Этот патогенный субъект – экзосомы из активированных полиморфно-ядерных лейкоцитов или ПЯН – вызывал повреждение ХОБЛ, когда небольшие субклеточные частицы, собранные из очищенных ПМЯ, вводились в легкие здоровых мышей. Примечательно, что исследователи UAB также собрали экзосомы из жидкостей легких пациентов с ХОБЛ и жидкостей легких новорожденных в отделении интенсивной терапии с бронхолегочной дисплазией; когда эти полученные от человека экзосомы вводили в легкие здоровых мышей, они также вызывали повреждение легких при ХОБЛ. Повреждение было в основном из-за экзосом, полученных из PMN, из легких человека.
«Этот отчет, по-видимому, является первым доказательством способности определенного неинфекционного субклеточного образования воспроизводить фенотип заболевания при передаче от человека к мыши», – сказал Дж. Эдвин Блэлок, Ph.D., профессор медицины легких, аллергии и реанимации медицинского факультета UAB. "Я думаю, это может быть очень глубокое открытие. Многое из того, что мы здесь обнаружили, применимо и к другим тканям, в зависимости от заболевания."
Другие заболевания, отмеченные воспалением иммунных клеток и разрушением тканей, включают сердечные приступы, метастатический рак и хроническое заболевание почек.
Активированные экзосомы PMN также могут способствовать повреждению легких при других заболеваниях легких, которые имеют чрезмерное воспаление, вызванное PMN, таких как кистозный фиброз. Об исследовании сообщается в журнале Cell.
«Эти результаты подчеркивают новую роль врожденного иммунного ответа при хронических заболеваниях легких и могут быть использованы для разработки новых методов диагностики и лечения ХОБЛ и, возможно, муковисцидоза», – сказал Джеймс Кили, доктор философии.D., директор отделения болезней легких в Национальном институте сердца, легких и крови, входящем в состав Национальных институтов здоровья.
Фон
ХОБЛ, заболевание, связанное с курением, характеризуется воспалением легких, вызванным PMN. Повреждение легочной ткани приводит к обструкции дыхательных путей, одышке и дыхательной недостаточности. Иммунные клетки PMN, также известные как нейтрофилы, являются частью защиты лейкоцитов организма от инфекций и повреждения тканей.
Они составляют 60 процентов лейкоцитов в организме, или около 2.5 миллиардов PMN в каждой пинте крови. PMN – это ненасытные поедатели микробов или поврежденных клеток человека после активации сигналом инфекции.
Все клетки сбрасывают экзосомы.
Эти крошечные внеклеточные мембраносвязанные везикулы могут быть медиаторами межклеточной коммуникации и переносить разнообразный груз белков, липидов и нуклеиновых кислот от клетки к клетке. Исследование UAB было сосредоточено на недавно обнаруженной третьей роли экзосом – способности удерживать ферменты протеазы.
Известно, что активированные PMN высвобождают эластазу нейтрофилов, или NE, протеазу, которая может разрушать коллаген I типа и эластин.
Белки коллагена и эластина помогают формировать внеклеточный матрикс, который склеивает клетки вместе. В легких внеклеточный матрикс и клетки легких представляют собой листы ткани, которые помогают формировать крошечные альвеолы, где легкие обмениваются кислородом и углекислым газом. При ХОБЛ поврежденные альвеолы увеличиваются, уменьшая кислородный обмен и заставляя сердце работать сильнее, чтобы протолкнуть кровь через легкие.
NE и другие протеазы из PMN могут атаковать микробы. Здоровые легкие защищены антипротеазами, которые могут ингибировать протеазы. Обычно NE подавляется прочным барьером альфа-1-антитрипсина в легких.
Исследование
Блэлок и его коллеги исследовали, может ли NE существовать в экзосомальной форме и могут ли такие экзосомы обходить ингибирование альфа1-антитрипсина, способствуя воспалительному заболеванию легких.
Они обнаружили, что экзосомы из покоящихся PMN не вызывают ХОБЛ при передаче здоровым мышам. Напротив, экзосомы из активированных PMN действительно вызывали ХОБЛ, о чем свидетельствуют гистологические изменения альвеол, повышение легочного сопротивления и увеличение правого желудочка сердца, который перекачивает кровь в легкие.
Активированные экзосомы PMN были покрыты ферментативно активными поверхностно-связанными NE, тогда как экзосомы покоящихся PMN не имели.
Этот поверхностный NE был устойчив к ингибированию альфа-1-антитрипсином; экзосомы из активированных PMN разлагали коллаген, они вызывали эмфизему, когда помещались в легкие мыши, и они несли маркеры поверхности клеток PMN CD63 и CD66b, которые идентифицируют их как происходящие из PMN. Экзосомы человека, происходящие из легких, с ХОБЛ, несущие маркеры поверхности клеток PMN, вызывающие ХОБЛ у мышей.
Очень большая доза очищенного NE – достаточная для преодоления альфа1-антитрипсинового барьера – может вызвать увеличение альвеол у мышей. Поскольку связанный с экзосомами NE был защищен от ингибирования apha1-антитрипсином, исследователи обнаружили, что доза активированных экзосом PMN, необходимая для того, чтобы вызвать такое же повреждение, что и очищенный NE, была в 10000 раз меньше.
Активированные экзосомы PMN имели еще одну причину их агрессивного протеолиза – они несли на своей поверхности интегрин Mac-1. Интегрин Mac-1 позволил экзосомам напрямую связываться с фибриллами коллагена, что является вторым механизмом помимо защищенного NE, объясняющего, почему протеолитические экзосомы обладают чрезмерной способностью к деградации по сравнению с их размером и протеазной нагрузкой.
«Это исследование выявляет совершенно недооцененный аспект взаимодействия между воспалением, протеолизом и ремоделированием матрикса с далеко идущими последствиями для будущих исследований», – сказал Блэлок. «Наш отчет значительно расширяет биологический репертуар экзосомы, демонстрируя мощные биологические эффекты этих частиц вне клеток."
Смотря вперед
Исследование также предлагает терапевтические стратегии для прерывания патогенных аспектов функции экзосом PMN: 1) разрушение ионного связывания NE с экзосомой, чтобы вытеснить NE и сделать его чувствительным к альфа-1-антитрипсину; 2) ингибирование экзосомального интегрина Mac-1 для блокирования связывания коллагена; и 3) прямое ингибирование экзосомального NE с помощью низкомолекулярных соединений.
Блэлок также интересуется другим большим вопросом – активностью экзосом у здоровых курильщиков.
«Только каждый седьмой или каждый восьмой курильщик заболевает ХОБЛ», – сказал он. «Было бы замечательно, если бы мы обнаружили активированные экзосомы PMN в субпопуляции курящих людей."Этих людей можно было предупредить об опасности, с которой они столкнулись.
Это исследование Cell заняло шесть лет работы.