CF 및 nonCF 대식세포의 식세포, 대사 및 염증 프로필에 대한 CFTR 조절제의 비교 효과

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11995(2023) 이 기사 인용

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대식세포 기능 장애는 낭포성 섬유증(CF)에서 잘 설명되어 있으며 폐 내 박테리아 지속성에 기여할 수 있습니다. CF 대식세포 기능 장애가 대식세포의 낭포성 섬유증 막횡단 전도도 조절제(CFTR)와 직접적으로 관련되어 있는지 아니면 만성 염증 및 점막 정체의 간접적인 결과인지는 지속적인 논쟁의 대상입니다. 상피 세포에서 CFTR 기능을 복원하는 CFTR 조절제는 전체 CF 단핵구 염증 반응을 개선하지만 대식세포에 대한 직접적인 영향은 잘 알려져 있지 않습니다. 이러한 지식 격차를 해결하기 위해 우리는 CF F508del 동형접합성 피험자와 nonCF 대조군에서 분리된 단핵구 유래 대식세포(MDM)에서 전형적인 CF 병원체인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)에 대한 반응으로 식세포작용, 대사 및 사이토카인 발현을 측정했습니다. 예기치 않게, 우리는 CFTR 조절제가 CF 및 nonCF 코호트 모두에서 식균 작용을 향상시키는 것을 발견했습니다. CFTR 삼중 변조기는 또한 MDM 활성화와 일치하여 MDM 미토콘드리아 기능을 억제했습니다. CFTR 조절제가 혈청 염증성 사이토카인 수준을 감소시킨 인간에 대한 연구와는 대조적으로, 조절제는 우리 시스템에서 사이토카인 분비를 변경하지 않았습니다. 따라서 우리의 연구는 조절제에 의한 대사 효과가 CF 및 nonCF 단핵구 유래 대식세포 모두에서 박테리아 제거를 촉진할 수 있음을 시사합니다.

낭포성 섬유증(CF)은 호흡기 질환이 이환율과 사망률에 중요한 역할을 하는 다기관 유전 질환입니다1. CF(pwCF) 환자는 만성 폐 감염에 시달립니다. 이는 종종 전형적인 병원균인 황색포도상구균과 헤모필루스 인플루엔자로 시작하여 pwCF 연령과 폐질환이 진행됨에 따라 녹농균(Pa), 기타 박테리아 및 진균이 집락화되는 경우가 많습니다2. 이 과정은 전통적으로 CFTR 매개 염화물 분비 부족으로 시작하여 점액 과다 점도, 점액 섬모 에스컬레이터 실패 및 생물막 형성으로 이어지는 일련의 과정에서 발생하며 모두 폐 내 살균 면역 부족으로 인해 발생하는 것으로 이해됩니다1.

이 모델은 매우 효과적인 CFTR 조절제 치료를 받고 있는 pwCF의 실제 경험으로 인해 다소 어려움을 겪었습니다. 가장 일반적인 CFTR 돌연변이(508번 위치의 페닐알라닌 결실(F508del))가 하나 이상 있는 환자의 경우, 조절제는 CFTR 돌연변이가 없는 사람에 가까운 수준으로 CFTR 기능을 복원할 수 있습니다3,4. 조절제는 폐 기능, 폐 제거, 가래 생성 및 박테리아 양의 감소를 강력하게 개선할 수 있지만, 불행하게도 대부분의 피험자에서 박테리아 집락화는 남아 있으며 추가 폐 질환 진행을 촉진할 가능성이 있습니다5,6,7. 이는 CF8,9,10,11,12에 내인성 면역 결함이 있을 수 있는지 이해해야 할 필요성을 강조했습니다. 대식세포는 폐에서 면역 체계의 문지기 역할을 하며 CFTR 조절제에 대한 반응을 조사하는 것은 CF 폐 면역을 보다 광범위하게 이해하는 데 중요합니다.

pwCF의 혈청 단핵구에 대한 이전 조사에서는 ivacaftor를 시작한 게이팅 돌연변이가 있는 환자와 elexacaftor/tezacaftor/ivacaftor(ETI)를 시작한 F508del 돌연변이가 있는 환자 모두에서 매우 효과적인 조절제 요법의 시작 전후 프로필을 조사했습니다. 삼중 병용 요법6,14,15,16,17. 이러한 연구에서는 CF 단핵구에 의한 염증성 사이토카인 생산이 감소하는 것으로 나타났습니다. 그러나 단핵구에 대한 조절제의 직접적인 효과와 점액 섬모 기능 개선 및 박테리아 부담 감소에 따른 간접적인 효과를 구별할 수는 없습니다. 이전 세대 CFTR 교정자 lumacaftor는 CF 대식세포 식균작용 및 사멸을 개선하는 것으로 나타났으며, CFTR 강화제 ivacaftor는 염증성 사이토카인 분비를 감소시켰습니다. 보다 최근의 간행물에서는 분리된 단핵구 유래 대식세포(MDM)19에 대한 시험관 내 최신 세대 삼중 CFTR 조절제의 효과를 보여주었습니다. 그들은 ETI가 CF MDM에 의한 박테리아 제거를 증가시켰지만 Burkholderia cepacia 복합체 감염에 대한 반응으로 사이토카인 분비에는 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. 우리는 CF 및 nonCF MDM에 의한 직접 Pa 흡수에 대한 ETI 대 이전 세대 조합 tezacaftor/ivacaftor(TI)의 효과와 MDM 대사 및 사이토카인 생산에 대한 조절제의 효과를 조사했습니다. 우리의 결과는 이전 변조기 조합에서 볼 수 있듯이 ETI가 대식세포를 덜 염증성 표현형으로 이동시키는 대신 대식세포를 활성화하고 박테리아 제거를 향상시키는 모델을 뒷받침합니다.

97% bound to plasma proteins in vivo29. Ivacaftor has been shown to be active on CFTR in vitro at concentrations as low as 10 nM30 and higher concentrations have been demonstrated to have a destabilizing effect on F508del CFTR31. Finally, preliminary experiments we conducted prior to the availability of elexacaftor demonstrated that 30 nM ivacaftor was sufficient to have an additive effect on enhancement of phagocytosis when used in combination with tezacaftor./p> 12 h into the assay, however no differences were seen in the time frame (generally less than 1 h total) of the phagocytosis assays. Pa motility is required for efficient phagocytosis37, however CFTR modulators did not appreciably impact motility of PA14, with a flgK mutant lacking flagella serving as a non-motile control for comparison (Fig. 4D)./p>