価するために TCID50 アッセイを行いました。
マウスの研究
生後 6 週齢の雌 BALB/c マウスを Harlan Laboratories (英国ダービー) から購入し、Imperial College London (英国) で特定の病原体を含まない条件下で維持しました。 軽いイソフルラン麻酔下で、マウスを５０ｍＬの酢酸ナトリウム、酪酸ナトリウム、またはプロピオン酸ナトリウム（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、セントルイス、ミズーリ州）で鼻腔内に前処理した。 いくつかの実験では、24 時間後にマウスに 50 mL の RV (5 3 106 TCID50) を鼻腔内感染させました。 同じアプローチを使用した以前の研究によれば、酢酸塩治療の用量は 20 mM でした 11。酢酸塩治療は感染後 24 時間ごとに鼻腔内に投与されました。
定量的リアルタイム PCR
肺からの全 RNA (100 mg の肺組織) および細胞溶解物を、RNeasy Mini キット (Qiagen、ヒルデン、ドイツ) を使用して、製造元の指示に従って抽出しました。 cDNAは、ランダムヘキサマープライマー(OmniscriptRTキット、Qiagen)を使用して合成した。 第一鎖 cDNA を使用して、IFN-b、IFN-1、Viperin、MuC5AC (マウスおよびヒト)、OAS1、RIG-I (Ddx58)、MAVS、MDA-5 (マウス)、および RV コピーを定量しました。以前に報告されたように、プライマーとプローブを使用した TaqMan アッセイ。13 絶対定量では、各遺伝子を 18s rRNA のレベルに正規化し、プラスミド DNA の増幅によって生成された標準曲線を使用して目的の遺伝子の正確なコピーを計算しました。 あるいは、2-DDCt (変化倍数) を使用して遺伝子発現を計算しました。 PCR条件は、TaqMan Universal PCR Master Mix（Thermo Fisher Scientific、マサチューセッツ州ウォルサム）プロトコールに従った。 遺伝子発現アッセイは、StepOne (Applied Biosystems、マサチューセッツ州ウォルサム) を使用して実施されました。
気管支肺胞洗浄液
ペントバルビトン溶液の腹腔内過剰投与によりマウスを安楽死させ、気管にカニューレを挿入した。 肺を滅菌PBSで3回洗浄した。 気管支肺胞洗浄（BAL）液を遠心分離し、二本鎖 DNA 測定のために上清を収集し、総細胞数と差分数を測定するためにペレットを懸濁しました。 分別細胞計数では、サイトスピン スライドをメイグルンワルド ギムザで染色し、計数手順は経験豊富な研究者によって盲検法で実行されました。
二本鎖DNAの測定
二本鎖 DNA は、Quant-iT PicoGreen 二本鎖 DNA 試薬 (Invitrogen、カリフォルニア州カールズバッド) を製造業者のプロトコールに従って使用して、BAL 液中で測定されました。
組織学的分析
BAL 後、肺に心臓を介して PBS を灌流し、4% パラホルムアルデヒドで膨張させ、次に左肺を 4% パラホルムアルデヒドで 24 時間固定しました。 その後、断片をパラフィンブロックに包埋し、5- mm の切片に切断し、ヘマトキシリンとエオシンで染色しました。 炎症性浸潤はマイクロメートル単位で測定され、Olympus CellSens Standard ソフトウェア（オリンパス株式会社、東京、日本）を使用して、気管支または血管上皮の端から炎症性浸潤の端まで 10 回の測定が行われました。 すべての計数は実験条件を無視して実行されました。
フローサイトメトリー
細胞をＰＢＳによる灌流によって肺から単離し、次いで１ｍｇ／ｍＬのコラゲナーゼＩＶ（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ−Ｇｉｂｃｏ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ）を補充したＲＰＭＩ １６４０培地中で消化した。 肺およびBALから単離した細胞をマウスFcブロック(#553141 BD Biosciences、ニュージャージー州フランクリンレイクス)とともに20分間インキュベートした。 細胞を洗浄し、表面抗体抗CD45 (1:200、#557235、クローン30-F11、BD Biosciences)で染色した。 細胞内染色では、細胞を cytofix/cytoplasm (BD Biosciences) および抗 RIG-I (1:50、#35H2L48、ThermoFisher Scientific、Waltham、MA) で固定し、インキュベーション後、二次抗体ヤギ抗ウサギ IgG で細胞を標識しました。 H&L Cy3- 共役 (1:1000、# ab97075、Abcam、ケンブリッジ、マサチューセッツ州)。 サンプルはフローサイトメーター BD FACS Canto-II (BD Biosciences) で取得されました。 データは、FlowJo ソフトウェア (バージョン 10、Tree Star, Inc、バージニア州アッシュランド) で分析されました。
上皮細胞株におけるインビトロ研究
ヒト BEC (BEAS-2B) およびヒト肺上皮細胞 (A549) は ATCC (バージニア州マナッサス) から購入し、前述のように培養しました。13 細胞は濃度 1 で個別に播種されました。5 3 105 12-ウェルプレート内の細胞/mL。 播種の24時間後、細胞を400 mMの酢酸ナトリウム(Sigma-Aldrich)でさらに24時間処理した。 続いて、細胞を RV-A1 (感染多重度 [MOI] 2) で 1 時間感染させ、その後ウイルスを除去し、細胞を洗浄し、5% FBS を補充した新しい培地を添加しました。 さらに酢酸処理(400 mM)を感染直後および細胞採取まで24時間ごとに加えた。
一次 BEC と倫理承認の収集
健康な非喫煙者からの BEC は、書面によるインフォームドコンセントを得て、気管支鏡検査中の気管支ブラッシングから収集されました。 すべての実験は、ハンター ニューイングランド地域保健サービス倫理委員会 (05/08/10/3.09) およびニューカッスル大学安全委員会 (H-163-1205) の承認によって実施されました。
BECおよび気液界面培養の条件付き再プログラミング
BEC は、前述のように、rho 関連プロテインキナーゼ阻害剤 (最終濃度 10 mM) および単層培養で照射された NIH-3 T3 線維芽細胞と組み合わせて条件付きで再プログラムされました。14,15 条件付きで再プログラムされた培地は、以下で構成されました。 1:2 のダルベッコ改変イーグル培地 (高グルコース 1 L-グルタミン)/5% FCS、ヒドロコルチゾン (400 ng/mL)、インスリン (5mg/mL)、組換えヒト上皮成長因子 (10 ng) を添加したハム F12 の比率/mL)、コレラ毒素 (8.4 ng/mL)、アデニン (23.9 mg/mL)、および 0.2 パーセントのペニシリン - ストレプトマイシン。16 増殖した条件付きで再プログラムされた BEC を rho 関連プロテインキナーゼ阻害剤から切り離し、{{24}実験は、n 5 4 個のバイオテクノロジー複製を使用して実行されました。 標準的なアルシアンブルー、pH 2.5、過ヨウ素酸シッフ染色を 5- mm 厚の ALI 切片で実行し、偽重層上皮を視覚化しました (www.jacionline.org にあるこの記事のオンライン リポジトリの図 E1 を参照)。
BEC培養におけるSCFA処理
感染前に、ALI 培養物を基本的に 100、400、または 1600 mM の酢酸塩、酪酸塩で処理しました。 、またはヒドロコルチゾン（0.1パーセント）を含む気管支上皮基本培地とダルベッコ改変イーグル培地（50：50比）で構成される600 mLのALI最終培地で24時間プロピオン酸塩を添加、ウシインスリン (0.1 パーセント)、エピネフリン (0.1 パーセント)、トランスフェリン (0.1 パーセント)、ウシ下垂体抽出物 (0.4 パーセント) およびエタノールアミン (80 mM)、MgCl2 (0.3 mM)、MgSO4 (0.4 mM)、BSA (0.5 mg) /mL)、アムホテリシン B (250 mg/mL)、オールトランス レチノイン酸 (30 ng/mL)、ペニシリン/ストレプトマイシン (2 パーセント)、および組換えヒト上皮増殖因子 (0.5 ng/mL)。 感染当日、基礎培地を新しい ALI 最終培地と SCFA 処理に交換し、エンドポイント分析までそのまま残しました。
RV 感染とサンプリング
ALI-BEC培養物の頂端にRV-A1を感染させた。 最初に、RV-A1 ストックを 0.1 の MOI が得られるように希釈し、1 パーセントのインスリンを含むサプリメントを含む 50 mL の気管支上皮基本培地中で培養物の頂端表面に 2 時間添加しました。トランスフェリンセレン、および 0.5 パーセントのリノール酸。 次いで、実験の残りの間、感染培地を５００ｍＬの新鮮な気管支上皮基本培地（サプリメントを含む）と交換した。 感染後 8- 時間および 48- 時間目に頂端洗浄液 (100 mL PBS) および基礎培地のサンプルを収集し、280℃ で保存しました。 細胞は、RT定量的PCRによる遺伝子発現分析のために、1パーセント2-メルカプトエタノールを含む350mLのRLT緩衝液(Qiagen)中で280℃で保存した(図E2、C)。
抗ウイルス免疫効果の増強と同様に、酢酸塩は感染後 48 時間でウイルス RNA コピー数を減少させ (図 E2、D)、生ウイルス量を減少させる傾向がありました (図 E2、E)。 BEC株であるBEAS2B細胞では、酢酸処理により感染後8時間でIFNB1 mRNAの発現が増加し、感染後4時間および8時間でIFNL2 mRNAの発現が増加することが観察されました（図E2、F）。 Viperin 発現には有意な影響はありませんでした (図 E2、F)。 A459 細胞で観察されたウイルス量に対する効果とは対照的に、BEAS2B 細胞ではウイルス RNA または TCID50 定量に対する酢酸塩の影響はありませんでした (図 E2、G、および H)。
ALI-BEC 感染培養における抗ウイルス反応に対する SCFA 治療の効果
肺上皮細胞株における酢酸塩の増強効果を観察した後、我々は次に、ALI（生体内細胞をより忠実に再現する実験系）で分化した初代上皮細胞のモデルにおける効果を評価しようと努めた。 細胞の分化と形態は、杯細胞の形成によって確認されました（過ヨウ素酸シッフ染色）（図E1）。
アセテートは、非感染細胞と比較した場合、RV感染BEC上のIFNB1およびIFNl2/3（IL28）を有意に増加させました（図3、B、およびD）が、未処理のRV感染細胞と比較して差はありませんでした。 アセテートは、RV-A1 感染後 8 時間または 48 時間でウイルス RNA を減少させる傾向がありました (図 3、A および B)。 酢酸塩が一次分化上皮細胞における I 型 IFN 応答の RV 誘導に対してあまり明確な増強効果を示さなかったことを考慮して、酪酸塩またはプロピオン酸塩が識別できる効果があるかどうかを判断するために研究を拡張しました。 酪酸塩およびプロピオン酸塩は、非感染細胞と比較した場合、IFNb、IFNl2/3 (IL28)、および IFNl1 (IL29) 遺伝子の mRNA 発現も増加しました (図 3、F、G、H、および L)。 酪酸処理は、未処理の RV 感染細胞と比較して、RV 感染後 48 時間で IFNB1、IL28、および IL29 の発現を増加させましたが、この効果はウイルス量に影響を与えるほど十分ではありませんでした (図 3、I、J、K、私も）。 我々は、どの用量のSCFA治療においても、RV誘導性MUC5AC発現に対する抑制効果を認めなかった(この記事のオンラインリポジトリwww.jacionline.orgの図E3、ACを参照)。 まとめると、これらのデータは、マウスやヒト細胞株のデータとは対照的に、分化した初代上皮細胞における抗ウイルス免疫に対する SCFA の影響がより限定的であることを示しています。
肺胞マクロファージにおける I 型 IFN 応答に対する SCFA の影響はない
酢酸塩および/または他のSCFAの抗ウイルス効果が肺胞マクロファージ（ウイルス感染時の主要な早期応答細胞であり、I型IFNの主要な供給源）の調節によるものであるかどうかを調べるために、我々は、ex vivoでのSCFA投与の効果を評価しました。 RVA1 で刺激されたマクロファージの抗ウイルス応答。 我々は、SCFAの投与がRVによるIfnb1、Viperin、またはOAS1の誘導に有意な影響を及ぼさないことを発見した。これは、SCFAの免疫増強効果が肺胞マクロファージへの影響によって起こらないことを示している（この記事のオンラインの図E4、ACを参照）リポジトリは www.jacionline.org にあります)。
気道送達SCFAはRV感染前にIFN-bおよびウイルス感知受容体を増強した
SCFAによるI型IFNの増強に関与する抗ウイルス経路についてさらなる機構的洞察を得るために、次に、抗ウイルス経路感知遺伝子に対するこれらの化合物の影響を調査しました。 再び 3 つの SCFA (酢酸塩、酪酸塩、プロピオン酸塩) を 20 mM 濃度で 24 時間鼻腔内投与しました (図 4、A)。 我々は、どのSCFAも細胞質ウイルスRNAセンサーMDA5またはそのアダプター分子MAVSの発現に影響を及ぼさないことを発見した（図4、B、およびC）。 逆に、酪酸塩の投与は（他の SCFA ではなく）RIGI mRNA 発現を上方制御しました（図 4、D）。 RIG-I発現に対する酪酸の増強効果は、特に肺上皮/間質細胞(CD452)内で見出され、造血免疫細胞(CD451)内では影響は観察されなかった(図4、EI)。 まとめると、これらのデータは、さまざまな SCFA が特定の抗ウイルス感知経路を介して自然免疫を調節するために作用している可能性があることを示しました。
議論
この研究は、肺の自然免疫を高めるために微生物の代謝産物を気道に直接投与することの潜在的な利点について新たな洞察を与えています。 食物繊維と腸内微生物叢由来の SCFA は、肺の健康に対する有益な効果と長い間関連付けられてきました。 ランダム化プラセボ対照試験では、未熟児におけるプレバイオティクス（繊維）の使用により、生後 1 年間の RV 感染症が予防されたことが示されました。20 食物繊維は、微生物の発酵によって SCFA に分解される非消化性の多糖類です。 研究では、SCFA が健康な腸内微生物叢を調節できることもわかっています 21。私たちの研究は、SCFA の気道投与も宿主反応に対して直接的な局所的な有益な効果をもたらし得ることを強調しています。 我々は、SCFAによる自然抗ウイルス免疫の直接的な肺刺激を含む、微生物叢に対する食事介在効果とは異なるメカニズムを特定した。
我々のデータは、SCFA酢酸塩の投与により、定常状態での抗ウイルス免疫メディエーターの基礎発現が増加することを示しています。 これは、IFN のより強力な早期放出のために肺を準備する際の酢酸塩の役割と概念的に一致します。 これは、酢酸塩の投与がマウスの RV 感染に応答して IFN および ISG の誘導も促進するという我々の発見によって裏付けられました。 これは、ウイルス量の減少と、その後の炎症誘発性反応および粘液生成の抑制に関連していました。 これらの効果はすべて、急性ウイルス感染症の場合には有益であると考えられます。 私たちのデータは、アセテートが心臓機能の改善、赤血球生成の促進、免疫記憶形成などの幅広い健康上の利点を提供することに関与していることを示す一連の文献と一致しています22。さらに、アセテートはさまざまな機能の調節に関連しています。免疫応答の機能23-25と呼吸器疾患の制御。
また、上皮は初期ウイルス複製の主要な部位であるため、上皮の RV 感染に対する酢酸塩投与の影響も研究しました。 我々は、ヒト肺細胞株において酢酸塩の同様の抗ウイルス増強効果を発見し、BEAS-2B細胞（より高い基礎レベルのIFNおよびISGを発現することが知られている）よりもA549細胞でより強力な効果が観察された27。 ,28 これは、なぜ酢酸塩処理が BEAS-2B 細胞にあまり効果を及ぼさなかったのかを部分的に説明できる可能性があります。 対照的に、ヒト一次分化型 BEC (ALI-BEC) では、RV に対する I 型 IFN 応答に対する酢酸塩の明確な効果がないことが観察されました。 さらに、本発明者らは、生体外で培養された肺胞マクロファージにおけるI型IFN応答を調節する酢酸塩および他のSCFAの能力も評価したが、同様に効果が見られなかった。 in vivo と in vitro の所見間のこの不一致は、複数の細胞型と細胞間コミュニケーションが in vivo で観察される明確な表現型の原因である可能性があり、単離された細胞を SCFA で処理した場合に観察される効果はそれほど強力ではないことを示唆している可能性があります。
私たちの研究の主な焦点は自然抗ウイルス免疫に対するSCFAの効果を評価することでしたが、適応免疫応答に対する下流の影響が発生する可能性が考えられ、将来の研究ではTリンパ球およびBリンパ球の集団と生産に対する潜在的な影響に焦点が当てられる可能性があります。中和抗体のこと。
また、測定されたすべてのエンドポイントは複製に依存しているにもかかわらず、私たちが使用したマウスモデルは比較的限定された（;24-36 時間）ウイルス複製が発生するモデルであることにも注意してください。12,29 マウスに適応したウイルス株を使用したさらなる研究ウイルスの複製がより持続的に起こる場合、より深刻で持続的な効果が現れる可能性があります。 さらに、私たちの実験はメスのマウスのみで行われたため、オスでも同様の効果が起こるかどうかをさらなる研究で確認する必要があります。
酢酸塩の ALI-BEC に対する効果は限定的でしたが、酪酸塩の投与により I 型 IFN 応答の RV 誘導が増強される可能性があることが観察されました。 これらのデータは、I 型 IFN 応答に対する酪酸の抑制効果を実証した Chemudupati らの研究 30 とは対照的です。 ただし、この研究でははるかに高濃度の酪酸塩が使用され、さまざまな呼吸器ウイルスにも焦点が当てられました。
肺における粘液産生は RV 感染症の特徴であり、特に MUC5AC による気道炎症の亢進を通じて、喘息や COPD の臨床的重症度の増加と悪化につながります 31,32。感染後6年。 したがって、SCFA は、インフルエンザ感染 34 およびアレルギー性気道炎症の際の肺での粘液産生を軽減することが示されています 34,35。 ただし、ALI-BEC 細胞では、酢酸塩は Muc5AC 遺伝子発現を調節しませんでしたが、後の時点で影響を受けたことに注意する必要があります。検査されていない。 酢酸塩で治療され、ウイルスに感染したマウスにおけるムチン発現の減少に関する我々の観察は、I型IFNがウイルス感染中に主要な気道ムチンMuc5ac発現を負に制御するという我々の以前の発見と一致している。14これが起こる分子機構は不明である。ただし、これまでの証拠では、IL-13 を介した 2 型炎症が MUC5AC の誘導に重要である可能性があることが示されています。36,37 さらなる研究では、酢酸塩が気道粘液生成にどのような影響を与えるかをより包括的に理解するよう努める必要があります。
SCFA が IFN を誘導する分子機構を研究するために、我々はさらに、抗ウイルス経路を感知する遺伝子の発現を測定しました。 我々は、酪酸塩、および程度は低いが酢酸塩が、ナイーブマウスの肺上皮細胞において RIG-I 発現を誘導できることを観察しました。 私たちのデータは、これらのSCFAがウイルス感知反応を高め、ウイルス感染に対する肺の自然反応の増強に備えていることを示唆しています。
RV 感染に対する ex vivo での I 型 IFN 産生の障害は、喘息と COPD の両方の気道上皮細胞で示されています 38,39。この欠陥により、これらの個人ではウイルス誘発性の増悪に対する感受性が高まると想定されています。 これらの欠陥を引き起こすメカニズムは不明です。 喘息やCOPDで観察される微生物の腸内毒素症が酢酸塩や他のSCFAの相対的な欠乏を引き起こすかどうかを判断するには、動物モデルや罹患した細胞培養系を使用したさらなる研究が必要であり、これは、抗ウイルス免疫の低下を回復するための投与によって修正できる可能性がある。
要約すると、RV 感染症に対する治療法としての SCFA の使用は、肺抗ウイルス免疫応答の中心的要素である I 型および III 型 IFN 産生の増強と関連しています。 この研究は、SCFAなどの微生物代謝産物の気道投与が抗ウイルス免疫に有益な効果をもたらし、呼吸器ウイルス疾患の重症度を改善する可能性があることを強調しています。
参考文献
1.トロンペットA、ゴルヴィッツァーES、ヤダヴァK、シケルシュティールAK、シュプレンガーN、ンゴムブルーC、他。 腸内微生物叢による食物繊維の代謝は、アレルギー性気道疾患や造血に影響を与えます。 Nat Med 2014;20:159-66。
2. ソーバーン AN、マッケンジー CI、シェン S、スタンリー D、マシア L、メイソン LJ、他。 喘息が母親の食事と細菌の代謝産物の影響を受ける発達起源の疾患であるという証拠。 Nat Commun 2015;6:7320。
3. Rivera-Chavez F、Zhang LF、Faber F、Lopez CA、Byndloss MX、Olsan EE、他。 腸内細菌叢から酪酸を生成するクロストリジウム菌が枯渇すると、サルモネラ菌の好気性管腔拡大が促進されます。 細胞宿主微生物 2016;19:443-54。
4. ファチ JL、セッカ C、ロドリゲス PB、マト FCP、ディ ルッチャ B、フェリペ JS、他 アセテートは、FFAR2を介してC.ディフィシルに対する好中球およびILC3応答を調整します。 J Exp Med 2020;217:jem.20190489。
5. Antunes KH、Fachi JL、de Paula R、da Silva EF、Pral LP、Dos Santos AA、他。 微生物叢由来のアセテートは、GPR43- タイプ 1 インターフェロン反応を通じて RS ウイルス感染を防ぎます。 Nat Commun 2019;10:3273。
6.コレア＝オリベイラ R、ファチ JL、ヴィエイラ A、佐藤 FT、ヴィノーロ MA。 短鎖脂肪酸による免疫細胞機能の調節。 Clin Transl Immunol 2016;5:e73。
7. Koh A、De Vadder F、Kovatcheva-Datchary P、Backhed F. 食物繊維から宿主の生理機能まで: 重要な細菌代謝産物としての短鎖脂肪酸。 セル 2016;165: 1332-45。
8. Sulaiman I、Wu BG、Li Y、Tsay JC、Sauthoff M、Scott AS、他。 活発な微生物の代謝を捕捉するためのマイクロバイオームの機能的な下気道ゲノムプロファイリング。 Eur Respir J 2021;58:2003434。
9. グランビル N、ジョンストン SL。 交差血清型ライノウイルス ワクチン開発における課題。 現在の Opin Virol 2015;11:83-8。
10. Spacova I、De Boeck I、Bron PA、Delputte P、Lebeer S. 呼吸器ウイルス感染症に対する局所微生物療法。 トレンド Mol Med 2021;27:538-53。
11. Antunes KH、Stein RT、Franceschina C、da Silva EF、de Freitas DN、Silveira J、他。 短鎖脂肪酸酢酸は、RS ウイルス細気管支炎の乳児の細胞において RIG-I を介した抗ウイルス反応を引き起こします。 EBioMedicine 2022;77:103891。
12. Bartlett NW、Walton RP、Edwards MR、アニセンコ J、カラモリ G、Zhu J、他。 ライノウイルス誘発性疾患およびアレルギー性気道炎症の悪化のマウスモデル。 Nat Med 2008;14:199-204。
13. シンガナヤガム A、グランビル N、ガーキン JL、チン YM、マルチェリーニ A、ポーター JD、他。 コルチコステロイドによる抗ウイルス免疫の抑制は、COPD 悪化における細菌量と粘液産生を増加させます。 Nat Commun 2018;9:2229。
14. Gentzsch M、Boyles SE、Cheluvaraju C、Chaudhry IG、Quinney NL、Cho C、他。 条件付きで再プログラムされた嚢胞性線維症気管支上皮細胞の薬理学的レスキュー。 Am J Respir Cell Mol Biol 2017;56:568-74。
15. リュー X、オリー V、チャップマン S、ユアン H、アルバニーズ C、カラクリ B、他。 ROCK 阻害細胞とフィーダー細胞は、上皮細胞の条件付き再プログラミングを誘導します。 Am J Pathol 2012;180:599-607。
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