Role neutrofili w niegruźliczej mykobakteryjnej chorobie płuc

Abstrakcyjny

Niegruźlicze Mycobacterial Pulmonary Disease (NTM-PD) jest coraz bardziej rozpoznawalnym globalnym problemem zdrowotnym. Badania sugerują, że neutrofile mogą odgrywać ważną rolę w kontrolowaniu infekcji NTM i przyczyniać się do ochronnych odpowiedzi immunologicznych we wczesnej fazie infekcji. Jednak komórki te są również niekorzystnie związane z postępem i zaostrzeniem choroby i mogą przyczyniać się do patologii, na przykład w rozwoju rozstrzeni oskrzeli. W tym przeglądzie omawiamy kluczowe ustalenia i najnowsze dowody dotyczące różnych funkcji neutrofili w zakażeniu NTM.

Po pierwsze, skupiamy się na badaniach, które implikują neutrofile we wczesnej odpowiedzi na infekcję NTM oraz dowodach wskazujących na zdolność neutrofili do zabijania NTM. Następnie przedstawiamy przegląd pozytywnych i negatywnych skutków, które charakteryzują dwukierunkową zależność między neutrofilami a odpornością nabytą. Rozważamy patologiczną rolę neutrofili w kierowaniu fenotypem klinicznym NTM-PD, w tym rozstrzeniem oskrzeli. Na koniec zwracamy uwagę na aktualnie opracowywane obiecujące metody leczenia ukierunkowane na neutrofile w chorobach dróg oddechowych. Potrzebne są dalsze informacje na temat roli neutrofili w NTM-PD, aby informować zarówno o strategiach zapobiegawczych, jak i terapii ukierunkowanej na gospodarza w przypadku tych ważnych infekcji.

Niegruźlicze mykobakteryjne choroby płuc (NTM) to infekcja wywołana przez niegruźlicze prątki, zwykle u osób z obniżoną odpornością. Dlatego jest ściśle powiązany z odpornością.

Populacje z obniżoną odpornością obejmują osoby w podeszłym wieku, pacjentów z chorobami układu oddechowego, takimi jak zapalenie oskrzeli i rozstrzenie oskrzeli, pacjentów ze stanami immunosupresyjnymi, takimi jak choroby tkanki łącznej, nowotwory złośliwe lub przeszczepy narządów, oraz tych, którzy przez długi czas stosowali leki immunosupresyjne, takie jak glikokortykosteroidy. .

Niska odporność może prowadzić do osłabienia odpowiedzi immunologicznej organizmu, niezdolnego do skutecznej eliminacji prątków niegruźliczych, a co za tym idzie podatnego na niegruźlicze mykobakteryjne choroby płuc. Ponadto niska odporność może również prowadzić do pogorszenia stanu, a ciężkie przypadki mogą powodować powikłania, takie jak gruźlica.

Dlatego u osób z obniżoną odpornością konieczne jest jak największe podniesienie odporności indywidualnej, wzmocnienie higieny dróg oddechowych oraz zapobieganie występowaniu niegruźliczej prątkowej choroby płuc. Jeśli pojawią się odpowiednie objawy, należy na czas zwrócić się o pomoc lekarską w celu postawienia prawidłowej diagnozy i leczenia. Na tej podstawie możemy ocenić znaczenie odporności. Musimy poprawić naszą odporność. Cistanche może poprawić odporność. Cistanche ma również działanie antywirusowe, przeciwnowotworowe i inne oraz może wzmocnić zdolność bojową układu odpornościowego i poprawić odporność organizmu.

Kliknij korzyści zdrowotne cistanche

Słowa kluczowe

Neutrofile, granulocyty, prątki niegruźlicze, mykobakteryjna niegruźlicza choroba płuc, rozstrzenie oskrzeli.

Wstęp

Niegruźlicza mykobakteryjna choroba płuc (NTM-PD) jest coraz bardziej rozpowszechnionym i stanowiącym wyzwanie zespołem infekcji, który powoduje znaczną chorobowość, wykorzystanie opieki zdrowotnej i śmiertelność [1].

Chociaż istnieje ponad 170 gatunków NTM, większość NTMPD wynika z niewielkiej liczby tych bakterii środowiskowych, które działają jak ludzkie patogeny oportunistyczne [2], ale różnią się patogennością i odpowiedzią na leczenie [3, 4]. Częstymi gatunkami powodującymi NTM-PD są Mycobacterium avium complex (MAC) (najczęściej wolniej rosnące gatunki M. avium, M. intracellular i M. chimaera), M. kansasii i M. xenopi, a także szybko rosnące grower M. abscessus complex (MABC) [5, 6]. W przeciwieństwie do gruźlicy, która zwykle dotyka młodszych ludzi bez innych chorób współistniejących, NTM choroba płuc często występuje u osób w wieku pięćdziesięciu lat lub starszych, u których mogą występować inne schorzenia, takie jak rozstrzenie oskrzeli, przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) i mukowiscydoza ( CF) [7–9].

Decyzja o leczeniu nie jest prosta: niektórzy pacjenci wydają się samoistnie ustępować z infekcji, a inni są stabilni klinicznie bez leczenia przez długi czas [9]. Ponadto terapia przeciwdrobnoustrojowa jest często długotrwała, może być źle tolerowana [10] i niekoniecznie skuteczna.

Badania nad odpowiedzią immunologiczną gospodarza na NTM skupiały się głównie na limfocytach T, cytokinach pomocniczych T-1 i fagocytach jednojądrzastych [11]. Chociaż są one ważne w ochronie przed NTM [12], ich rola w powodowaniu lub zapobieganiu uszkodzeniom płuc jest mniej dobrze zdefiniowana.

Ogólnie rzecz biorąc, profesjonalne fagocyty (neutrofile, makrofagi i komórki dendrytyczne) są uważane za pierwszą linię obrony przed patogenami bakteryjnymi. Granulocyty polimorfojądrowe neutrofili są najbardziej wyróżniającym się typem komórek w świetle oskrzeli i są szybko rekrutowane do miejsc infekcji, gdy wyczuwają sygnały pochodzące od chemoatraktantów, takich jak interleukina-8 (IL-8) generowane przez komórki gospodarza. Po migracji (chemotaksji) łapią i zabijają atakujące patogeny. Wiadomo, że neutrofile są niezbędne do obrony przed bakteriami pozakomórkowymi [13]. Jednak rola odpowiedzi neutrofili w NTM-PD nadal nie jest całkowicie poznana. Ostatnie badania sugerują, że neutrofile mogą pomóc w kontrolowaniu infekcji NTM [14, 15]; chociaż mogą również przyczyniać się do patologii chorób związanych z NTM, na przykład w rozwoju rozstrzeni oskrzeli [14, 16]. W tym przeglądzie omawiamy rolę neutrofili w niegruźliczej mykobakteryjnej chorobie płuc (NTM-PD) i badamy sprzeczny udział neutrofili w tej chorobie.

Neutrofile i odporność

Antybakteryjne funkcje neutrofili obejmują fagocytozę (spożycie), degranulację (uwalnianie rozpuszczalnych środków przeciwdrobnoustrojowych do fagosomu lub zewnątrzkomórkowo) oraz uwalnianie materiału jądrowego w postaci zewnątrzkomórkowych pułapek neutrofili (NET) [17, 18]. Zapoczątkowanie fagocytozy neutrofili jest znacznie wzmocnione przez opsonizację bakterii, w wyniku której opsoniny, na przykład składniki dopełniacza i immunoglobuliny (Igs), pokrywają bakterie i są rozpoznawane przez specyficzne receptory powierzchniowe na neutrofilach, powodując chciwe wiązanie i wyzwalanie połknięcia.

Ogólnie rzecz biorąc, po zainicjowaniu fagocytozy przez zaangażowanie receptorów opsonowych, internalizacja patogenu w fagosomach wewnątrz neutrofili następuje w ciągu kilku sekund [19].

Następnie następuje dojrzewanie fagosomalne z fuzją granulek wewnątrzkomórkowych, co daje neutrofilom wyjątkową przewagę nad innymi fagocytami, ponieważ granulki zawierają silne białka bakteriobójcze. W neutrofilach występują cztery grupy ziarnistości: azurofilne (pierwotne), zawierające enzymy, takie jak elastaza neutrofilowa (NE) i cząsteczki przeciwbakteryjne, w tym leukocidyna i ludzkie peptydy neutrofilowe (HNP) 1–3, specyficzne ziarnistości (wtórne), ziarnistości żelatynazowe i wydzielnicze pęcherzyków, z których każdy odgrywa określoną rolę podczas odpowiedzi na infekcję [20]. Niektóre z nich omówiono bardziej szczegółowo poniżej.

Oksydaza NADPH w ścianie ziarnistości wtórnych inicjuje wybuch oksydacyjny, prowadząc do produkcji antybakteryjnych reaktywnych związków pośrednich tlenu (nadtlenek, nadtlenek wodoru, kwas podchlorawy). Jednak napływ neutrofili może być również związany z patologią poprzez uwalnianie tych cytotoksycznych treści; a jeśli neutrofile zostaną zakłócone, procesy te mogą prowadzić do uszkodzenia sąsiednich komórek i uszkodzenia tkanek [21, 22].

Neutrofile to także profesjonalne komórki odpornościowe reagujące na bakterie. Receptory Toll-like (TLR) są rodzajem receptora rozpoznawania wzorców (PRR), który wyzwala wrodzoną odpowiedź immunologiczną poprzez wykrywanie konserwatywnych wzorców molekularnych i umożliwia wczesne wykrycie patogenu immunologicznego [23].

Te szybkie przeciwdrobnoustrojowe funkcje neutrofili dają nabytemu układowi odpornościowemu wystarczająco dużo czasu na rozwinięcie odporności specyficznej dla patogenu, chociaż, jak omówiono później, zachowanie neutrofili może wpływać na nabytą odpowiedź immunologiczną.

Odpowiedź neutrofili na NTM

Wrodzone fagocytarne komórki odpornościowe, w tym jednojądrzaste fagocyty, takie jak makrofagi, szybko eliminują prątki poprzez fagocytozę i zabijanie wewnątrzkomórkowe, a upośledzenie tego procesu może predysponować do rozwoju zakażenia mykobakteryjnego [24, 25]. Chociaż odpowiedź neutrofili na NTM jest słabo zbadana, wcześniejsze prace sugerowały, że granulocyty są ważnymi uczestnikami obrony gospodarza przed prątkami [26, 27], a komórki te mogą zabijać kilka gatunków prątków [28]. Jednak są one również zaangażowane w patologię chorób prątkowych, takich jak gruźlica [16, 29], gdzie są dominującą komórką gospodarza zakażającą organizmy w plwocinie, płynie z popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych (BAL) i zawartości jamy u pacjentów z gruźlicą płuc [ 14]. Chociaż tłumaczenie wyników eksperymentów opartych na Mycobacterium tuberculosis (Mtb) na NTM jest uproszczone, często brakuje dokładnych danych na temat NTM, aw tym przeglądzie, w razie potrzeby, omówiliśmy dostępne dane dla Mtb. Wskazuje to na pilną potrzebę dalszych badań nad NTM (a zwłaszcza tymi gatunkami, które powodują większość chorób u ludzi).

Używając Mtb, Jones i in. oraz Majeed i in. stwierdzili wysoką skuteczność fagocytozy prątków przez neutrofile poprzez opsonizację za pośrednictwem dopełniacza [30, 31]. Jednak wyniki badań in vitro Iriny i in. oraz Lenhart-Pendergrass i in. zwrócili uwagę na niską zdolność neutrofili do fagocytozy odpowiednio nieopsonizowanych M. smegmatis i M. avium [32, 33]. Łącznie dane te sugerują, że neutrofile są zdolne do fagocytowania prątków, ale może to wymagać opsonizacji przez dopełniacz lub immunoglobuliny i może różnić się w zależności od gatunku [33].

Myszy z niedoborem TLR{0}} z infekcją M. avium wykazywały upośledzoną funkcję neutrofili, a następnie upośledzenie kontroli infekcji we wczesnych stadiach [34, 35], co sugeruje potencjalnie kluczową rolę neutrofili w odpowiedzi immunologicznej gospodarza na NTM. I odwrotnie, wykazano, że neutrofile mogą przyczyniać się do patologicznego rozprzestrzeniania się infekcji, a nie do wczesnego usuwania infekcji wśród genetycznie podatnych myszy, chociaż zależało to od gatunku prątków (występujących u M. avium, ale nie u Mtb [36]). W szczególności zasugerowano, że neutrofile mogą przenosić prątki na powierzchnię płuc [14].

Faldta i in. donieśli, że NTM (M. avium i M. smegmatis) indukowały znacznie większe wydzielanie TNF, IL-6 i IL-8 z aktywowanych neutrofili niż Mtb, co może sugerować, że te gatunki wywołują wrodzone reakcje immunologiczne, które mogą prowadzić do skutecznego usuwania prątków [37].

Tabela 1 podsumowuje badania na myszach sugerujące znaczącą rolę neutrofili we wczesnej odpowiedzi na infekcję NTM, z których niektóre są dalej badane w następnej sekcji.

Modele zwierzęce i badania genetyczne u ludzi wskazują na udział neutrofili w odpowiedzi gospodarza na infekcję prątkami

Ponad 35 lat temu Brown i współpracownicy udokumentowali interakcję między neutrofilami a prątkami [42]. Appelberg i in. następnie wykazali główny udział neutrofili w ochronie przed dożylnie zaszczepionymi infekcjami mykobakteryjnymi, gdy stosowano leczenie przeciwciałem monoklonalnym (MAb) RB6- 8}C5 niszczącym granulocyty, zauważyli wyższy wzrost bakterii [38]. Petrofsky i Bermudez zastosowali podobną procedurę do deplecji neutrofili i również doszli do wniosku, że neutrofile zapewniają pewną ochronę przed M. avium we wczesnej fazie infekcji [35]. W przeciwieństwie do tego Saunders i Cheers nie zidentyfikowali wyraźnej ochronnej roli neutrofili płucnych myszy po prowokacji wziewnej M. avium, pomimo zastosowania podobnych metod eksperymentalnych [43].

Badanie przeprowadzone przez Goncalvesa i Appelberga sugeruje, że receptor CXC 2 (CXCR2) może odgrywać kluczową rolę w rekrutacji neutrofili po zakażeniu mykobakteryjnym. W porównaniu z myszami kontrolnymi, myszy z nokautem CXCR2 miały znacznie mniej neutrofili w jamie otrzewnej w ciągu 15-dnia dootrzewnowej infekcji M. avium. Jednak mutacja CXCR2 nie wpłynęła na rekrutację neutrofili do płuc podczas aterogennej infekcji M. avium przez 60-dniowe badanie, co sugeruje, że może to być zjawisko związane z tkanką [39].

Ekspresja genów pełnej krwi została przeprowadzona w celu zbadania odpowiedzi immunologicznej gospodarza na NTM-PD. Niedawne badanie obejmowało 25 pacjentów z NTM-PD i 27 osób z grupy kontrolnej, które nie były zakażone, ale miały choroby układu oddechowego. Analiza mikromacierzy sugerowała, że ​​populacja NTMPD miała zmniejszoną ekspresję 213 genów związanych z sygnalizacją komórek T, w tym IFN-g. Nasilenie zmian w CT klatki piersiowej, dysfunkcja płuc i inne wskaźniki ciężkości choroby, w tym wysoka liczba neutrofili, były związane ze zmniejszoną ekspresją IFN-g [44].

Łącznie te dowody eksperymentalne sugerują, że neutrofile odgrywają ważną rolę w odpowiedzi gospodarza na infekcję NTM, chociaż nie określają, co to może być, ani czy jest to patologia ochronna, czy napędzająca.

Czy neutrofile mogą zabić NTM?

Kilka badań in vitro (podsumowanych w tabeli 2) dotyczyło zdolności ludzkich neutrofili do zabijania gatunków NTM z konsensusem, że neutrofile mogą eliminować lub przynajmniej ograniczać wzrost klinicznie ważnych NTM.

Istnieją ograniczone dowody kliniczne wskazujące na podatność na NTM u pacjentów z neutropenią lub z zaburzeniami neutrofilowymi [44]. Jednak neutropenia była związana z rozsianym NTM (chociaż nie z NTM płuc) u pacjentów z nowotworem hematologicznym [45].

Potencjalną drogą, przez którą neutrofile mogą zabijać prątki, są ludzkie peptydy neutrofili (HNP) 1, 2 i 3. Należą one do rodziny endogennych kationowych peptydów przeciwdrobnoustrojowych i cytotoksycznych (defensyny) zlokalizowanych w granulkach azurofilowych. HNP działa również jako cząsteczka immunomodulująca wpływająca na produkcję cytokin oraz odpowiedzi zapalne i immunologiczne [46]. Zdolność HNP{4}} do zabijania M. tuberculosis była badana in vitro przez Miyakawa i in., [47], Sharma i in., [48], Kalita i in., [49] oraz Martineau i in. wsp., [50]. Badania te sugerują, że neutrofile mogą odgrywać istotną rolę we wrodzonej odporności na zakażenie gruźlicą poprzez aktywność HNP i że te cząsteczki mogą potencjalnie stanowić podstawę nowych podejść terapeutycznych.

Jednak inne badanie wykazało, że wysokie stężenia HNP są wykrywane zarówno w mukowiscydozie (CF), jak i rozstrzeniach oskrzeli innych niż CF, i że hamują one funkcję PMN poprzez zakłócanie fagocytozy [51, 52].

Neutrofile wpływają bezpośrednio na rozwój nabytej odpowiedzi immunologicznej na NTM

Neutrofile mogą kształtować odporność nabytą i łączyć wrodzony i nabyty układ odpornościowy [58, 59].

Sieci cytokin odgrywają znaczącą rolę w komórkowej odpowiedzi immunologicznej na infekcję NTM. Odpowiedź limfocytów T przeciwko NTM jest regulowana przez wytwarzanie IL-12 po endocytozie prątków przez wrodzone jednojądrzaste fagocyty (np. komórki dendrytyczne (DC) i makrofagi). Z kolei aktywowane limfocyty T CD4 plus (T-helper 1) i limfocyty T CD8 plus uwalniają IFN, który nasila zabijanie przez fagocyty jednojądrzaste i jest niezbędny do obrony gospodarza przed prątkami [60, 61]. Dlatego infekcja NTM, która przezwycięża początkowe mechanizmy wrodzone, może być kontrolowana przez skuteczne odpowiedzi T1, w których pośredniczą IL-12 i IFN [62].

Na przykład mutacje genetyczne w szlaku IL{0}}IFN zwiększają podatność na zakażenie NTM; Niedobory IFN-R1 i IFN-R2 (zarówno formy autosomalne recesywne, jak i dominujące), niedobory IL12 i IL12R 1, niedobór czynnika transkrypcyjnego STAT1, niedobór receptora sierocego C (RORC) związany z RAR, niedobór genu 15 stymulowanego interferonem (ISG15), interferon niedobór czynnika regulacyjnego 8 (IRF8) i kinazy tyrozynowej 2 (TYK2) [63–66].

W szczególności doniesiono, że defekty szlaków IL{0}} i IFN mogą predysponować do infekcji płucnych NTM [67]. Warto zauważyć, że indukowana interleukiną{2}} produkcja IFN przez limfocyty T również aktywuje neutrofile do fagocytozy i/lub zabijania NTM [68]. Ponadto IL-17, IL{5}} i IL-22 wytwarzane przez komórki T pomocnicze 17 CD4 plus indukują napływ neutrofili do miejsc objętych stanem zapalnym, co może pomóc w zatrzymaniu postępu zakażenia NTM poprzez zabijanie bezpośrednie [69–71].

Jednak rekrutacja neutrofili może również przyczynić się do negatywnego wpływu na nabytą odpowiedź immunologiczną. Badanie z wykorzystaniem mysiego modelu zakażenia MAC wykazało, że gdy odporność T1 jest upośledzona, komórki T17 plus prowokują rekrutację neutrofili, co wydaje się zwiększać podatność na zakażenie MAC [69]. Szczególnie negatywny wpływ mogą mieć martwe neutrofile. W modelu pełnej krwi z Mtb, nekrotyczne neutrofile upośledzały kontrolę gospodarza nad rozwojem prątków i zwiększały immunosupresyjną IL -10, jak również czynniki wzrostu i chemokiny [72]. Może to spowodować dalszą akumulację neutrofili w miejscu choroby: patologiczny cykl, który może przyczynić się do niepożądanego wpływu neutrofili na wyniki gospodarza [16, 73].

„Sfrustrowane” neutrofile, które uwalniają zawartość granulek pozakomórkowo, mogą prowadzić do uszkodzenia tkanki i powodować głęboki wpływ na różnicowanie i proliferację komórek T [74–76]. Rzeczywiście, składniki ziarnistości lub wytwarzanie chemokin przez neutrofile mogą bezpośrednio lub pośrednio pośredniczyć w działaniu supresyjnym na odpowiedzi komórek T, inaktywując cytokiny stymulujące komórki T, np. IL-2 i IL-6, oraz przyspieszając złuszczanie receptorów cytokin IL-2 i IL-6 na limfocytach T [58, 77–79].

Przykładowo, elastaza neutrofilowa selektywnie rozszczepia receptor IL-2 i receptor IL-6 i prowadzi do zmniejszenia ekspresji cząsteczek kostymulujących przez komórki dendrytyczne, ograniczając w ten sposób dojrzewanie limfocytów T i wpływając na rozwój odpowiedź T1 [80]. Zmniejszenie ekspresji receptora komórek T (TCR) może również wystąpić po uwolnieniu arginazy i produkcji reaktywnych form tlenu (ROS) z neutrofili [58, 78].

I odwrotnie, produkcja NET może obniżać próg aktywacji limfocytów T [81], podczas gdy donoszono o zniesieniu specyficznych odpowiedzi T1-, gdy neutrofile zostały wyczerpane podczas szczepienia myszy BCG [82].

Podsumowując, istnieje dwukierunkowy związek między neutrofilami a nabytą odpowiedzią immunologiczną, przy czym zachowanie neutrofili potencjalnie wpływa pozytywnie lub negatywnie na odporność za pośrednictwem limfocytów T, w zależności od środowiska immunologicznego.

Rycina 1 podsumowuje różne potencjalne role neutrofili w chorobie płuc NTM.

NTM, neutrofile i humoralna odpowiedź immunologiczna

Mykobakterie są organizmami wewnątrzkomórkowymi, dlatego odporność komórkowa jest uważana za główny składnik obrony immunologicznej gospodarza przed tymi bakteriami. Jednak zrozumienie interakcji między odpornością wrodzoną, odpornością pośredniczoną przez przeciwciała i odpornością komórkową jest przydatne do określenia strategii (zarówno leczenia, jak i szczepionek), które mogą zwalczać infekcje i choroby NTM.

Interakcje komórek T, komórek B i komórek prezentujących antygen (APC) z neutrofilami umożliwiają neutrofilom modulowanie humoralnej odporności nabytej [76]. Na przykład aktywowane neutrofile odgrywają rolę w rozwoju komórek B poprzez wytwarzanie czynnika aktywującego komórki B (BAFF), który jest niezbędną cytokiną dla rozwoju komórek B, oraz czynnika stymulującego tworzenie kolonii granulocytów (G-CSF) [76 , 83]. Wzajemnie, limfocyty B mogą wpływać na aktywność neutrofili poprzez wytwarzanie przeciwciał, które opsonizują prątki, a tym samym wzmacniają fagocytozę neutrofili (omówioną powyżej).

Ochronny efekt humoralnej odpowiedzi immunologicznej przeciwko antygenom mykobakteryjnym wykazano w kilku modelach wykorzystujących Mtb. Kunnath i in. opisali udział humoralnej odpowiedzi immunologicznej w zwalczaniu Mtb [84], a Hamasur i in. wykazali ochronny wpływ mysiego przeciwciała monoklonalnego IgG1 na lipoarabinomannan (SMITB14) przeciwko gruźlicy, gdy myszy zakażono dożylnie [85]. Zimmermanna i in. wykazali, że przeciwciała IgA (ale nie IgG) specyficzne dla różnych antygenów powierzchniowych Mtb blokowały aktywność Mtb [86]. Nie jest jasne, czy to samo dotyczy NTM – i jest to obszar, który wymaga dalszych badań.

Glikopeptydolipidy (GPL) to klasa glikolipidów ulegających ekspresji w zewnętrznej warstwie kilku gatunków NTM, w tym MAC i M. abscessus. GPL MAC są wysoce antygenowe i specyficzne dla serowaru i są związane z wirulencją MAC [87, 88]. Serologiczny test diagnostyczny mierzący poziom przeciwciał IgA w surowicy przeciwko MAC GPL został opracowany i stosowany klinicznie do diagnozowania choroby MAC. Wzrost poziomu przeciwciał odnotowano u pacjentów z NTM-PD wywołanym przez MAC, a nie u pacjentów z Mtb [89].

Niedawne badanie wykazało przydatność testów serologicznych w wykrywaniu przypadków zakażenia M. abscessus z dodatnim posiewem u pacjentów z mukowiscydozą [90]. Test opierał się na wykrywaniu IgA przeciwko białku M. abscessus, rekombinowanemu PLC (HPLC) i ekstraktowi TLR2eF. Ten test IgA ELISA był w stanie odróżnić infekcje M. abscessus od infekcji M. avium i M. chimaera (ale nie od infekcji M. intracellulare) na podstawie rozpoznawania białek lub ekstraktów MABC, w przeciwieństwie do starszego testu, który opiera się na wykrywaniu przeciwciał rozpoznających antygen rdzeniowy GPL M. avium [90]. Częstość występowania zakażenia NTM u pacjentów z mukowiscydozą jest obecnie testowana w badaniu prospektywnym (nr badania klinicznego ID RCB:2017-A{5}}) przy użyciu obu testów ELISA.

Ogólnie rzecz biorąc, badania zidentyfikowały potencjalną rolę przeciwciał przeciw mykobakteriom podczas infekcji i przemawiają za dalszymi pracami, które pomogą wyjaśnić ich mechanizmy działania [91-94]. W szczególności wymaga zbadania opsonizacja prątków za pośrednictwem przeciwciał z późniejszym wzmocnieniem fagocytozy przez neutrofile.

Zakażenia NTM obejmują rozstrzenie oskrzeli i kawitację, z których oba są rozumiane jako powodowane w dużej mierze przez neutrofile, ze szczególną rolą elastazy neutrofilowej [95, 96].

MAC i MABC są najbardziej rozpowszechnionymi gatunkami powodującymi NTM-PD, stanowiącymi 95 procent przypadków [97, 98]. Zakażenie MABC, zwykle obserwowane u pacjentów z chorobami płuc w wywiadzie, takimi jak mukowiscydoza i rozstrzenie oskrzeli, ma najwyższy zarejestrowany wskaźnik śmiertelności wśród szybko rosnących prątków [3, 99–101]. MAC jest mniej wyraźnie związany z ciężką chorobą, ale około 35–42 procent dodatnich posiewów plwociny dla MAC reprezentuje NTM-PD [102, 103].

Nie jest jasne, dlaczego NTM są tak zmiennie patogenne u ludzi. Dzieje się tak nawet w przypadku M. avium, którego odpowiedź gospodarza jest prawdopodobnie najlepiej poznana [104].

Po przedostaniu się do organizmu NTM zwykle osiada w dolnych drogach oddechowych, a jeśli rozwija się choroba kliniczna, objawia się to miejscowym stanem zapalnym (choroba dróg oddechowych, zapalenie płuc, kawitacja) [105].

NTM-PD często występuje w połączeniu z rozstrzeniami oskrzeli, które mogą poprzedzać infekcję lub być jej konsekwencją. Ogólnie rzecz biorąc, rozstrzenie oskrzeli może być spowodowane stanem podstawowym, takim jak mukowiscydoza lub inne zaburzenia funkcji rzęsek, związane z niedoborem odporności (zwłaszcza niedoborem przeciwciał) lub występuje wtórnie do infekcji [106, 107]. Zwykle objawia się uporczywym produktywnym kaszlem i charakteryzuje się upośledzeniem usuwania śluzu z dróg oddechowych. Nagromadzenie śluzu w uszkodzonych drogach oddechowych w płucach stwarza dogodne miejsce dla rozwoju bakterii (w tym NTM), co prowadzi do dalszego stanu zapalnego z wynikającym z tego uszkodzeniem i rozszerzeniem dróg oddechowych, często w prawym płacie środkowym lub w segmencie lingula. Temu zniszczeniu zwykle towarzyszą objawy kliniczne i tworzy się „błędne koło” z powodu interakcji między przetrwałą lub nawracającą infekcją a nadmiernym stanem zapalnym [108].

Neutrofile są odpowiedzialne za uszkodzenie dróg oddechowych poprzez uwalnianie zawartości granulek (szczególnie ludzkich NE) podczas degranulacji [109] i są silnie zaangażowane w rozwój rozstrzeni oskrzeli. Cząsteczki pochodzące z granulek mają właściwości przeciwdrobnoustrojowe, które pomagają zwalczać infekcję (patrz wyżej), ale mogą również uszkadzać tkanki gospodarza (prowadząc do rozszerzenia oskrzeli) [58].

Zapalenie zdominowane przez neutrofile jest główną cechą patogenezy rozstrzeni oskrzeli. Wysoki poziom NE w drogach oddechowych wiąże się z zaostrzeniami i gorszą czynnością płuc zarówno w przypadku rozstrzeni oskrzeli CF, jak i innych [110].

Niektóre badania wykazały wyższą liczbę neutrofili w plwocinie pacjentów z rozstrzeniem oskrzeli w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej, co koreluje z postępem choroby [111-113]. Pacjenci z rozstrzeniami oskrzeli, u których występuje znacznie zwiększone ryzyko NTM-PD [114, 115], wykazują „przeprogramowanie” neutrofili krwi obwodowej w stanie stabilnym i przedłużonym przeżywalności neutrofili z upośledzoną zdolnością do zabijania i fagocytozy bakterii, utrwalając w ten sposób złośliwe koło [116, 117]. Wydaje się jednak, że stan ten ulega poprawie po leczeniu antybiotykami [116]. Ponadto zgłaszano upośledzenie zdolności fagocytarnej neutrofili i wytwarzania ROS w drogach oddechowych mukowiscydozy [118].

Każde upośledzenie zdolności neutrofilów do fagocytozy i zabijania bakterii, w tym NTM, może przyczynić się do utrwalenia błędnego koła w rozstrzeniach oskrzeli [116].

Neutrofile mogą wytłaczać zawartość swoich jąder wytłaczanych do przestrzeni zewnątrzkomórkowej jako zewnątrzkomórkowe pułapki neutrofili (NET). NET składają się z chromatyny, histonów i różnych białek ziarnistych neutrofili, w tym NE, katelicydyny, katepsyny G i mieloperoksydazy (MPO) [119]. NET są wykorzystywane do zwalczania patogenów w procesie zwanym NETosis, rodzajem śmierci komórki [120]. Cytokiny, takie jak IL8, TNF i IFN-, oprócz składników bakteryjnych, głównie lipopolisacharydu (LPS) i lipofosfoglikanu (LPG) mogą indukować NETosis [121].

NET zostały początkowo zidentyfikowane jako środek zapobiegający rozprzestrzenianiu się bakterii poprzez wychwytywanie i zabijanie bakterii [120]. Jednak Nakamura i in. stwierdzili, że tworzenie NET indukowane przez MAC nie było zaangażowane w zabijanie, ale w produkcję MMP i IL-8, które sprzyjają postępowi infekcji płuc [122]. Ponadto składniki NET, takie jak PR3, MPO i NE, aktywowane i uwalniane podczas NETosis, są cytotoksyczne i wykazano, że powodują bezpośrednie uszkodzenie śródbłonka.

Co więcej, badania wykazały również, że NEToza płucna indukowana przez IFN typu I może mieć bezpośredni wpływ na patogenezę gruźlicy u myszy podatnych na gruźlicę. Obecność NET w martwiczych zmianach w płucach u pacjentów z gruźlicą również potwierdza przyczynową rolę NETosis w patogenezie gruźlicy [123, 124].

W innym badaniu wykazano rolę NET w ciężkości choroby i odpowiedzi na leczenie rozstrzeni oskrzeli [125], przy czym obfitość białek związanych z NET w plwocinie pacjentów różni się w przypadku przypadków łagodnych i ciężkich.

Ukierunkowanie na neutrofile do leczenia

Chociaż mogą pomóc kontrolować NTM podczas wczesnej infekcji, neutrofile wydają się odgrywać patogenną rolę w rozstrzeniach oskrzeli związanych z ustaloną NTM-PD. W związku z tym w niektórych terapiach próbowano bezpośrednio celować w neutrofile, aby ograniczyć dalsze uszkodzenia tkanek. Koncentrowały się one na napływie neutrofili, broni neutrofili i funkcji neutrofili (Tabela 3). Chociaż żadne strategie ukierunkowane na neutrofile nie są obecnie licencjonowane [126, 127], kilka przewlekłych stanów zapalnych można leczyć — przynajmniej częściowo — poprzez lokalną i ogólnoustrojową modyfikację aktywności i liczby neutrofili. Należą do nich astma, wrzodziejące zapalenie jelita grubego i reumatoidalne zapalenie stawów [128].

W warunkach klinicznych terapie zmniejszające liczbę neutrofili są mniej preferowane, ponieważ wiążą się z obniżeniem odporności pacjenta i zwiększeniem ryzyka nawrotów infekcji [129]. Wydaje się jednak, że zmniejszenie migracji neutrofili u chorych na POChP zmniejsza ryzyko zaostrzeń [126, 130].

W rozstrzeniach oskrzeli zapalenie neutrofilowe i dysfunkcyjne zabijanie patogenów są uważane za kluczowe czynniki (patrz wyżej). Chociaż udowodniono, że plwocina NE jest użytecznym wskaźnikiem rozstrzeni oskrzeli zarówno w stanie stabilnym, jak i w zaostrzeniach, leczenie rozstrzeni poprzez hamowanie NE jest nadal na wczesnym etapie [131] — chociaż zaproponowano to u pacjentów z POChP i CF przy użyciu selektywnego inhibitora NE AZD9668 [131-133].

Niedawne badanie kliniczne brensokatybu, inhibitora peptydazy dipeptydylowej 1 (DPP{1}}), wykazało zależność między aktywnością i ilością proteaz serynowych neutrofilów a rokowaniem u pacjentów z nietorbielowatym rozstrzeniem oskrzeli. Stwierdzono silny związek między niewykrywalnym poziomem elastazy neutrofili w plwocinie a zmniejszeniem częstości zaostrzeń płuc [134]

Istnieją terapie, które mogą pośrednio wpływać na funkcję neutrofili; Prezzo i in. stwierdzili, że terapia zastępcza immunoglobuliną dożylną (IVIg) w przypadku defektów przeciwciał wpłynęła na aktywację neutrofili poprzez zmniejszenie stężenia IL -8 w surowicy, ekspresję jej receptora CXCR1 i uwalnianie elastazy neutrofili. Badanie to sugerowało, że zmniejszenie stężenia IL-8/CXCR1 po infuzji IVIg może odgrywać rolę ochronną w stanach zapalnych, w których pośredniczą neutrofile [135]. Ostatnio Hitoshi i in. zidentyfikowali, że monoklonalne IgM przeciw lipoarabinomannanowi (anty-LAM), TMDU3 i LA066, znacząco hamowały fagocytozę Mycobacterium avium przez ludzkie neutrofile i że obciążenie prątkami było zmniejszone w obecności neutrofili i anty-LAM IgM (aczkolwiek pod nieobecność innych opsonin). Te przeciwciała monoklonalne skierowane przeciwko mannanowi (mAb) zostały zatem zaproponowane jako potencjalne terapie ukierunkowane na nieprawidłowe lub nadmierne odpowiedzi immunologiczne związane z neutrofilami [136].

Biorąc pod uwagę często słabą odpowiedź i znaczną toksyczność obserwowaną w przypadku terapii przeciwdrobnoustrojowych skierowanych przeciwko NTM, istnieje pilna potrzeba opracowania nowych opcji leczenia.

Wnioski

Podsumowując, dostępne dowody sugerują, że neutrofile mogą przyczyniać się do wczesnego usuwania infekcji poprzez fagocytozę i zabijanie, ale mogą również rozprzestrzeniać prątki w odległe miejsca. Neutrofile mogą wpływać (pozytywnie lub negatywnie) na rozwój nabytych odpowiedzi immunologicznych. W ustalonych chorobach produkty neutrofili przyczyniają się do uszkodzenia dróg oddechowych i dlatego są odpowiednimi celami terapii ukierunkowanej na gospodarza. Obecnie wiele dowodów ekstrapoluje się z badań nad Mtb, które mogą nie być odpowiednim modelem dla NTM, a gatunki NTM różnią się od siebie. Konieczne są dalsze badania, aby w pełni scharakteryzować różnorodne funkcje neutrofili w chorobie płuc NTM.

Potwierdzenie

Chcielibyśmy podziękować naszym pacjentom z niegruźliczą chorobą mykobakteryjną, którzy tak wiele nauczyli nas przez lata.

Autorskie Wkłady

MA przeprowadziła kwerendę literatury i przygotowała manuskrypt. ML i DML asystowali przy pisaniu manuskryptu. Wszyscy autorzy przeczytali i zatwierdzili ostateczną wersję manuskryptu.

Finansowanie

MA jest finansowany ze stypendium King Saud University oferowanego przez rząd saudyjski.

Dostępność danych i materiałów

Nie dotyczy.

Deklaracje

Zgoda etyczna i zgoda na udział

Nie dotyczy.

Zgoda na publikację

Nie dotyczy.

Konkurujące interesy

Autorzy oświadczają, że nie mają sprzecznych interesów.

Bibliografia

1. Strollo SE, Adjemian J, Adjemian MK, Prevots DR. Ciężar płucnej niegruźliczej choroby mykobakteryjnej w Stanach Zjednoczonych. Ann Am Thorac Soc. 2015;12(10):1458–64.

2. Haworth CS, Banks J, Capstick T, Fisher AJ, Gorsuch T, Laurenson IF i in. Wytyczne Brytyjskiego Towarzystwa Klatki Piersiowej dotyczące postępowania w niegruźliczej mykobakteryjnej chorobie płuc (NTM-PD). Tułów. 2017;72(Dodatek 2):ii1–64.

3. Grifth DE, Aksamit T, Brown-Elliott BA, Catanzaro A, Daley C, Gordin F i in. Oficjalne oświadczenie ATS/IDSA: diagnostyka, leczenie i profilaktyka niegruźliczych chorób prątkowych. Am J Respir Crit Care Med. 2007;175(4):367–416.

4. Thomson RM. Zmieniająca się epidemiologia infekcji płucnych prątkami niegruźliczymi. Emergowa choroba zakaźna. 2010;16(10):1576.

5. Johnson MM, Odell JA. Niegruźlicze mykobakteryjne zakażenia płuc. J Thorac Dis. 2014;6(3):210.

6. Musaddaq B, Cleverley JR. Diagnostyka niegruźliczej mykobakteryjnej choroby płuc (NTM-PD): współczesne wyzwania. Br J Radiol. 2020;92(1106):20190768.

7. Henkle E, Winthrop KL. Niegruźlicze zakażenia mykobakteriami u gospodarzy z obniżoną odpornością. Clin Chest Med. 2015;36(1):91–9.

8. Faverio P, Stainer A, Bonaiti G, Zucchetti SC, Simonetta E, Lapadula G i in. Charakterystyka zakażenia mykobakteriami niegruźliczymi w rozstrzeniach oskrzeli. Int J Mol Sci. 2016;17(11):1913.

9. Rawson TM, Abbara A, Kranzer K, Ritchie A, Milburn J, Brown T i in. Czynniki wpływające na rozpoczęcie leczenia zakażenia prątkami niegruźliczymi płucnymi u pacjentów HIV-ujemnych; wieloośrodkowe badanie obserwacyjne. Respir Med. 2016;120:101–8.

10. Egelund EF, Fennelly KP, Peloquin CA. Leki i monitorowanie w zakażeniach prątkami niegruźliczymi. Clin Chest Med. 2015;36(1):55–66.

11. Lake MA, Ambrose LR, Lipman MC, Lowe DM. „Dlaczego ja, dlaczego teraz?” Wykorzystanie immunologii klinicznej i epidemiologii do wyjaśnienia, kto zaraża się niegruźliczą infekcją mykobakterią. BMC Med. 2016;14(1):54.

12. Wu UI, Holandia SM. Podatność żywiciela na zakażenia mykobakteriami niegruźliczymi. Lancet Infect Dis. 2015;15(8):968–80.

13. Aleyd E, van Hout MW, Ganzevles SH, Hoeben KA, Everts V, Bakema JE i in. IgA wzmaga NETosis i uwalnianie zewnątrzkomórkowych pułapek neutrofili przez komórki polimorfojądrowe poprzez receptor Fc I. J Immunol. 2014;192(5):2374–83.

14. Eum SY, Kong JH, Hong MS, Lee YJ, Kim JH, Hwang SH i in. Neutrofile są dominującymi zakażonymi komórkami fagocytującymi w drogach oddechowych pacjentów z aktywną gruźlicą płuc. Klatka piersiowa. 2010;137(1):122-8.

15. Malcolm KC, Caceres SM, Pohl K, Poch KR, Bernut A, Kremer L, et al. Zabijanie neutrofilów Mycobacterium abscessus przez mechanizmy wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe. PLoS JEDEN. 2018;13(4):e0196120.

16. Lowe DM, Bandara AK, Packe GE, Barker RD, Wilkinson RJ, Griffiths CJ i in. Neutrofilia niezależnie przewiduje śmierć w gruźlicy. Eur Respir J. 2013;42(6):1752–7.

17. Hickey MJ, Kubes P. Odporność wewnątrznaczyniowa: spotkanie gospodarza z patogenem w naczyniach krwionośnych. Nat Rev Immunol. 2009;9(5):364–75.

18. Amulic B, Cazalet C, Hayes GL, Metzler KD, Zychlinsky A. Funkcja neutrofili: od mechanizmów do choroby. Annu Rev Immunol. 2012;30:459–89.

19. Vieira OV, Botelho RJ, Grinstein S. Dojrzewanie fagosomów: starzenie się z wdziękiem. Biochem J. 2002;366(3):689-704.

20. Faurschou M, Borregaard N. Granulki neutrofili i pęcherzyki wydzielnicze w stanie zapalnym. Zarażają drobnoustroje. 2003;5(14):1317–27.

21. Sheppard FR, Kelher MR, Moore EE, McLaughlin NJ, Banerjee A, Silliman CC. Strukturalna organizacja oksydazy NADPH neutrofili: fosforylacja i translokacja podczas primingu i aktywacji. J Leukoc Biol. 2005;78(5):1025–42.

For more information:1950477648nn@gmail.com