Abstrakt:Det respiratoriska epitelet representerar den första kemiska, immuna och fysiska barriären mot inhalerade skadliga material, särskilt patogener vid cystisk fibros. Lokal slemförtjockning, förändrad mucociliär clearance och reducerat pH på grund av CFTR-proteindysfunktion gynnar bakteriell överväxt och överdriven inflammation. Vi syftade i denna översikt att sammanfatta respiratoriska mukosala förändringar inom epitelet och aktuell kunskap om lokal immunitet kopplad till immunglobulin A hos patienter med cystisk fibros.

Enligt relevanta studier,cistancheär en traditionell kinesisk ört som har använts i århundraden för att behandla olika sjukdomar. Det har vetenskapligt bevisats att det harantiinflammatorisk, anti-åldring, ochantioxidantegenskaper. Studier har visat att cistanche är fördelaktigt för patienter som lider avnjursjukdom. De aktiva ingredienserna i cistanche är kända förminskainflammation,förbättra njurfunktionenochåterställa försämrade njurceller. Således kan integrering av cistanche i en behandlingsplan för njursjukdom erbjuda stora fördelar för patienter när det gäller att hantera sitt tillstånd. Cistanche hjälper till att minska proteinuri, sänker BUN- och kreatininnivåer och minskar risken för ytterligarenjurskada. Dessutom hjälper cistanche också till att minska kolesterol- och triglyceridnivåerna, vilket kan vara farligt för patienter som lider av njursjukdom.

Klicka på Var kan jag köpa Cistanche

För mer information:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

1. Introduktion

Cystisk fibros (CF), identifierad 1938 av Dorothy Andersen, är en multisystemisk sjukdom och den vanligaste dödliga genetiska autosomala recessiva störningen i kaukasiska populationer [1–3]. CF drabbar cirka 85,000 personer över hela världen [4]. Incidensen varierar beroende på ras och etnicitet [3], förekommer hos cirka 1 av 3000 levande födda barn hos människor av nordeuropeisk härkomst, och bärarfrekvensen uppskattas till en av 25 personer [5]. Prevalensen av CF ökar på grund av den förbättrade överlevnaden kopplad framför allt till högeffektiva modulatorterapier men också till tidig upptäckt av nya fall tack vare förbättrade diagnostiska metoder och nyföddscreening [3,6].

CF orsakas av mutationer i CF-genen för transmembrankonduktansregulator (CFTR) som upptäcktes 1989. Den är belägen i den långa armen av human kromosom 7 och kodar för en anjonkanal som tillhör den ATP-bindande kassettfamiljen [7–10]. CFTR uttrycks vid den apikala ytan av alla epitel (nässlemhinnan, luftstrupen, lungan, exokrina bukspottkörteln, tarmarna, svettkörtlarna, njurarna, spottkörtlarna, testiklarna och livmodern) såväl som i serösa celler i submukosala körtlar, monocyter, immunceller , glatta muskelceller, neurala celler och hjärtceller [11–22]. I normala stora och små luftvägar har det nyligen lokaliserats mer rikligt i sekretoriska och basala celler än i cilierade celler [23]. Dess breda uttryck förklarar sjukdomens systemiska natur. CFTR-protein är en kanal som reglerar transporten av joner och rörelsen av vatten över epitelbarriären. Det är ansvarigt för anjontransport över plasmamembranet (klorid, bikarbonat, tiocyanat och glutation) [24–27] och beskrivs för att reglera andra jonkanaler och transportörer såsom epitelial Na plus-kanal (ENaC) som är nedreglerad av CFTR [17]. Över 2000 mutationer i CFTR-genen har beskrivits och 382 är kända för att vara CF-orsakande [28,29].

CFTR-dysfunktion leder till många manifestationer i de organ där den uttrycks men lungsjukdom är fortfarande den främsta orsaken till sjuklighet och dödlighet [3] (ansvarig för dödligheten för 66,14 procent av CF-patienterna i Europa 2018) [30]. Symtomatiska behandlingar, successivt implementerade sedan 1950-talet, förbättrade överlevnad och livskvalitet. Riktade behandlingar som korrigerar CFTR-proteindefekter är för närvarande tillgängliga. Korrektorer (lumacaftor, lumacaftor och lumacaftor) och en potentiator (ivacaftor) [31] kan återställa CFTR-vikning och bearbetning och sedan förbättra CFTR-kanalöppningen. Dessa läkemedel förbättrar FEV1, body mass index och livskvalitet, och de minskar svettklorid och antalet pulmonella exacerbationer [32–39].

I de övre luftvägarna kommer nästan alla patienter att utveckla kronisk rhinosinusit och nasal inflammation som främjar uppkomsten av näspolyper [40]. CF-lungsjukdom är en mukoobstruktiv sjukdom som kännetecknas av slemtilltäppning, kronisk neutrofil inflammation och återkommande infektion som resulterar i progressiv strukturell lungskada inklusive bronkiektasi och förstörelse av lungparenkym [41,42]. Aktiverade neutrofiler rekryteras i luftvägarna (blir den mest framträdande inflammatoriska cellpopulationen) och släpper ut ett stort antal inflammatoriska mediatorer [43–45]. Den muterade CFTR-kanalen transporterar inte antioxidanter för att motverka neutrofilassocierad oxidativ stress, vilket bidrar till den pro- och antiinflammatoriska cytokinobalansen som är ansvarig för skador i CF-lungvävnader (bronkiektasi och bronkomalaci) och progressiv lungfunktionsnedgång [46]. Defekta immunsvar (viskös slem, defekta immunceller och antimikrobiella molekyler samt minskad mucociliär clearance) resulterar i akut och progressiv kronisk lunginfektion med opportunistiska patogener [45]. Luftvägsvirus, meticillinkänsliga Staphylococcus aureus och Haemophilus influenza är de första som råder och ersätts med åldern av mer skadliga och resistenta patogener som Pseudomonas aeruginosa, associerade med en försämrad lungfunktion och vital prognos [47–49].

2. Förändringar av CF respiratoriska epitel

Det respiratoriska epitelet är den första barriären mot inhalerade patogener och täcker luftvägarna från näsan till de terminala luftvägsbronkiolerna [50]. Detta pseudostratifierade epitel består av fyra huvudcelltyper (cilierade celler, som står för över 50 procent av luftvägsepitelceller, bägareceller, basalceller och klubbceller) och fungerar som en kemikalie (antimikrobiella molekyler, lysozym, laktoferrin, proteaser, och antiproteinaser, etc.), immunologisk och fysisk barriär [20,51–54]. Nyligen beskrevs flera undergrupper av huvudepitelcellerna baserade på olika transkriptionella signaturer av encellsanalyser (3 för cilierade och 5 för basala och sekretoriska celler) [55]. Den första underuppsättningen av cilierade celler visade markörer för cilia förmontering såsom SPAG1, LRRC6 och DNAAF1, medan den andra uttryckte markörer för mogna cilierade celler (TUBA1A och TUBB4B). Den tredje undergruppen som uttrycker de pro-inflammatoriska serumamyloid A-proteinerna tog troligen del i immunsvaret. Den första undergruppen av sekretoriska celler kännetecknas av SCGB1A1- och serpinfamiljemedlemmars uttryck och delade samma mönster som klubbceller i bronkiolerna. Bägarecellerna i sig (andra underuppsättningen) uttryckte MUC5B och MUC5AC, AGR2 och SPDEF. Den tredje undergruppen tros vara progenitorer för cilierade celler och visade uttrycket av DNAH, ANKRD, MUC16 och MUC4. En annan typ av sekretorisk cell (mucinös) uttryckte MUC5B, TFF1 och TFF3. Slutligen skulle den femte undergruppen vara serösa sekretoriska celler som uttrycker lysozym och laktoferrin. För basalceller definieras 5 undergrupper: undergrupp 1 är berikad för tumörprotein P63 och cytokeratiner 5 och 15; subtyp 2 (prolifererande basalceller) för topoisomeras II alfa och markören för proliferation Ki-67; undergrupp 3 (basalceller som övergår till sekretoriska celler) för serpinfamiljen; delmängd 4 visade AP-1 familjemedlemmarna JUN och FOS uttryck; och undergrupp 5 uttryckte -catenin. Deras exakta roller är fortfarande okända, och de är i liknande proportioner mellan friska kontroller och patienter med CF [55].

Obduktionsstudier avslöjade lungförändringar hos CF-patienter såsom skivepitelmetaplasi, inflammatoriska infiltrat, bronkiektasis och mukopurulenta pluggar [57,58]. Det var associerat med en förändrad luftvägs epitelspecifikation (minskning av cilierade celler och ökning av bägareceller [59]), förtjockning av det retikulära basalmembranet [60] och nedbrytning av strukturella komponenter i den extracellulära matrisen (elastin, kollagen, glykosaminoglykaner) [61]. Epitel-till-mesenkymal övergång (EMT) är en fysiologisk process under utveckling och reparation genom vilken ett polariserat epitel de-differentierar till mesenkymala celler [62]. Det involverar förlust av polaritetsmarkörer (t.ex. ZO-1 eller E-cadherin), förbättrad migrationskapacitet och förvärv av mesenkymala egenskaper såsom spindelform, uttryck av vimentin och utsöndring av extracellulära matrisproteiner såsom fibronektin [63,64]. Efter skada tillåter EMT mesenkymala celler att migrera på lesionen, vilket bildar ett lager som kan återdifferentiera till ett mucociliärt epitel. Vid kronisk inflammation kvarstår EMT och kan leda till ombyggnad [65]. Olika studier visade att ombyggnad sker vid CF men närvaron av EMT förblir svårfångad [66]. En studie visade att uttrycket av EMT-markörer (fibronektin och N-cadherin) ökade i IB3-celler (en cellinje som härrör från CF-bronkialepitel) jämfört med C38-kontrollcellinjen [67]. TGF-signalering främjar EMT och dessa egenskaper var reversibla vid TGF-inhibering i IB3-celler. Dessutom är TGF-uttryck ökat i CF och associerat med en förtjockning av det retikulära basalmembranet. Närvaron av EMT och förändrad differentiering av epitelceller bekräftades av nyare data som syftade till att karakterisera den onormala fenotypen i CF bronkial epitel, som visar minskat antal cilierade celler, ökat antal bägare och ökat uttryck av mesenkymala markörer [68] (Figur 1) , opublicerade data). Intressant nog vändes EMT-känsligheten hos CFTR-uttryckande epitelceller av CFTR-modulatorer [69] medan encellstranskriptom hos patienter med CF i slutstadiet bekräftade förändrad epitelial differentiering som visade färre basala celler och fler celler som övergår till cilierade och sekretoriska celler än i icke-CF-kontroller [55].

Infektionens roll i CF-fysiopatologi är viktig. Brist på CFTR-protein gynnar infektion genom att minska bikarbonatutsöndringen hos människor och grisar (inte möss) och sänka pH i luftvägsytans vätska [70]. Det visades i CF porcina luftvägs-epitelcellskulturer att denna sura miljö försämrar dödandet av Pseudomonas aeruginosa [71]. Vidare förändrar det mucociliär clearance eftersom hämmande av bikarbonatsekretion i normal luftstrupe hos vuxna grisar bromsar mucociliär transport [72] och nedsatt mucociliär clearance är också associerat med minskad periciliär vätskevolym [73]. CF-luftvägsvävnaden reagerar överdrivet och ibland annorlunda på infektion (viral och/eller bakteriell) både på protein- och transkriptionsnivå än kontrollluftvägarna. Det framhölls av nyare studier för Pseudomonas aeruginosa och humana rhinovirusinfektioner genom RNA-sekvensering av primära luftvägsepitelceller från barn med CF- och icke-CF-kontroller [74,75]. Detta kan bidra till det ihållande inflammatoriska svaret i CF-luftvägarna, särskilt genom ökad IL-8-produktion vid baslinjen [76,77], men också genom förlängda IL-8-mRNA-nivåer efter Pseudomonas aeruginosa-infektion. Förutom förhöjda IL-8-nivåer i sputum hos patienter med CF, är andra pro-inflammatoriska cytokiner uppreglerade, såsom TNF- och IL-1 [77]. I bronkoalveolär sköljning, koncentrationer av IL-6, IL1, Th1 (INF-), Th2 (IL-5, IL-13) och Th17 (IL-17A ) cytokiner ökade jämfört med icke-CF-kontroller [78]. Förutom denna överdrivna inflammation och manipulerade bakteriedödande och eliminering, verkar det medfödda antivirala försvaret förändrat i CF mot framför allt humant parainfluensa 3-virus [79] eller rhinovirus [75,80].

3. Immunoglobulin A-slemhinneimmunitet i CF-respiratoriska epitelet

3.1. IgA-struktur

Immunglobulin (Ig) A är det vanligaste Ig i luftvägsslemhinnan (70 procent av Ig) [81] och produceras av B-celler som finns i de slemhinneassocierade lymfoida vävnaderna – särskilt bronkiassocierade lymfoida vävnader – som fungerar oberoende av det systemiska immunsystemet [82]. Mogna B-celler förvärvar IgA-uttryck genom att genomgå både T-cellsberoende och T-cellsoberoende klassväxlingsrekombination [83].

Monomert IgA är ett 160 kDa protein [84] av vilket två underklasser existerar: IgA1 och IgA2 (den senare presenterar två allotypiska varianter, IgA2m(1) dominerande i kaukasiska populationer och IgA2m(2) dominerande i afrikanska populationer). IgA2 skiljer sig från IgA1 genom sin 13-aminosyradeletion i gångjärnsregionen, vilket gör den mer resistent mot bakteriella proteaser. IgA1, den mest producerade underklassen, representerar cirka 90 procent av IgA i serum medan andelen IgA2 är rikligare i slemhinnevävnader [82]. IgA som produceras av benmärgsplasmaceller är övervägande monomert och finns i serum (88 procent) medan den mukosala utsöndrade formen av IgA är mestadels polymer (80 procent, mestadels dimer) [50,82,84], tack vare den sammanfogade kedjan, en polypeptid som är nödvändig för att binda till den polymera immunglobulinreceptorn (pIgR) [82,84]. Serum-IgA-koncentrationen ökar med åldern och varierar med kön och rökstatus [85].

3.2. IgA-reglering och roller

pIgR, ett transmembranprotein uttryckt på den basolaterala ytan av epitelcellerna, förmedlar epiteltranscytos av dimert IgA (d-IgA) som produceras av plasmaceller i lamina propria som ligger under epitelet [81]. Med eller utan bindning av d-IgA, endocytoseras pIgR och levereras till det apikala membranet, varvid hälften av pIgR återförs till den basolaterala polen i frånvaro av d-IgA [86–88]. Uttryck av pIgR regleras av flera faktorer såsom cytokiner (IFN-, TNF-, IL-1, IL-4 och IL-17), virus, bakterier, svampar, retinsyra, och hormoner [89]. Under trafiken eller vid den apikala polen klyvs den extracellulära ligandbindande regionen av pIgR, känd som den sekretoriska komponenten (SC), av ett oidentifierat leupeptinkänsligt endopeptidas och frisätts som fri form eller som en komponent av sekretoriskt IgA (S -IgA) [90]. I lumen aggregerar S-IgA och neutraliserar patogener och partiklar som förhindrar deras vidhäftning till epitelet genom en så kallad "immun uteslutning" [91]. Dessutom tyder studier in vitro på förmågan hos specifik IgA att neutralisera virus, såsom influensavirus eller mässling, under transcytos [92-95]. En annan studie visade att IgA kan binda ett lösligt antigen i lamina propria, varvid immunkomplexet därefter transporteras in i lumen genom en pIgR-beroende mekanism [96]. S-IgA aktiverar inte den klassiska komplementvägen men kan binda IgA Fc-receptorn som uttrycks av myeloida celler och främja fagocytos, antikroppsberoende cellmedierad cytotoxicitet, superoxidgenerering, degranulering, cytokinutsöndring, antigenpresentation och kalciummobilisering [82, 92,97]. SC spelar också sin roll. För det första stabiliserar det S-IgA och skyddar det från proteolytisk nedbrytning, inklusive av neutrofil elastas [81]. För det andra förbättrar det den effektiva funktionen av IgA genom att öka dess neutraliseringskapacitet mot influensaviruset [98]. Slutligen reglerar SC den korrekta lokaliseringen av S-IgA genom att länka slemmet och bilda ett gränssnitt mellan lumen och epitelet [99]. Free SC har också antimikrobiella egenskaper. Till exempel minskar det Streptococcus pneumoniae SpsA ytproteinbindning i lungorna [100], och det binder neutrofil kemoattraktant IL -8 och andra kemokiner, hämmar deras aktivitet och fungerar därigenom som ett antiinflammatoriskt medel [101]. Massiv glykosylering är avgörande för icke-specifika roller av SC och S-IgA och en förändring i kolhydrater är associerad med defekt SC [102]. Sammantaget spelar pIgR en viktig roll i mukosal homeostas genom reglering av mikrobiota och epitelinflammation.

3.3. IgA-immunitet vid CF

När det gäller dess roll vid infektion och inflammation har pIgR-uttryck redan studerats vid kroniska luftvägssjukdomar, såsom kronisk obstruktiv lungsjukdom [103–105], och vid sjukdomar i övre luftvägarna, såsom allergisk rinit och kronisk rhinosinusit [106], där det visade sig vara minskad i luftvägsepitelceller. När det gäller bakteriella luftvägsinfektioner kan Streptococcus pneumoniae binda SC för att invadera epitelcellerna in vitro [107].

Vid CF visade flera studier ökade IgA-koncentrationer i serum [108], mer speciellt med Pseudomonas aeruginosa kronisk infektion [109] och med mer allvarlig sjukdom [110]. Denna ökning föreslogs också i sputum eller bronkoalveolär lavage av CF-patienter [111], såväl som ökad fri SC i CF-sputum [112]. Specifik anti-Pseudomonas aeruginosa IgA har också visat sig vara uppreglerad i serum när patienter lider av kronisk infektion [113] eller dålig lungfunktion [114], men även i sputum [115] och nasal sekretion [116]. Andra studier visade dock minskad IgA-sekretion i CF-saliv [117] och gastriskt luminalt perfusat [118]. I CF-forskning om terapier användes pIgR också för att transportera alfa-1 antitrypsin in i lumen i bronkerna [119]. Nyligen har en studie med ett multimodalt tillvägagångssätt (inklusive lungvävnad, sputum, serum, primära epitelcellskulturer och CF-möss) utförts för att bedöma pIgR-uttryck och de möjliga mekanismerna som är ansvariga för pIgR-dysreglering och IgA-immunitet i CF-lunga [120] . Studien visade att epitelialt pIgR-uttryck, IgA-produktion (inklusive Pseudomonas aeruginosa-specifik IgA) och IgA plus B-celler uppreglerades i CF-lungan, sputum och serum. Ökade lymfoida aggregat runt bronkierna som innehåller B-celler beskrivs i CF [121] och representerar en möjlig IgA-källa.

Emellertid avslöjade experiment i CF humana bronkiala epitelceller och F508del-möss en konstitutiv nedreglering av pIgR/SC-produktion och d-IgA-transcytos, som recapituleras genom att lägga till CFTR-hämmare i kontrollceller. Denna negativa CFTR-pIgR-väg involverade aktiveringen av felvikt F508del-CFTR i CF – och efterföljande oveckat proteinsvar (UPR) – vilket indikerar att endoplasmatisk retikulum (ER) stress och UPR-vägar är viktiga regulatoriska kontrollpunkter för IgA-produktion vid slemhinneytor. Faktum är att ER-stressaktiverande UPR kunde nedreglera SC- och S-IgA-sekretion. En in vivo-modell av kronisk lunginfektion av Pseudomonas aeruginosa-belagda mikropärlor visade att infektion kunde återställa pIgR-uttryck och IgA-produktion i lungorna hos F508del-möss genom ett IL-17 inflammatoriskt värdsvar [120]. Pseudomonas aeruginosa-infektion modulerar CFTR-pIgR-vägen genom att driva ett värd-IL-17-svar som stimulerar pIgR-uttryck och ytterligare ökar ER-stress och UPR-aktivering. ER, stress ytterligare orsakad av Pseudomonas aeruginosa-infektion kan bli otillräckligt uppvägd av UPR-aktivering och visade sig bidra till IgA-uppreglering [122]. Propension till Th17-differentiering för T-celler med ökad Th17-inflammation i följd (kan reglera pIgR-mRNA) är ett fenomen som finns både vid CF och icke-CF bronkiektasi, möjligen inte bara relaterat till CFTR-defekten [123,124]. Andra cytokiner uppreglerade i Pseudomonas aeruginosa-infektion, såsom IL-1 och TNF-, kunde också uppreglera pIgR-uttryck. Denna senaste studie kan förena resultat som visar en minskad koncentration av SC i saliven hos CF-patienter. Det tyder på att uppreglering endast kan ske selektivt i lungorna eftersom de är målet för förvärvad bakterieinfektion [120]. Andra mikrober, såsom humant influensa A-virus, en orsak till exacerbation vid CF, kan också öka ER-stress och reglera den genom uttrycket av dess icke-strukturella protein 1 [125,126]. Emellertid bedömdes pIgR-dysreglering i frånvaro av lunginfektion endast i F508del-modeller. Därför förblir IgA-utsöndring genom pIgR oklar hos icke-F508del-patienter och bör behandlas ytterligare i sällsynta CFTR-mutationer [120]. Huvuddragen hos förändrat respiratoriskt epitel och dysregulerat IgA-system hos patienter med CF sammanfattas i figur 2 och tabell 1.

När det gäller förhållandet mellan IgA och mikrobiomet, visade de första data om tarmsjukdomar och inflammatoriska tarmsjukdomar att proinflammatoriska IgA-belagda bakterier kan driva inflammatoriska tarmsjukdomar, och att utrota dessa bakterier kan vara lovande i framtiden [127]. Nyligen har NOD2-brist vid Crohns sjukdom visat sig öka omvänd transcytos av IgA som dysregulerar mikrobiomet/IgA-interaktionerna [128]. Polyreaktivt IgA deltar också i medfödd reaktivitet mot mikrobiota i tarmen [129] och induktionen av dysbios av IgA-brist har beskrivits [130].

Lung-tarmaxeln är den möjliga inverkan av tarmmikrobiotan på lungsjukdomsförloppet (och vice versa) och granskades nyligen i CF av Price et al. [131]. Till exempel associerades förändringar av tarmmikrobiom hos barn med exacerbationer och med Pseudomonas-kolonisering [132]. Med tanke på den möjliga överhörningen mellan IgA-produktionen i tarmen och lungdendritiska celler [133], bör framtida forskning om S-IgA troligen fokusera på sambandet mellan lungan och tarmen, båda påverkade vid CF. Faktum är att IgA-bundna bakterier som kan främja inflammation i luftvägs-/tarmslemhinnan kan bli ett mål för framtida terapier.

För mer information: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501