经鼻腔给予聚(I:C)会通过引发免疫反应的重大变化,加剧OVA诱导的过敏性哮喘

时间:2026年2月8日
来源:Toxicology and Applied Pharmacology

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过敏性哮喘患者因病毒感染加重症状时,细胞免疫从Th2适应性免疫转向中性粒细胞主导的先天性免疫,伴随MAPK/NF-κB通路激活和Th17/Treg失衡,糖皮质激素对此无效。

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阿尤希·桑杜(Ayushi Sandhu)| 阿玛吉特·S·瑙拉(Amarjit S. Naura)
印度昌迪加尔旁遮普大学生物化学系,邮编160014

摘要

病毒性呼吸道感染是过敏性哮喘加重的主要原因,通常会导致急诊就诊和住院次数的增加。然而,目前对这种条件下细胞/分子水平上的免疫途径了解还不够充分。因此,本研究旨在通过使用过敏性哮喘加重的动物模型来阐明免疫反应的复杂相互作用。实验中,小鼠首先被致敏并接触卵清蛋白(OVA)以诱发过敏性哮喘,随后通过鼻腔给予Poly(I:C)(一种病毒模拟物)进行干预。在OVA致敏并受刺激的小鼠中,给予200 μg剂量的Poly(I:C)后,气道炎症从嗜酸性粒细胞为主转变为中性粒细胞为主,并伴有气道高反应性的增强。有趣的是,Poly(I:C)暴露后Th2细胞因子(IL-4/IL-5/IL-13)的表达下调,而促炎细胞因子(TNF-α/IL-6/KC/MCP-1)的产生增加,这表明免疫反应类型从适应性转向了先天性类型。此外,Poly(I:C)还加剧了OVA诱导的氧化应激,并导致肺组织中MAPK/NF-κB的过度激活。这些变化伴随着Th17/Treg细胞的失衡。尽管皮质类固醇已被证明能有效控制OVA诱导的过敏性哮喘中的嗜酸性粒细胞炎症,但地塞米松(一种类固醇药物)在Poly(I:C)暴露下无法减轻中性粒细胞驱动的炎症,这表明在病毒性感染引起的过敏性哮喘加重过程中,先天性免疫介质可能起着重要作用。总体而言,我们的研究揭示了病毒性感染诱发过敏性哮喘加重时免疫反应的复杂性,并可能为应对这类对类固醇不敏感的情况提供新的见解。

引言

过敏性哮喘是一种慢性气道炎症性疾病,其特征是气道狭窄、黏液过度分泌和气道壁重塑,导致呼吸困难、胸闷和咳嗽,全球有超过3亿人受到影响(Boonpiyathad等,2019;Stern等,2020)。传统上,过敏性哮喘被认为是一种Th2辅助T细胞(Th2)类型的疾病,与Th2细胞因子(IL-4、IL-5和IL-13)的增多、嗜酸性粒细胞主导的炎症以及IgE介导的肥大细胞激活有关(Frey等,2020)。然而,最近也有报道指出哮喘患者中存在中性粒细胞主导的炎症(Ray和Kolls,2017)。
临床上,约20%的哮喘患者会出现病情加重,表现为哮喘症状加剧、肺功能恶化,从而降低患者的生活质量,这是哮喘患者的主要死亡原因之一(Yao等,2024;Menzella等,2021)。呼吸道病毒感染,特别是人类呼吸道合胞病毒、人类鼻病毒和流感病毒,占这些加重的80%(Romero-Tapia等,2023;Nguyen等,2016)。流行病学研究表明,1岁以下的儿童发生毛细支气管炎相关住院的风险最高,这表明呼吸道病毒感染可能是哮喘加重的重要因素(Daniels,2024;Wadhwa等,2020;Makrinioti等,2022)。一项荟萃分析显示,在哮喘加重期间,40.19%的成人存在急性感染,尤其是病毒感染(Chen等,2023)。尽管研究方法不同,但这些研究表明病毒感染参与了大约一半的成人哮喘加重病例,而在儿童中的比例更高。
在这些病毒复制过程中,它们会产生双链RNA(dsRNA)作为中间产物,通过Toll样受体3(TLR3)或视黄酸诱导基因-I(RIG-I)激活免疫系统,从而释放细胞因子和趋化因子,招募炎症细胞到气道,促进气道炎症(Porsbjerg等,2022;Lunding等,2015)。病毒介导的哮喘加重过程中的气道炎症模式尚未得到充分描述,可能与经典的嗜酸性粒细胞炎症有所不同。嗜酸性粒细胞和中性粒细胞的炎症都可能参与病毒介导的哮喘加重(Esmaeilzadeh等,2021)。然而,越来越多的证据表明,在病毒诱导的哮喘加重期间,中性粒细胞可能是主要细胞类型,使患者更容易发生突然的严重发作并使病情恶化(Nguyen-Thi-Dieu等,2018;Henley等,2024)。此外,Th17细胞可能在病毒感染介导的哮喘加重期间发挥潜在作用(Zou等,2018)。Treg细胞是炎症性疾病中的关键免疫调节细胞,能够抑制效应T细胞的增殖(Durant Lydia等,2013)。因此,Treg细胞和Th17细胞之间的平衡可能是控制哮喘炎症反应的重要因素。因此,病毒介导的哮喘加重呈现了一个复杂的场景,表明除了经典的Th2类型反应外,还需要激活其他免疫反应途径。
因此,本研究旨在通过模拟病毒性感染引起的过敏性哮喘加重的实验设置,阐明免疫机制的复杂相互作用,以了解病毒感染后过敏性哮喘症状恶化的细胞/分子水平过程。我们使用Poly(I:C)(一种病毒dsRNA的合成类似物)在小鼠中模拟病毒感染,并结合基于卵清蛋白(OVA)的过敏性哮喘模型,以模拟病毒性感染引起的过敏性哮喘加重情况。了解这种复杂情况下先天性和适应性免疫反应之间的机制相互作用,可能为应对病毒感染期间常见的对类固醇不敏感的情况提供新的思路。

材料

本研究中使用的所有化学品均为分析级。卵清蛋白(OVA)(#A5503)、氢氧化铝(Al(OH)3)(#A1577)、Poly(I:C)(#P1530)、牛血清白蛋白(BSA)(#85171)、地塞米松(#D1756)和氯化甲基胆碱(MeCh)(62511)均购自Sigma Aldrich公司(美国密苏里州圣路易斯)。Trizol和iScript cDNA合成试剂盒用于RNA分离和cDNA制备,Precision Plus Protein双色梯度条(17–0374),硝酸纤维素膜(#1620115)以及western ECL试剂。

向OVA致敏并受刺激的小鼠鼻腔给予Poly(I:C)会增强气道炎症

我们使用了一种成熟的基于OVA的急性过敏性哮喘小鼠模型来触发哮喘加重(Sethi和Naura,2018)。对支气管肺泡灌洗液(BALF)细胞的定量分析显示,OVA致敏和刺激导致炎症细胞总数显著增加(约11倍;p < < 0.001)。进一步的对BALF的定性和定量分析表明,OVA暴露小鼠的肺部有大量的嗜酸性粒细胞浸润,证实了OVA致敏的作用。

讨论

病毒性呼吸道感染是哮喘患者哮喘加重的常见诱因,导致急诊就诊和住院次数的增加。我们使用Poly(I:C)(一种病毒dsRNA的合成类似物)来模拟病毒感染。通过鼻腔给予Poly(I:C)于OVA致敏并受刺激的小鼠,以模拟病毒性感染引起的过敏性哮喘加重情况,从而了解先天性和适应性免疫反应之间的复杂相互作用。

CRediT作者贡献声明

阿尤希·桑杜(Ayushi Sandhu):概念构思、数据整理、正式分析、研究实施、方法设计、数据可视化、初稿撰写。阿玛吉特·S·瑙拉(Amarjit S. Naura):概念构思、正式分析、资金获取、方法设计、项目管理、资源协调、监督、结果验证、审稿与编辑。

伦理批准

本研究中所有的动物实验和方案均符合旁遮普大学机构动物伦理委员会(PU/45/99/CPCSEA/IAEC/2022/695)和ARRIVE指南的要求。

资助

本工作得到了印度政府生物技术部(Department of Biotechnology)对阿玛吉特·S·瑙拉的DBT-BUILDER资助(#BT/INF/22/SP41295/2020)。

利益冲突声明

作者声明以下财务利益和个人关系可能被视为潜在的利益冲突:
阿玛吉特·S·瑙拉博士报告称获得了印度科技部生物技术部的财务支持。如果还有其他作者,他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究。

致谢

作者衷心感谢昌迪加尔GGDSD学院统计系助理教授贾特什·库马尔(Jatesh Kumar)在数据统计分析方面提供的宝贵帮助。

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