Межі в імунології

Запалення

Ця стаття є частиною Теми дослідження

Імуномодулюючі ролі метаболітів триптофану при запаленні та раку Переглянути всі 18 статей

Редаговано
Дітмар Фукс

Інсбрукський медичний університет, Австрія

Переглянуто
Джузеппіна Руджеро

Кафедра поступальних медичних наук Неаполітанського університету Федеріко II, Італія

Тревор В. Стоун

Оксфордський університет, Великобританія

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони не можуть відображати їх ситуацію на момент огляду.

мікробного

  • Завантажити статтю
    • Завантажте PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Додаткові
      Матеріал
  • Експортне посилання
    • EndNote
    • Довідковий менеджер
    • Простий текстовий файл
    • BibTex
ПОДІЛИТИСЯ НА

СТАТТЯ

  • 1 Секція неврології, Медичний факультет, Університет Перуджі, Перуджа, Італія
  • 2 Центр масової спектрометрії (CISM), Департамент наук про здоров'я, Флоренцкий університет, Флоренція, Італія
  • 3 Секція неврології, відділення неврології, лікарня Агостіно Джемеллі, Католицький університет Святого Серця, Рим, Італія
  • 4 Кафедра експериментальної медицини, Університет Перуджі, Перуджа, Італія

Розсіяний склероз (РС) - це аутоімунне захворювання центральної нервової системи (ЦНС), яке пов’язане з демієлінізацією та втратою нейронів. Протягом останніх років імунологічні та нейронні ефекти метаболітів триптофану (Trp) були в основному досліджені, що призвело до гіпотези про те, що ці сполуки та пов'язані з ними ферменти, можливо, беруть участь у патофізіології РС. Зокрема, кінуреніновий шлях метаболізму Trp відповідає за синтез проміжних продуктів з потенційними імунологічними та нейрональними ефектами. Зовсім недавно метаболіти Trp, що походять також з мікробіома-господаря, були виявлені при РС, і було показано, що вони по-різному регулюються у пацієнтів з РС. Тут ми намагалися обговорити, чи може у пацієнтів з РС конкретна сечова сигнатура метаболізму Trp господаря/мікробіому потенційно ідентифікована для вибору нових біомаркерів та керівництва до ідентифікації конкретних метаболічних шляхів як лікарських цілей у РС.

Вступ

Рівні незамінної амінокислоти триптофану (Trp) та функції похідних Trp вже давно є предметом дослідницького інтересу до аутоімунітету. Ссавці використовують Trp з різних причин, таких як синтез білка, вивільнення імуномодулюючих катаболітів, а також синтез амінергічного нейромедіатора серотоніну, нейрогормона мелатоніну, кількох нейроактивних метаболітів кінураміну мелатоніну та слідового аміну триптаміну. Дійсно, Trp метаболізується клітинами-господарями ссавців за чотирма різними шляхами, з яких найбільш важливим є кінуреніновий шлях. Два інших шляхи забезпечують трансамінування та декарбоксилювання Trp. Гідроксилювання в серотоніні відбувається лише для 1% Trp в їжі. Цікаво, що, як відомо, продукти метаболізму кінуренінового шляху мають кілька ефектів на судинну систему, імунну систему, імунотолерантність та інфекції.

З того часу, коли Trp та похідні Trp вводили при розсіяному склерозі (РС) для лікування аутоімунітету емпірично (1), було зроблено багато успіхів у знанні метаболічних функцій Trp (2). Майже загальновизнано, що катаболізм Trp має різні фізіологічні наслідки, такі як антимікробні та імуномодулюючі властивості. З усіх цих причин метаболіти Trp були в значній мірі досліджені в РС (3).

Попередні висновки про те, що Trp метаболізується індолеамін-2,3-діоксигеназою (IDO) уздовж кінуренінового шляху, відіграє певну роль у патофізіології нейрозапальних та нейродегенеративних розладів, змусили кілька груп дослідників вивчити зміни рівнів кінуренінів у плазмі крові., сеча та ліквор у хворих на РС або у мишей з експериментальним аутоімунним енцефалітом (ЕАЕ), тваринна модель РС (9–13).

Системна активація метаболізму Trp може мати критичний ефект при РС. Наприклад, було продемонстровано, що деградація Trp збільшується в мозку під час гострої фази ЕАЕ (14). Експериментальні результати, отримані з використанням фармакологічного інгібітора IDO (1-метил-Trp), також підтверджують роль цього шляху при РС. Дійсно, лікування мишей 1-метил-Trp призвело до загострення ЕАЕ (14). Ці останні дані можуть свідчити про захисну роль метаболітів IDO в ЕАЕ, хоча деякі продукти кінуренінового шляху, такі як хінолінова кислота, можуть також сприяти нейротоксичності.

Нещодавно метаболоміка дала нові уявлення про дослідницьку область імунопатології РС, показавши значну перспективу щодо розкриття джерел неоднорідності захворювань, розуміння взаємодії між навколишнім середовищем та імунітетом, а також для моніторингу прогресування захворювання та реакції на лікування хворих на РС. Наприклад, останнім часом у зразках плазми мишей EAE застосовують нецільову метаболіку, щоб знайти сигнатуру 44 метаболітів, що відповідають шести основним шляхам, які були значно змінені, включаючи біосинтез жовчних кислот, метаболізм таурину, метаболізм триптофану та гістидину, а також лінолеву кислоту та D метаболічні шляхи аргініну (9). Цікаво, що підпис також включав різні метаболіти, класифіковані за класом ксенобіотиків, які, як правило, не синтезуються в організмі, але можуть метаболізуватися мікробіомом як еквольсульфат, гомостахідрин, гіппурат та похідне Trp, індолеакрилат, який також виділяється з сечею . Крім того, було виявлено, що інший метаболіт похідного Trp, що продукується мікробіотою, індол-3-пропіонова кислота, підвищений у плазмі мишей EAE (9).

З клінічної точки зору, одним з найважливіших результатів при РС є ризик розвитку прогресуючого перебігу захворювання (15). Дійсно, хоча фазою рецидиву та ремісії можна ефективно керувати за допомогою імуномодулюючих препаратів, для прогресуючої РС доступно мало методів лікування, і прогресування неврологічної інвалідності важко управляти (16). У цьому контексті Lim et al. нещодавно написав статтю, спрямовану на розшифровку метаболічної сигнатури в сироватці крові, щоб передбачити перехід від рецидивуючих-ремітуючих до прогресуючих РС та знайти метаболічний біомаркер. Відповідно, вони вивчили роль кінуренінового шляху в прогресуванні РС і виявили, що цей шлях має сильну асоціацію з підтипами РС, корелюючи з оцінкою тяжкості захворювання (17).

Метаболоміка також проводилася на зразках сечі, які легко доступні для аналізу, і це було використано як потенційне джерело біомаркерів у РС (18). Ядерно-магнітно-резонансна (ЯМР) спектроскопія сечі дозволила ідентифікувати метаболіти, які диференціювали EAE-мишей від здорових та лікуваних MS лікарських мишей EAE (19). Зовсім недавно метаболічний профіль у сечі мишей, що переносять хронічну ЕАЕ, проводили за допомогою нецільового комбінованого підходу метаболоміки з використанням газової хроматографії та рідинної хроматографії-мас-спектрометрії (GC-MS та LC-MS) (20). Автори виявили вісім метаболітів, що характеризують мишей EAE, які зазвичай зустрічаються в плазмі та сечі та є потенційними біомаркерами (20). Цікаво, що на обмін амінокислот в основному впливав під час ЕАЕ, що підтверджується аналізом сечі (20).

Варто зазначити, що при діагностичній та/або терапевтичній роботі хворих на РС зазвичай проводять стандартний аналіз сечі, що робить відбір проби сечі можливим і для інших досліджень. Крім того, сеча - це багата метаболітами рідина, яка відображає гомеостаз організму та зміни мікробіому кишечника. Таким чином, комбінований аналіз метаболоміки в сечі, де можуть бути виділені як зміни запальних/метаболічних реакцій господаря, так і мікробіому кишечника під час РС, може допомогти визначити нові біомаркери. Це може забезпечити модель для характеристики патогенних аспектів РС та розробки терапевтичних підходів. Тому ми вирішили провести спостережне дослідження, спрямоване на дослідження широкої групи метаболітів Trp, як людського, так і мікробного походження, у зразках сечі у пацієнтів з рецидивуючими РМС (RRMS), щоб конкретно дослідити можливий взаємозв’язок метаболітів Trp з найбільш ранньою запальною фазою захворювання. Ми порівняли висновки у пацієнтів із РРМС із контрольною групою здорових людей, і ми спеціально розглянули відмінності між хворими на РС та контролями, а також можливі асоціації з характеристиками захворювання.

Матеріали і методи

Пацієнти

Зразки сечі були отримані у 47 послідовних пацієнтів із RRMS та 43 здорових контрольних осіб, тобто осіб без РС чи аутоімунних або запальних захворювань. Пацієнтів та здорових контролерів набирали на перспективу та послідовно протягом 1 року в Секцію неврології, Медичний факультет, Університет Перуджі (Італія). Для хворих на РС критеріями включення були: (i) діагноз RRMS відповідно до перегляду критеріїв Макдональда у 2010 році (21); (ii) відсутність недавньої історії інфекційних розладів (тобто 18 років. Дослідження було схвалено місцевим комітетом з питань етики (№2925/16), і пацієнти дали інформовану згоду на збір зразків та подальший аналіз. Основні демографічні та клінічні Характеристики пацієнтів були зібрані досвідченими неврологами. Для кожного пацієнта рівень інвалідності під час забору сечі визначали кількісно, ​​оцінюючи за шкалою розширеної інвалідності (EDSS) (22). Зразки сечі збирали в той самий час доби (з 9:00 до 12:00), щоб уникнути будь-якого потенційного незрозумілого ефекту добового ритму. Зразки сечі згодом аналізували лаборанти, які були засліплені клінічними даними.

Аналіз сечі

Метаболіти Trp сечі оцінювали за допомогою високоефективної рідинної хроматографії-тандемної мас-спектрометрії (ВЕРХ-МС/МС). Ми використовували цілеспрямований підхід, коли набір метаболітів господаря або мікробів, отриманих з Trp, вимірювали в сечі. Подробиці аналізу ВЕРХ-МС/МС наведені в Додаткових методах. Були визначені наступні метаболіти Trp та співвідношення: (i) Trp; (ii) кінуренін; (iii) антранілат; (iv) співвідношення кінуренінін/Trp (K/T); (v) співвідношення кінуренінін/антранілат (К/А); (vi) 3-гідроксикінуренін; (vii) 3-гідроксиантранілат; (viii) серотонін; (ix) триптаміну; (х) індол-3-оцтова кислота; (xi) індол-3-ацетамід; (xii) індол-3-молочна кислота; (xiii) індол-3-пропіонова кислота.

Статистичний аналіз

Безперервні змінні повідомляються як середнє значення ± стандартне відхилення (SD), якщо вони розподілені нормально, або як медіана, міжквартильний діапазон (IQR), якщо вони не є нормально розподіленими. Логарифмічна трансформація застосовувалась до значень метаболітів Trp, щоб досягти норми, що підтверджено за допомогою тесту Шапіро-Вілька. Різницю (log) значень метаболітів Trp між групами перевіряли за допомогою Стьюдента т-тесту, тоді як їх зв'язок з безперервними змінними тестували за допомогою тесту коефіцієнта кореляції Пірсона. Загальні лінійні моделі проводили для багатовимірного аналізу. Всі тести були двосторонніми, і поріг значущості був встановлений на стор * стор 3.0.CO

Ключові слова: триптофан, сеча, сигнатура, метаболіт, розсіяний склероз, кінуренін, індол-3-пропіонова кислота, мікробіота

Цитата: Gaetani L, Boscaro F, Pieraccini G, Calabresi P, Romani L, Di Filippo M and Zelante T (2020) Хост і мікробне триптофанове метаболічне профілювання при розсіяному склерозі. Спереду. Імунол. 11: 157. doi: 10.3389/fimmu.2020.00157

Отримано: 15 жовтня 2019 р .; Прийнято: 21 січня 2020 р .;
Опубліковано: 18 лютого 2020 року.

Дітмар Фукс, Медичний університет Інсбрука, Австрія

Джузеппіна Рудж'єро, Неаполітанський університет Федеріко II, Італія
Тревор Вільям Стоун, Оксфордський університет, Великобританія

† Ці автори зробили однаковий внесок у цю роботу