Neutrofily v Mycobacterium Tuberculosis

Abstrakt:

Mycobacterium tuberculosis (M. tb) je naďalej hlavnou príčinou úmrtnosti v rozvojových krajinách. BCG vakcína na podporu imunity proti M. tb je široko používaná v rozvojových krajinách a len za špecifických okolností v Spojených štátoch. Súčasná literatúra však uvádza nejednoznačné údaje o účinnosti BCG vakcíny. Neutrofily, ktoré sú kritické v rámci ich úlohy vo vrodenej imunitnej odpovedi, slúžia ako jedny z prvých reagujúcich na infekčné patogény, ako je M. tb. Neutrofily podporujú účinné odstraňovanie M. tb prostredníctvom procesov, ako je fagocytóza a sekrécia deštruktívnych granúl. Počas adaptívnej imunitnej odpovede neutrofily modulujú komunikáciu s lymfocytmi, aby podporili silnú prozápalovú odpoveď a sprostredkovali obmedzenie M. tb prostredníctvom produkcie granulómov. V tomto prehľade sa snažíme zdôrazniť a zhrnúť úlohu neutrofilov počas infekcie M. tb. Okrem toho autori zdôrazňujú potrebu vykonania viacerých štúdií o účinnej vakcinácii proti M. tb.

Vzťah medzi TBC a imunitou je zložitý. U zdravých ľudí Mycobacterium tuberculosis (TB) interaguje s imunitným systémom osoby, ale vo všeobecnosti je harmonicky obsiahnutá v pľúcach. TBC môže infikovať a spôsobiť ochorenie iba vtedy, keď je imunitný systém ohrozený. Preto imunitný systém tela hrá dôležitú úlohu pri kontrole TBC.

Ľudia s oslabeným imunitným systémom sú náchylnejší na TBC. Inými slovami, imunitný systém pacienta je pre TBC slabý a nekontrolovateľný. Medzi týchto jedincov patria osoby s infekciou HIV, osoby na imunosupresívnej liečbe alebo osoby podvyživené. Okrem toho sú na infekciu TBC náchylnejší aj starší ľudia a tí, ktorí neboli očkovaní proti TBC.

Po infikovaní sa imunitný systém pacienta opäť naštartuje. Imunitná odpoveď môže pomôcť kontrolovať a zabíjať TBC, ale dlhodobá chronická infekcia môže viesť k únave a poškodeniu imunitného systému, čo môže viesť k exacerbácii ochorenia a zlým výsledkom.

Záverom, vzťah medzi TBC a imunitou je vzájomne závislý. Ľudia potrebujú zdravý imunitný systém, aby zabránili infekcii TBC a kontrolovali TBC, ale potrebujú aj pomoc imunitného systému pri liečbe infekcie. Posilnenie imunitného systému má preto veľký význam pre prevenciu a liečbu tuberkulózy. Z tohto hľadiska musíme dbať na zlepšenie imunity v každodennom živote. Cistanche má výrazný vplyv na zlepšenie imunity. Mäsový popol obsahuje rôzne biologicky aktívne zložky, ako sú polysacharidy, huby Erji, Huangli atď. Tieto zložky dokážu stimulovať rôzne bunky imunitného systému a zvýšiť ich imunitnú aktivitu.

Kliknite na doplnok cistanche deserticola

Kľúčové slová:

neutrofily; tuberkulóza; infekcia; Mycobacterium tuberculosis; imunitný systém.

1. Úvod

Celosvetovo Mycobacterium tuberculosis (M. tb) infikuje viac ako 10 miliónov ľudí ročne. Ako 13. hlavná príčina smrti a druhý hlavný infekčný zabijak v roku 2021 nesie M. tb veľkú záťaž napriek objavu bacilov v roku 1882 a použitiu vakcíny Bacillus Calmette-Guérin (BCG) od roku 1921 [1,2 ]. M. tb vedie k asymptomatickému vymiznutiu patogénu, klinickej infekcii rôznej závažnosti alebo latentnej tuberkulóznej infekcii (LTBI), pričom latentná tuberkulózna infekcia je bežnejšia. Infekcia klinickej tuberkulózy môže spôsobiť príznaky malátnosti, kašľa, bolesti na hrudníku, hemoptýzy a horúčky, zatiaľ čo LTBI je typicky asymptomatické [3]. LTBI vzniká, keď sa telo chráni obmedzením replikácie, šírenia a prísunu kyslíka patogénu [4].

Najväčšie nebezpečenstvo LBTI spočíva v reaktivácii na aktívnu TBC a následnom tichom šírení [5]. Imunokompromitovaný stav môže vyvolať skvapalnenie puzdra v granulóme a replikáciu baktérií, čím sa podporuje tvorba kavity a intrapulmonálne šírenie M. tb [6]. Existuje zvýšené riziko reaktivácie M. tb u jedincov so slabým imunitným systémom, ako sú pacienti s vírusom ľudskej imunodeficiencie (HIV) a diabetes mellitus (DM) [7,8]. Je potrebné poznamenať, že množstvo prítomných neutrofilov je pri týchto chronických infekciách znížené [9,10]. Neutrofily tvoria najväčšie množstvo bielych krviniek v ľudskom tele a sú významnou súčasťou obranného systému tela proti M. tb. V procese akútneho zápalu vykonávajú neutrofily niekoľko špecializovaných funkcií vrátane chemotaxie, fagocytózy, tvorby reaktívnych foriem kyslíka (ROS) a produkcie neutrofilných extracelulárnych pascí [11].

Úloha neutrofilov pri aktívnej infekcii TBC v porovnaní s LBTI je však veľmi kontroverzná a rozporuplná. Cytokín IL-17 je obzvlášť dôležitý pre získavanie neutrofilov do pľúc. Myši s vyradenou signalizáciou IL-17R vykazovali významné oneskorenie náboru neutrofilov do alveolárneho priestoru, po ktorom nasledovalo znížené prežitie proti bakteriálnej infekcii [12]. Nedávno sa ukázalo, že nová vakcína s názvom M. smegmatisAg85C-MPT51-HspX (mc2-CMX) chráni myši pred výzvou M. tb prostredníctvom reakcie špecifických Th1 a Th17 buniek sprostredkovanej neutrofilmi [13]. Ukázalo sa, že iná vakcína obsahujúca adjuvans na báze nanoemulzie (NE) dodávaná so špecifickými imunodominantnými antigénmi M. tb (vakcína NE-TB) vyvoláva silné mukozálne reakcie IL-17 T-buniek. Tu zdôrazňujeme nuansovanú, kritickú úlohu neutrofilov pri infekcii M. tb, aby sme zdôraznili potrebu ďalšieho výskumu týchto imunitných buniek v ďalších vakcínach.

2. Patogenéza TBC

K infekcii M. tb dochádza prostredníctvom inhalácie aerosólových kvapôčkových jadier obsahujúcich životaschopné bacily, ktoré putujú dolu dýchacím traktom predtým, ako sa nakoniec lokalizujú do pľúcnych alveol [14]. Mykobaktériami zaťažené jadrá kvapiek môžu zostať vo vzduchu niekoľko hodín po tom, ako pacient s aktívnou pľúcnou TBC zakašle, kýchne, začne hovoriť alebo spieva [4,15]. Po usadení sa v pľúcnych alveolách sa M. tb môže replikovať intracelulárne a cestovať po celom tele prostredníctvom krvi a lymfy, aby infikoval iné orgánové systémy. V priebehu 2–8 týždňov od počiatočnej infekcie pracujú špecializované imunitné bunky na fagocytóze patogénnych bacilov. Ak obrana hostiteľa nie je schopná úplne eliminovať bacily, ale obsahuje bacily, takže sa prejavia minimálne klinické symptómy, potom je pacient klasifikovaný ako pacient s LTBI [5,16]. Ak imunitné bunky nedokážu eliminovať alebo obsahujú bacily, umožňuje to rast a vyvolanie klinických symptómov. U menej ako 10 percent infikovaných jedincov sa vyvinie primárna alebo aktívna TBC s klinickými príznakmi [5].

Granulómy, patologická štruktúra najužšie spojená s TBC, slúžia ako rezervoár infekcie [16]. M. tb sa môže v týchto štruktúrach zdržiavať desiatky rokov a kedykoľvek prerásť do aktívnej TB [17]. Okrem použitia granulómov ako ochranného úkrytu majú mykobaktérie množstvo iných spôsobov, ako uniknúť obrane imunitného systému. Tieto zahŕňajú inhibíciu dozrievania a acidifikácie fagolyzozómov a inhibíciu apoptózy a autofágie [18,19]. Akonáhle je patogén internalizovaný do fagozómu, sekrečný systém ESX-1 hrá hlavnú úlohu v patogenéze aktívnej infekcie TBC tým, že uľahčuje dodávanie bakteriálnych produktov do cytoplazmy makrofágov [20].

3. Úloha neutrofilov v imunitnej odpovedi

Neutrofily sú produkované v kostnej dreni z hematopoetických kmeňových buniek, ktoré nasledujú po diferenciácii myeloidnej línie. Ich diferenciácia je riadená faktorom stimulujúcim kolónie granulocytov (G-CSF). Neutrofily sú držané v kostnej dreni väzbou CXCL12, ligandu exprimovaného osteoblastovými bunkami, na CXCR4, receptor na neutrofiloch. G-CSF downreguluje CXCL12 a CXCR4. Keď sa neutrofily blížia k dozrievaniu, CXCR4 je downregulovaný, zatiaľ čo CXCR2 a TLR4 sú upregulované. Konzervované TLR hrajú kľúčovú úlohu v rozpoznávaní a rezistencii hostiteľa na M. tb, pričom expresia TLR4 a TLR2 v neutrofiloch je u pacientov s TBC významne zvýšená [21]. Na výstup z kostnej drene exprimujú endotelové bunky vo vaskulatúre ligand CXCL8, aby sa naviazal na CXCR2 na mobilizáciu do krvného obehu [22]. CXCL8 je tiež vylučovaný aktivovanými makrofágmi počas infekcie M. tb, čo je rozhodujúce pre nábor neutrofilov [23]. Expresia CXCR2 neutrofilov je tiež zvýšená u pacientov s TBC a tieto faktory spolu slúžia na zvýšenie mobilizácie neutrofilov pri infekcii M. tb [24].

Neutrofily sú najhojnejšie granulocyty, ktoré tvoria 50 – 70 percent všetkých cirkulujúcich leukocytov a sú prvými reagujúcimi vrodeným imunitným systémom na infekciu. Zvýšený cirkulujúci interleukín-1 (IL-1), uvoľňovaný makrofágmi počas infekcie M. tb a iných zápalových stavov, môže stimulovať produkciu neutrofilov prostredníctvom IL-17-G-CSF osi [25]. Neutrofily majú dva primárne mechanizmy klírensu patogénu: fagocytózu na intracelulárnu deštrukciu patogénu a degranuláciu na extracelulárnu deštrukciu [26]. Neutrofily využívajú NADPH oxidázu na produkciu reaktívnych foriem kyslíka (ROS) vo svojom fagozóme na deštrukciu patogénov, ako aj extracelulárne ROS v reakcii na rozpustné agonisty [27]. Degranulácia nasleduje po prísne kontrolovanom uvoľňovaní 4 hlavných typov granúl: primárnych alebo azurofilných, sekundárnych alebo špecifických, terciárnych alebo želatinázových a sekrečných.

Primárne granuly obsahujú myeloperoxidázu (MPO), katepsín G, elastázu, proteinázu 3 a defenzín, ktoré sú zodpovedné za eradikáciu patogénov. Defenzíny vykazujú antimykobakteriálnu aktivitu a skúmali sa ako alternatívna terapeutická možnosť liečby tuberkulózy [28]. Sekundárne granuly obsahujú laktoferín, ktorý je zodpovedný za sekvestráciu železa, medi a bielkovín, aby sa znížil rast patogénov. Terciárne granuly obsahujú želatinázové proteíny, ako napríklad matricovú metaloproteinázu-8 (MMP-8), ktorá je schopná vykonávať široké spektrum funkcií vrátane aktivácie IL-1B. A napokon, sekrečné granuly obsahujú albumín a cytokíny [29,30]. Tan a kol. demonštrovali, ako fagocytóza apoptotických neutrofilov makrofágmi počas aktívnej infekcie M. tb viedla k deštrukcii intracelulárnej M. tb prenosom obsahu granúl. Toto zistenie predstavuje obranný most medzi neutrofilmi a makrofágmi v reakcii na intracelulárnu infekciu M. tb [31].

Neutrofily sú tiež schopné podieľať sa na adaptívnej imunitnej odpovedi. Môžu pomáhať pri aktivácii a prežití B buniek produkciou cytokínov aktivujúceho faktor B buniek (BAFF) a ligandu indukujúceho proliferáciu (APRIL). Neutrofily môžu tiež slúžiť ako protizápalové a prozápalové modulátory pre T bunky. Argináza-1 prítomná v primárnych granulách, ako aj uvoľňovanie ROS, môže znížiť aktiváciu a proliferáciu T buniek. Môžu tiež slúžiť ako bunky prezentujúce antigén zvýšením ich hladín MHC-II počas stimulácie IFN-gama spolu s kostimulačnými molekulami na vyvolanie diferenciácie Th1 a Th17 [29,30]. Th1 bunky vylučujú IFN-gama, ktorý upreguluje odpoveď makrofágov na kontrolu infekcie M. tb, zatiaľ čo bunky Th17 indukujú neutrofilný zápal a poškodenie tkaniva, pričom slúžia ako mediátor patológie M. tb [32]. Neutrofily hrajú kľúčovú úlohu pri aktivácii a expresii adaptívnych imunitných reakcií.

Pre ich funkciu je dôležitá lokalizácia neutrofilov v tkanivách. Jedným mechanizmom, ktorým sú neutrofily lokalizované, je starnutie. Ako neutrofily starnú, exprimujú väčšie množstvo CXCR4. U ľudí existuje veľké množstvo starých neutrofilov vo vaskulárnom lúmene a intersticiálnom priestore pľúc, o ktorých sa predpokladá, že sú zadržiavané mechanizmom závislým od CXCR4- [22]. Podobne aj iné subpopulácie neutrofilov si nachádzajú cestu do špecifických oblastí tela, ako je CCR7 a integrín LFA-1 exprimujúce neutrofily, ktoré sú nasmerované do lymfatických uzlín [22].

Je zaujímavé, že jedna subpopulácia neutrofilov, fenotyp CD49dhi CXCR4hi VEGFR1, je priťahovaná do hypoxického tkaniva a môže predstavovať jeden mechanizmus, ktorým sú neutrofily priťahované do hypoxického granulómu TB [22,25,33]. Zatiaľ čo sa pôvodne neutrofily považovali za úlohu pri chronickej TBC kvôli ich krátkej životnosti, dôkazy naznačujú, že zohrávajú kľúčovú úlohu pri tvorbe granulómov pri chronickej TBC [33,34]. Existujú dôkazy, že životnosť neutrofilov sa zvyšuje v hypoxických podmienkach a dokonca potencuje hypoxické stavy ako pozitívnu spätnú väzbu prostredníctvom ich spotreby kyslíka [25]. Zhrnutie úlohy neutrofilov je znázornené nižšie na obrázku 1. Viac dôkazov o úlohe neutrofilov pri akútnej a chronickej infekcii TBC bude podrobnejšie uvedené v nasledujúcich častiach.

Existujú dôkazy, že neutrofily môžu byť špecificky aktivované mikroflórou a patogénmi [22,26]. Neutrofily sú silne aktivované infekciou M. tb. Sú primárnym typom imunitných buniek v dutinách pacientov s pľúcnou TBC, ktoré sú spojené s deštrukciou extracelulárnej matrice a tvorbou dutín sprostredkovanou MMP8-. Okrem toho, že MMP8 prispieva k patogenéze TBC, je tiež spojená s uvoľňovaním neutrofilných extracelulárnych pascí (NET). NET sa uvoľňujú procesom nazývaným NETóza ako kombinácia DNA, histónov a antimikrobiálnych granulovaných proteáz uvoľnených na zachytenie M. tb a podrobnejšie sa o tom bude diskutovať neskôr [35,36].

4. Neutrofily a extracelulárne pasce

Po stimulácii fyziologickými stavmi, molekulárnymi vzormi spojenými s poškodením alebo molekulárnymi vzormi spojenými s mikrobiálnymi patogénmi neutrofily podliehajú NETóze, aby sa uvoľnili NET. NET sú konglomerátom dekondenzovaných reťazcov DNA, histónov a antimikrobiálnych peptidov a proteínov, vrátane zložiek granúl, ako je myeloperoxidáza a elastáza. NET fungujú tak, že podporujú odstraňovanie patogénov podporovaním fagocytózy makrofágmi, zachytávajú extracelulárne patogény, aby zabránili šíreniu infekcie a podieľajú sa na akútnych a chronických zápalových poruchách a mikrobiálnej patogenéze, konkrétne patogenéze M. tb [26,34,36].

Tvorba NET začína produkciou oxidantov neutrofilmi, čo vedie k degranulácii jadrového obalu a uvoľneniu DNA do bunky. Dva enzýmy sú zodpovedné za reguláciu degranulácie a rekondenzácie DNA, peptidylarginíndeimináza typu IV (PAD4) a neutrofilná elastáza. PAD4 uľahčuje konverziu kladne nabitých arginínových bočných reťazcov na neutrálne bočné reťazce na histónoch prostredníctvom procesu citrulinácie. Citrulinácia dekondenzovaný chromatín na uľahčenie uvoľňovania DNA. DNA potom slúži ako negatívne nabité lešenie pre zložky NET, ako sú históny a proteázy, aby sa viazali elektrostatickým nábojom. Hoci sa pôvodne predpokladalo, že na NETózu je potrebná lýza, štúdie zistili, že NET sa môžu uvoľňovať prostredníctvom vezikulárneho transportu [29].

M. tb je schopná stimulovať syntézu NET [35]. Francis a spol. preukázali, že proteín SAT-6, vylučovaný M. tb pri včasnej infekcii, indukuje produkciu NET [37]. Okrem toho Dang a spol. identifikovali extracelulárny faktor M. tb, sfingomyelinázu Rvo888, ktorá je schopná indukovať tvorbu NET a zvýšiť schopnosť kolonizácie rekombinantnej M. smegmatis v pľúcach myší [38]. Van de Meer a kol. odhalili, že pacienti s aktívnou TBC mali v porovnaní so zdravými účastníkmi zvýšené plazmatické hladiny nukleozómov a elastázy, biomarkerov tvorby NET [39]. Zvýšené sérové ​​hladiny citrulinovaného histónu H3, ďalšieho NET biomarkera, sú spojené s pľúcnou kavitáciou a zlými výsledkami liečby [40].

Produkcia NET ako taká môže slúžiť ako metóda na monitorovanie závažnosti TBC, pretože závažnosť infekcie TBC pozitívne koreluje s plazmatickými hladinami NET pacientov s TBC [41]. Braian a kol. zistili, že M. tb-indukované NET obsahovali Hsp72, proteín, ktorý môže spúšťať uvoľňovanie cytokínov z makrofágov a môže hrať úlohu v interakcii medzi neutrofilmi a makrofágmi počas akútnej fázy infekcie M. tb [42]. Moreira Teixeira a kol. odhalili, že signalizácia interferónu typu 1 (IFN-1) indukuje pľúcnu NETózu a podporuje rast mykobaktérií [40]. Tiež ukázali, že IFN-1-indukovaná NETóza je spojená so závažnosťou infekcie u myší citlivých na TBC.

Dôkazy ukazujú, že zatiaľ čo M. tb indukoval tvorbu NET a úspešne zachytil M. tb, NET a neutrofily neboli schopné zabiť M. tb. Predpokladá sa, že NET môžu zachytiť M. tb v dôsledku elektrostatickej príťažlivosti negatívne nabitej vonkajšej vrstvy M. TB s elektrónovou hustotou, ktorá obsahuje polysacharid, ku kladne nabitej štruktúre NET [34]. Bolo navrhnuté, že NET poskytujú základ pre replikáciu M. tb, ktorá podporuje rast kavitácie. Keďže granulóm pri TBC je hypoxické prostredie, je dôležité pochopiť úlohu NETózy po dokončení tvorby granulómu. Ong a spol. zistili, že v hypoxických podmienkach bola tvorba NET, apoptóza neutrofilov a nekróza neutrofilov inhibovaná, zatiaľ čo sekrécia zložiek NET, ako je MMP9 a elastáza, bola zvýšená. Zatiaľ čo NET hrajú úlohu pri kavitácii a závažnosti infekcie, zdá sa, že zohrávajú menšiu úlohu v štádiu granulómovej infekcie [33].

Nedávno Su, a spol. odhalili, že subpopulácia neutrofilov nazývaná granulocyty s nízkou hustotou súvisiace s tuberkulózou (LDG) uvoľňuje abnormálne vysoké hladiny NET. Vysoká hladina NET produkovaných počas infekcie M. tb spustila posun od granulocytov s normálnou hustotou (NDG) k väčšiemu počtu LDG, zatiaľ čo inhibícia uvoľňovania NET zabránila ich konverzii. Okrem toho ukázali, že zníženie produkcie ROS významne znížilo aj konverziu NDG na LDG [43]. To poskytuje dôkaz, že M. tb môže indukovať posun z NDG na LDG cestou ROS, čím sa zvyšuje produkcia NET. Deng a kol. ďalej odhalili, že LDG sú spojené so závažnosťou infekcie TBC [44]. Rao a kol. zistili, že LDG môžu inhibovať produkciu interferónu-gama v T bunkách, čím sa znižuje účinnosť T-SPOT TB testu používaného na detekciu M. tb a moduluje sa odpoveď makrofágov [45]. Presná úloha LDG pri infekcii TBC si vyžaduje ďalšie skúmanie.

5. Neutrofily v akútnom štádiu M. tb

Neutrofily sú hlavným typom buniek počas aktívnych infekcií TBC a prvé fagocyty sa rekrutujú z pľúcnej vaskulatúry do pľúcneho interstícia prostredníctvom chemotaxie iniciovanej alveolárnymi makrofágmi [46,47]. Ako už bolo uvedené, o cytokíne IL-17 je známe, že získava neutrofily v dýchacích cestách [48,49]. Mechanizmy, ako je fagocytóza, degranulácia, tvorba ROS a uvoľňovanie NET, využívajú neutrofily na boj proti M. tb. Makrofágy, dendritické bunky, prirodzené zabíjačské bunky, fibroblasty, CD4 T bunky a cytotoxické CD8 T bunky sa tiež získavajú do miesta infekcie prostredníctvom sekrécie cytokínov, čo vedie k ďalšiemu zadržiavaniu baktérie [47].

Neutrofily sú kritickou zložkou v reakcii na skorú infekciu TBC, ako sa zistilo vo viacerých štúdiách na zvieratách. Napríklad Sugawara a kol. zistili, že neutrofília indukovaná lipopolysacharidom (LPS) zabráni skorej infekcii M. tb u potkanov. Ak bola neutrofília indukovaná 10 dní po vzdušnej infekcii M. tb, neutrofily neboli schopné zabrániť rozvoju infekcie [50]. To zdôrazňuje, že prítomnosť neutrofilov má zrejme významný vplyv na boj proti infekcii.

Ďalšia štúdia Pedrosa et al. zistili, že úbytok neutrofilov počas prvého týždňa infekcie zhoršuje proliferáciu M. tb u myší, konkrétne v pečeni, slezine a pľúcach. Namiesto priamej eliminácie M. tb sa predpokladalo, že ochranná povaha neutrofilov bola sprostredkovaná nefagocytárnym, možno imunomodulačným mechanizmom, ktorý ovplyvňoval produkciu IFN-gama [51]. Yang a kol. uskutočnili štúdiu o neutrofiloch pri mykobakteriálnej infekcii s použitím transgénnej línie zebrafish s fluorescenčne značenými neutrofilmi. Spočiatku sa zistilo, že neutrofily sa získavajú do granulómov signálmi od umierajúcich infikovaných makrofágov. Potom neutrofily fagocytovali infikované makrofágy a zabíjali ich fagocytované mykobaktérie prostredníctvom oxidačných mechanizmov [52]. Táto štúdia ukazuje nielen úlohu neutrofilov pri akútnej mykobakteriálnej infekcii, ale tiež potvrdzuje návrh Petrosa et al. že tieto imunitné bunky sa nepriamo podieľajú na likvidácii mykobaktérií.

6. Neutrofily v latentných fázach infekcie M. tb

Úplná úloha neutrofilov vo vývoji a udržiavaní infekcie M. tb nebola dobre charakterizovaná v porovnaní s inými typmi imunitných buniek, ako sú makrofágy a CD4 plus T bunky. Neutrofily hrajú komplexnú úlohu v rôznych fázach infekcie M. tb, od ochrannej po patologickú. Tvorba granulómu s prostredím s nedostatkom kyslíka je definujúcou charakteristikou TBC [4]. Konkrétne Barry a kol. definujú granulóm ako organizovanú štruktúru zloženú z neutrofilov, lymfocytov, makrofágov a niekedy fibroblastov, často s nekrotickým centrom [53]. Granulómy môžu byť prítomné pri aktívnych aj latentných infekciách TBC. Samotná tvorba granulómu nestačí na eradikáciu infekcie. Namiesto toho správne fungovanie granulómu určuje výsledok infekcie [54]. Čo sa týka LTBI, granulómy slúžia ako rezervoár na reaktiváciu. Hypoxia iniciuje angiogenézu potrebnú na tvorbu granulómov [33]. Tu skúmame nedávne štúdie týkajúce sa úlohy neutrofilov v týchto hypoxických granulómoch.

Ako už bolo uvedené, neutrofily sú základnými súčasťami imunitného systému. Uznáva sa, že neutrofily sú prítomné v granulómoch a pomáhajú pri ich tvorbe [46]. Neutrofilná fagocytóza je dôležitá proti M. tb, aby vyvolala prozápalovú odpoveď a získala viac imunitných buniek. V dôsledku toho je včasné odstránenie vyčerpaných neutrofilov rovnako dôležité. Musia byť regulované prostredníctvom apoptózy a odstraňovania makrofágmi, aby sa zabránilo nekrotickej lýze na okolité tkanivo [55]. Zistilo sa, že neutrofily prispievajú k cytokínovému prostrediu v granulómoch a exprimujú cytokíny vo väčšom množstve granulómových mikroprostredí ako T bunky [56]. To teda zdôrazňuje dôležitú úlohu neutrofilov ako imunoregulačných buniek v LTBI. Všeobecné názory sú také, že neutrofily hrajú ochrannú úlohu pri včasných granulómoch tým, že pracujú na eliminácii M. tb, ale patologickú úlohu pri neskorých granulómoch tým, že poškodzujú okolité tkanivo.

Reakcia neutrofilov na hypoxiu v granulómoch bola v posledných rokoch viac študovaná. Ong a spol. ukázali, že hypoxické prostredie granulómov zhoršuje imunopatológiu závislú od neutrofilov pri infekcii TBC. V reakcii na hypoxické stavy sa zistilo, že neutrofily zvyšujú sekréciu enzýmov, ako sú neutrofilné MMP-8, MMP-9 a elastáza, čo vedie k deštrukcii matrice [33]. To ďalej podporuje predchádzajúcu štúdiu, ktorá zistila, že hypoxia zvyšuje expresiu neutrofilnej kolagenázy na zničenie pľúcneho tkaniva [57]. Zistilo sa, že hypoxia zvyšuje životnosť neutrofilov, reaktívne druhy dusíka, sekréciu proteáz a deštrukciu kolagénu a elastínu. Na druhej strane hypoxia znižuje apoptózu [58–60]. To je škodlivé pri predlžovaní zápalovej odpovede, ktorú produkujú neutrofily, čo môže ďalej zhoršiť poškodenie tkaniva [61].

Štúdie na zvieratách a celej krvi naznačujú pozitívnu koreláciu medzi závažnosťou TBC a množstvom neutrofilov. Napríklad deplécia neutrofilov v myších modeloch znížila patológiu pľúc a bakteriálnu záťaž počas infekcie TBC [62,63]. Miesta vstupu M. tb, postup infekcie a infekčná záťaž môžu viesť k rôznym účinkom neutrofilov. Množstvo neutrofilov sa zvyšuje v pľúcach s progresiou TBC a vedie k závažnejšej patológii u morčiat, myší a makakov [56,64,65]. Toto zistenie je podporené aj vzorkami plnej krvi [66]. Na rozdiel od toho štúdie tiež ukázali ochrannú úlohu neutrofilov počas infekcie M. tb, najmä v krvi. Neutrofily obmedzovali rast M. tb v ľudskej plnej krvi ex vivo [67]. Celkovo zohrávajú neutrofily úlohu v progresii infekcie TBC, pričom prognóza závisí od životaschopnosti neutrofilov, závažnosti infekcie a lokalizácie infekcie (pľúcnej alebo systémovej). Uvažovalo sa o fenoméne „trójskeho koňa“, kde mykobaktérie využívajú neutrofily vo svoj prospech – či už ako živiny alebo úkryt – [62,64,68,69].

Toto môže nastať častejšie pri závažnejších infekciách, najmä ak neutrofily neboli správne odstránené makrofágmi. V súhrne sú neutrofily významnou súčasťou imunitnej odpovede na M. tb. Pri včasnej infekcii funguje rýchla fagocytóza, degranulácia a ROS v boji proti patogénu. Neskoršia infekcia v dôsledku hypoxie a/alebo nedostatočného čistenia koreluje so zlými výsledkami infekcie a závažnejšou patológiou. Vzhľadom na to, že neutrofily sú prevládajúcim typom imunitných buniek prítomných u pacientov s aktívnou TB a sú prítomné v LTBI, pochopenie ich úloh a toho, ako sa menia počas infekcie, je nevyhnutné na vývoj súčasnej liečby proti M. tb. Úloha neutrofilov počas aktívneho a LTBI je zhrnutá na obrázku 2 nižšie.

7. Použitie neutrofilov pre dobro: Vývoj vakcíny

Účinná eradikácia M. tb bola neúspešná. V súčasnosti je vakcína Bacillus CalmetteGuerin (BCG) jedinou licencovanou vakcínou proti TBC. BCG je živá, oslabená vakcína, ktorá sa bežne používa na prevenciu tuberkulóznej meningitídy u detí v rozvojových krajinách. V Spojených štátoch sa vakcína podáva len za špecifických okolností, ako sú deti, ktoré majú negatívny tuberkulínový kožný test (TST) a sú neustále vystavené dospelým, ktorí nie sú liečení alebo sú neúčinne liečení na infekciu TBC alebo majú izoniazid a rifampín rezistentný M. tb. Okrem toho sa u zdravotníckych pracovníkov v prostrediach s vysokým percentom pacientov s TBC infikovaných kmeňmi M. tb rezistentnými na izoniazid a rifampín považuje za očkovanie BCG [70]. Táto vakcína sa však v USA vo všeobecnosti neodporúča kvôli jej obmedzenej účinnosti u dospelých a jej schopnosti vyvolať falošne pozitívnu reakciu na TST [68].

Prirodzená cesta infekcie TBC je cez povrch sliznice, no v súčasnosti nie je v klinických štúdiách žiadna vakcína proti TBC. Ahmed a kol. diskutovať o použití účinnejšej vakcíny, ktorá sa podáva cez sliznicu. Vakcína proti NE-TB vyvolala silné slizničné IL-17 bunkové reakcie na ochranu pred infekciou M. tb, a keď bola podaná spolu s BCG, znížila závažnosť infekcie [71]. Požiadavka signalizácie IL-17R pre nábor neutrofilov, obranu hostiteľa a expresiu G-CSF zdôrazňuje dôležitosť tejto dráhy proti infekcii M. tb [12].

Ukázalo sa, že ďalšia vakcína s názvom M. smegmatis-Ag85C-MPT51-HspX (mc2-CMX) chráni myši pred stimuláciou M. tb prostredníctvom reakcie špecifických Th1 a Th17 buniek sprostredkovanej neutrofilmi. V porovnaní s BCG, mc2-CMX indukovala lepšiu humorálnu a bunkovú odpoveď u myší vystavených M. tb [13]. Trentini a kol. študovali účinok deplécie neutrofilov na imunitnú odpoveď u myší, ktoré boli očkované mc2- CMX. Myši, ktorých neutrofily boli vyčerpané počas vakcinácie, keď boli stimulované M. tb, nevykazovali zvýšenie Th1 a Th17 odpovede pozorovanej medzi skupinami s dostatkom neutrofilov. To naznačuje, že neprítomnosť neutrofilov počas očkovania mc2-CMX u myší C57BL/6 znižuje ochranu a vedie k absencii odozvy Th1 a Th17. Táto štúdia zdôrazňuje, že neutrofily sú dôležité pre indukciu CMX Th1-špecifickej odpovede proti M. tb, vzhľadom na ich vzťah s Th1 a Th17 bunkami [72]. Keďže neutrofily sú najbežnejším typom bielych krviniek a v porovnaní so súčasnou očkovacou stratégiou zohrávajú úlohu pri vyvolaní zvýšenej imunitnej odpovede u myší očkovaných mc2-CMX, zdôrazňuje to potrebu ďalšieho výskumu zameraného k funkcii neutrofilov v ďalších vakcínach.

8. Závery

M. tb naďalej zaťažuje zdravie a ekonomiku rozvojových krajín. Potreba účinných preventívnych postupov je kľúčová pre zníženie výskytu a prevalencie prípadov na celom svete. Je potrebný ďalší výskum nových vakcín, aby sa zistila účinnosť podpory neutrofilmi sprostredkovanej reakcie špecifických Th1 a Th17 buniek v hostiteľovi. Neutrofily ako najpočetnejšie zastúpené biele krvinky zohrávajú zásadnú úlohu v imunitnej odpovedi na M. tb. Počas aktívnej infekcie neutrofily migrujú z krvného obehu prostredníctvom chemotaxie, aby nasadili rôzne prostriedky na uvoľnenie M. tb od hostiteľa. Tieto zahŕňajú fagocytózu, produkciu ROS a degranuláciu deštruktívnych enzýmov na zvýraznenie klírensu M. tb. Okrem toho neutrofily získavajú makrofágy, NK bunky a B a T bunky prostredníctvom sekrécie cytokínov. Počas LTBI neutrofily zásadne obsahujú M. tb prostredníctvom produkcie granulómov, aby sa zabránilo ďalšiemu šíreniu. Podľa nového výskumu M. tb. Ak sa vyvíja, zvýšenie silnej imunitnej odpovede neutrofilmi môže slúžiť ako sľubná cesta na skúmanie.

Príspevky autora:

Konceptualizácia, VV, CAA, IG, KHN a AP; písanie – príprava pôvodného návrhu, CAA, IG, KHN a AP; písanie – recenzie a úpravy, CAA, IG a KHN; vizualizácia, CAA, IG, KHN; dozor, VV a CAA; administrácia projektu, VV a CAA Všetci autori si prečítali a súhlasili s publikovanou verziou rukopisu.

Financovanie:

Tento výskum nezískal žiadne externé financovanie.

Vyhlásenie inštitucionálnej revíznej rady:

Nepoužiteľné.

Vyhlásenie informovaného súhlasu:

Nepoužiteľné.

Vyhlásenie o dostupnosti údajov:

Nepoužiteľné.

Poďakovanie:

Ceníme si finančnú podporu od NIH (HL143545-01A1). Obrázok 2 bol vytvorený pomocou BioRender.com.

Konflikt záujmov:

Autori nedeklarujú žiadny konflikt záujmov.

Referencie

1. KTO. Tuberkulóza. 27. októbra 2022.

2. Formad, HF Etiológia tuberkulózy. J. Am. Med. Doc. 1882, IV, 312–316. [CrossRef]

3. CDC. Prehľad všeobecných informácií o tuberkulóze; CDC: Atlanta, GA, USA, 2011.

4. Long, R.; Divangahi, M.; Schwartzman, K. Kapitola 2: Prenos a patogenéza tuberkulózy. Môcť. J. Respir. Crit. Care Sleep Med. 2022, 6, 22–32. [CrossRef]

5. Dutta, NK; Karakousis, C. Latentná tuberkulózna infekcia: mýty, modely a molekulárne mechanizmy. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2014, 78, 343–371. [CrossRef] [PubMed]

6. Eguirado, E.; Schlesinger, LS Modelovanie granulómu Mycobacterium tuberculosis — kritické bojisko v hostiteľskej imunite a chorobe. Predné. Immunol. 2013, 4, 98. [CrossRef]

7. Sia, JK; Rengarajan, J. Imunológia infekcií Mycobacterium tuberculosis. In Microbiology Spectrum; Americká spoločnosť pre mikrobiológiu: Washington, DC, USA, 2019; Zväzok 7.

8. Narasimhan, P.; Wood, J.; MacIntyre, ČR; Mathai, D. Rizikové faktory tuberkulózy. Pulm. Med. 2013, 2013, 828939. [CrossRef] [PubMed]

9. Madzime, M.; Rossouw, TM; Theron, AJ; Anderson, R.; Steel, HC Interakcie HIV a antiretrovírusovej terapie s neutrofilmi a krvnými doštičkami. Predné. Immunol. 2021, 12, 634386. [CrossRef]

10. Dowey, R.; Iqbal, A.; Heller, SR; Sabroe, I.; Prince, LR Horkosladká odpoveď na infekciu pri cukrovke; Zacielenie na neutrofily na úpravu zápalu a zlepšenie imunity hostiteľa. Predné. Immunol. 2021, 12, 678771. [CrossRef] [PubMed]

11. Hilda, JN; Das, S.; Tripatia, SP; Hanna, LE Úloha neutrofilov pri tuberkulóze: Pohľad z vtáčej perspektívy. J. Endotoxín Res. 2019, 26, 240–247. [CrossRef]

12. Ye, P.; Rodriguez, FH; Kanaly, S.; Pančucha, KL; Schurr, J.; Schwarzenberger, P.; Oliver, P.; Huang, W.; Zhang, P.; Zhang, J.; a kol. Požiadavka na signalizáciu receptora interleukínu 17 pre expresiu chemokínu Cxc pľúc a kolónie granulocytov stimulujúceho faktor, získavanie neutrofilov a obranu hostiteľa. J. Exp. Med. 2001, 194, 519-528. [CrossRef]

13. de Oliveira, FM; Trentini, MM; Junqueira-Kipnis, AP; Kipnis, A. Vakcína mc2-CMX indukuje zvýšenú imunitnú odpoveď proti Mycobacterium tuberculosis v porovnaní s Bacillus Calmette-Guérin, ale s podobnými zápalovými účinkami na pľúca. Mem. Inst. Oswaldo Cruz 2016, 111, 223–231. [CrossRef]

14. Heemskerk, D.; Caws, M.; Marais, B.; Farrar, J. Kapitola 2: Patogenéza. pri tuberkulóze u dospelých a detí; Springer: Cham, Švajčiarsko, 2015; s. 9–15.

15. Loudon, RG; Roberts, RM Spev a šírenie tuberkulózy. Am. Respir. Dis. 1968, 98, 297-300. [CrossRef]

16. Lin, PL; Flynn, JL Koniec binárnej éry: Prehodnotenie spektra tuberkulózy. J. Immunol. 2018, 201, 2541–2548. [CrossRef] [PubMed]

17. Lillebaek, T.; Dirksen, A.; Baess, I.; Strunge, B.; Thomsen, V.; Andersen, Å.B. Molekulárny dôkaz endogénnej reaktivácie Mycobacterium Tuberculosis po 33 rokoch latentnej infekcie. J. Infect. Dis. 2002, 185, 401-404. [CrossRef]

18. Zhai, W.; Wu, F.; Zhang, Y.; Fu, Y.; Liu, Z. Immune Escape Mechanisms of Mycobacterium Tuberculosis. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 340. [CrossRef] [PubMed]

19. Corleis, B.; Korbel, D.; Wilson, R.; Bylund, J.; Chee, R.; Schaible, UE Únik Mycobacterium tuberculosis z oxidačného zabíjania neutrofilmi. Bunka. Microbiol. 2012, 14, 1109–1121. [CrossRef] [PubMed]

20. Simeone, R.; Bobard, A.; Lippmann, J.; Bitter, W.; Majlessi, L.; Brosch, R.; Enninga, J. Fagosomal Rupture by Mycobacterium tuberculosis má za následok toxicitu a smrť hostiteľských buniek. PLoS Pathog. 2012, 8, e1002507. [CrossRef] [PubMed]

21. Hilda, JN; Expresia Das, S. Neutrofilov CD64, TLR2 a TLR4 sa zvyšuje, ale počas tuberkulózy sa znižuje fagocytárny potenciál. Tuberkulóza 2018, 111, 135–142. [CrossRef] [PubMed]

22. Rosales, C. Neutrofil: Bunka s mnohými úlohami pri zápale alebo niekoľko typov buniek? Predné. 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 moduluje makrofágmi sprostredkovaný nábor neutrofilov v reakcii na teplom usmrtené Mycobacterium tuberculosis H37Ra. PLoS ONE 2017, 12, e0186780. [CrossRef]

24. Pokkali, S.; Das, SD Zvýšené hladiny chemokínov a expresia chemokínových receptorov na imunitných bunkách počas pľúcnej tuberkulózy. Hum. Immunol. 2009, 70, 110–115. [CrossRef]

25. Remot, A.; Doz, E.; Winter, N. Neutrofily a blízki príbuzní v hypoxickom prostredí tuberkulózneho granulómu: nové cesty pre hostiteľsky riadené terapie? Predné. Immunol. 2019, 10, 417. [CrossRef] [PubMed]

26. Cacciotto, C.; Alberti, A. Eating the Enemy: Mycoplasma Strategies to Evade Neutrofil Extracellular Traps (NET) podporujúce vychytávanie bakteriálnych nukleotidov a zápalové poškodenie. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 15030. [CrossRef] [PubMed]

27. Jaganjac, M.; Čipák, A.; Schaur, RJ; Zarkovic, N. Patofyziológia neutrofilmi sprostredkovaných extracelulárnych redoxných reakcií. Predné. Biosci. 2016, 21, 839–855. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com