inflamație

  • abstract
  • fapte
  • Întrebări deschise
  • Descoperirea și caracterizarea moleculară a inflamației
  • Regulatori inflamatori moleculari
  • Agoniști ai inflamației NLRP3 și mecanisme de activare
  • Inflamarea diafragmei cu căi imune înnăscute și adaptative
  • Inflamația și sindromul metabolic
  • concluzie
  • glosar

abstract

fapte

Tschopp și colegii săi au descoperit platforme inflamatorii și au descris semnificația sa biochimică și clinică pentru sindroamele periodice asociate la frig (CAPS) sau criopirinopatia, guta și diabetul de tip 2.

Tschopp și colegii săi au identificat o serie de agoniști inflamatori, și anume muramil dipeptidă (MDP), ADN viral, cristale de urat de urosodiu (MSU), azbest, hemicozină legată de silice, alum și malarie.

Tschopp și colegii săi au arătat că funcția imunosupresivă a interferonului de tip I a fost realizată prin inhibarea inflamației NLRP3.

Tschopp și colab. Au demonstrat rolul bolii inflamatorii NLRP3 în sindromul metabolic.

Cercetările lui Tschopp au condus la introducerea multor studii clinice cu boli inflamatorii, inclusiv CAPS, gută și diabet de tip 2.

Întrebări deschise

Care este mecanismul molecular care activează pneumonia?

Care este relația dintre căile inflamației și moartea celulei și cum decide celula să lovească una, dar nu alta?

Deși rolul inflamației în bolile inflamatorii monogene a fost bine stabilit, care este rolul său în bolile mai complexe și care sunt soluțiile terapeutice potențiale?

Descoperirea și caracterizarea moleculară a inflamației

Familia NLR umană și proteinele asociate cu pneumonia. Există 22 de NLR umane caracterizate printr-un domeniu central de legare a nucleotidelor (NB). Familia NLR poate fi clasificată în continuare în patru subfamilii, în funcție de domeniul N-terminal al proteinei. Domeniile CARD și PYD permit interacțiunea cu caspase-1 sau adaptorul ASC, permițând acumularea inflamației. Receptorii de recunoaștere a modelelor (PRR) AIM2 și RIG-I sunt, de asemenea, capabili să genereze inflamații.

Imagine la dimensiune completă

În 2001, mai multe studii genetice seminale au legat mutațiile genelor NLR de bolile inflamatorii. S-a constatat că mutațiile din CARD15/NOD2 stau la baza bolii Crohn și a sindromului Blau, 7, 8, 9 și mutații în NLRP3, numit apoi CIAS1 (sindromul autoinflamator indus de frig 1), au fost identificate la persoanele cu sindrom MuckleWells . (MWS). Proteina NLRP3 a fost numită apoi criopirină și, la fel ca pirina, s-a constatat că produsul febrei mediteraneene familiale (FMF) 11 al genei MEFV este exprimat predominant în leucocitele din sângele periferic. 10, 11 NLRP3 s-a dovedit a fi mutat într-un spectru de sindroame febrile periodice moștenite care includ, pe lângă MWS, urticarie rece familiară și boli inflamatorii neonatale multiple.

În 2002, Martinon și colab. 12 a descris într-un studiu de pionierat o mare platformă moleculară necesară pentru oligomerizarea și activarea proteazei pro-inflamatorii caspază-1, pe care au denumit-o tumoare inflamatorie (Figura 2). Folosind abordări biochimice elegante, fără celule și sisteme celulare, au demonstrat că inflammasomul NLRP1 constă din proteina NLR NLRP1, proteina adaptativă ASC (cunoscută și sub numele de PYCARD) și doi membri ai subfamiliei caspazei inflamatorii, caspase-1 și - 5. S-a demonstrat că epuizarea ASC afectează activarea caspazei inflamatorii și blochează maturarea interleukinei (IL) -1β după tratamentul cu lipopolizaharide (LPS), sugerând pentru prima dată că inflamația este un braț important al sistemului imunitar înnăscut. 12

Inflamaţie. Stimularea AIM2, RIG-I sau NLR de către agonistul său înrudit promovează activarea inflamatorie și oligomerizarea heptameră. Pneumonia activă induce activarea caspazei-1, permițând prelucrarea pro-IL-1β și pro-IL-18 în formele lor mature.

Imagine la dimensiune completă

Tschopp și colegii 13 au demonstrat în continuare în 2004 că NLRP3, care este mutat în sindroamele autoinflamatorii descrise mai sus și care este omolog cu NLRP1, formează, de asemenea, un complex inflamator care conține ASC, proteine ​​cardinale și caspază-1 care conține CARD (dar nu caspază) - 5). Ei au demonstrat în plus că baza moleculară a NLRP3 dependentă de boala inflamatorie este producția spontană și excesivă de IL-1β activă, așa cum sa observat folosind macrofage de la pacienți cu MWS.

Cerința pentru ASC într-un mediu inflamator a fost confirmată în același an de Dixit și colegii săi 14, care au raportat generația de șoareci cu deficit de Asc și Ipaf (Nlrc4). Acest studiu a demonstrat că macrofagele de la șoareci Asc -/- au prezentat maturarea defectuoasă a citokinelor IL-1β și IL-18 dependente de caspază-1 ca răspuns la ATP extracelular sau infecție cu un agent patogen intracelular (Salmonella typhimurium). În contrast, macrofagele Nlrc4-nule au răspuns complet la ATP extracelular, dar au prezentat activarea defectuoasă a pneumoniei ca răspuns la S. typhimurium, sugerând un anumit nivel de specificitate determinat de natura NLR implicată. Important, moartea celulară dependentă de caspază-1, denumită ulterior piroptoza 15, a fost eliminată în macrofage fără Asc sau Nlrc4, asigurând o legătură moleculară între căile de inflamație și moartea celulară.

În 2004, am descris, de asemenea, un singur polimorfism nucleotidic într-un al doilea membru al subfamiliei caspazei inflamatorii, și anume CASP12, care îl elimină de la majoritatea populației umane, dar nu de la unii descendenți africani. Am arătat că expresia caspazei-12 a dus la un răspuns inflamator suprimat la endotoxină și a fost asociată cu sepsis sever în clinică. 16 Ulterior, am arătat că mecanismul prin care această proteină își exercită efectele supresive în sepsis este prin inhibarea pneumoniei. 17

În general, aceste studii inițiale au identificat complexul inflammasom, au definit câteva dintre mecanismele sale de reglare și au demonstrat că hiperactivarea acestuia este baza patogeniei bolilor autoinflamatorii, în timp ce activitatea sa reglementată este o temă centrală a apărării gazdei și a protecției sepsisului.

Regulatori inflamatori moleculari

Alți doi regulatori importanți ai inflammasomului sunt proteina chaperonă de șoc termic de 90 KDa (HSP90) și supresorul său co-chaperon G2 alelei Skp1 (SGT1). Tschopp și colab. 29 au arătat că, similar cu reglarea proteinelor R din plante (revizuite în Chisholm și colab. 1 și Jones și Dangl 2), HSP90 și SGT1 mențin NLR într-o conformație competentă stabilă, dar activatoare. Rezultatul este epuizarea SGT1 de interferența ARN sau inhibarea chimică a activării cancerului inflamator HSP90. Această funcție de reglementare nu se limitează la membrii subfamiliei NLRP NLR, deoarece inhibarea HSP90 a blocat, de asemenea, activarea mediată de NOD1 a NF-κB, care leagă în continuare mecanismele de apărare ale plantelor și gazdele mamiferelor.

Agoniști ai inflamației NLRP3 și mecanisme de activare

Tschopp și colegii 45 au demonstrat mai întâi că peptidoglicanul muramil dipeptidă bacteriană (MDP) a promovat eliberarea IL-1β activă la activarea caspazei-1 de către mușchiul flăcării independent de receptorii de tip Toll. Acest lucru a fost confirmat de Reed și colegii 32, care au descris sistemul de reconstituire fără celule a inflammasomului NLRP1, în care MDP singur urmat de trifosfați ribonucleozidici a fost suficient pentru a induce formarea complexă. Tschopp și colab. 46 au arătat, de asemenea, că infecția cu macrofage adenovirale, care are ca rezultat expresia ADN-ului viral în citoplasmă, a afectat și inflamația NLRP3. Interesant este că nu a fost specific pentru ADN-ul viral, deoarece ADN-urile bacteriene, mamifere și sintetice ar putea activa caspaza-1. 46 Cu toate acestea, nu s-a demonstrat legarea directă a ADN-ului la NLRP3. În schimb, un al doilea PYD care conține receptori de recunoaștere a modelelor citosolice, și anume proteina HIN200 absentă în melanom (AIM) 2, a fost arătat ulterior în patru rapoarte pentru a se lega direct de ADN-ul citosolic și a asambla o inflamație distinctă constând din AIM2, ASC și caspază-1 47, 48, 49, 50

O constatare cheie a lui Tschoppa și colab. 51 a fost că inflamația NLRP3 este activată nu numai de motive microbiene, ci și de semnale periculoase care sunt adesea asociate cu boli inflamatorii sterile. Într-un studiu inovator, aceștia au raportat că cristalele de acid uric asociate cu gută au activat inflamația NLRP3. După stimularea cu uranat monosodic (MSU), s-a demonstrat că macrofagele umane și murine secretă IL-1β într-un mod dependent de NLRP3. Acest lucru a fost demonstrat suplimentar in vivo folosind un model de peritonită indusă de cristal, cu șoareci deficienți în componentele căii inflamatorii care prezintă peritonită marcat redusă. 51

Imagine la dimensiune completă

În mod remarcabil, deși unii dintre agoniștii descriși mai sus, mai precis hemozoina și alumul, au dus la activarea inactivării in vitro, acest lucru a fost posibil pentru răspunsul gazdei in vivo. De exemplu, caspaza-1 este stimulată de plasmocitele parazitate de eritrocite (care conțin hemozoină), dar activitatea sa este exclusă în timpul malariei deoarece șoarecii Casp1 -/- sunt echivalenți cu șoarecii de tip sălbatic în curățarea parazitului P. chabaudi sau supuși berghei -malaria cerebrala indusa. 67, 68. În mod similar, deși a fost unanim că adjuvantul pe bază de piatră a stimulat inlammasomul NLRP3 in vitro, s-a discutat dacă semnalizarea NLRP3 a fost necesară pentru adjuvantul de piatră. De fapt, deși unele studii au raportat abolirea producției de anticorpi receptivi la antigen la șoareci lipsiți de limfom inflamator NLRP3, 55, 57 alții au găsit o inhibare parțială 56 sau o lipsă completă de fenotip. Prin urmare, rezultatele activării in vitro a celulelor inflamatorii trebuie interpretate cu prudență și necesită validare în contexte fiziologice pentru a determina dacă această cale este un element central al procesului investigat sau dacă activarea sa are loc ca o reacție secundară.

Inflamația diafragmei cu căi imune înnăscute și adaptative

Al doilea mecanism de reglare al căii inflamatorii este mediat de IFN de tip I. IFN de tip I este un tratament obișnuit pentru tulburările autoimune și inflamatorii, dar mecanismele sale de acțiune au fost în mare parte necunoscute. Tschopp și colab. 70 au arătat recent că IFN de tip I inhibă activarea inflamatorie și producția de IL-1β printr-un mecanism cu două direcții. Pe de o parte, IFN de tip I induce producția de IL-10, care într-o manieră autocrină inhibă expresia genei pro-IL-1 prin STAT3. Pe de altă parte, IFN de tip I vizează asamblarea inflamatorie și activarea caspazei-1 printr-un mecanism încă nedefinit. În consecință, s-a arătat că macrofagii de la șoareci 1110r -/- sau mieloizi specifici Stat3 -/- produc niveluri ridicate de pro-IL-1 în comparație cu martorii, iar inducerea IFN de tip I după administrarea PolyI: C a fost prezentată la șoareci, suprimă IL. -1 p producție. Mai mult, suprimarea răspunsului inflamator a arătat că IFN de tip I a dus la o reducere a recrutării granulocitelor într-un model de peritonită și la o susceptibilitate crescută la infecția cu Candida albicans. În general, aceste descoperiri explică eficacitatea tratamentului IFN de tip I în bolile inflamatorii și efectele imunosupresoare ale inducției IFN de tip I după infecții virale.

Inflammasomul este, de asemenea, vizat de sistemul imunitar adaptiv, în special celulele efectoare și de memorie. Într-un model de peritonită dependentă de NLRP3, Tschopp și colegii 71 au arătat că celulele T efectoare CD4 + antigen specifice blochează activarea caspazei-1 și eliberarea IL-1β, ducând la o creștere redusă a neutrofilelor în peritoneu. Acest lucru a necesitat implicarea TCR și a fost mediat de liganzi ai familiei TNF legați de membrană, cum ar fi CD40L.

Pe de altă parte, sa demonstrat că imunogenitatea celulelor moarte care eliberează ATP depinde de axa inflamatorie a P2RX7-N1rp3. Ghiringhelli și colab. 72 au arătat elegant că antraciclinele sau chimioterapiile imunogene anti-cancer mediază răspunsurile imune ale celulelor T citotoxice de protecție prin calea inflamatorie a NLRP3. În special, IL-1β s-a dovedit a fi esențială pentru producerea de IFNy de către celulele T CD8 + și că calea IL-1β/IL-1R este esențială pentru succesul chimioterapiei. 72

Luate împreună, aceste studii plasează inflamația la nodul central al procesului inflamator, care este strâns reglementat atât de mecanisme înnăscute, cât și de mecanisme adaptative.

Inflamația și sindromul metabolic

Deși inflamația a fost legată de T2D, abordările terapeutice actuale nu se bazează pe strategii antiinflamatorii. Interesant este faptul că un studiu clinic pentru T2D cu antagonistul IL-1R anakinra a demonstrat unele promisiuni, deoarece anakinra a îmbunătățit glicemia și funcția secretorie a celulelor beta și a redus markerii inflamației sistemice. În plus, medicamentul antidiabetic comun, glibenclamida (cunoscută și sub numele de gliburidă), care funcționează prin inhibarea canalelor de potasiu sensibile la ATP, 82 s-a arătat că inhibă ansamblul inflammasom NLRP3 și activarea caspazei-1, sugerând că modularea farmacologică a inflammasomului Axa β-IL-1 ar putea fi o abordare viabilă pentru tratamentul T2D. Un al doilea medicament cel mai frecvent utilizat pentru tratamentul T2D este metformina, care acționează prin activarea AMPK și a kinazei din amonte LKB1 (revizuită în Hardie 84), argumentând că eficacitatea acestuia ar putea fi parțial mediată prin modularea activității inflammasome.

concluzie

Munca lui Jurg Tschopp care implică inflammasomul a nucleate geneza unui nou domeniu al imunologiei. Viziunea lui Tschopp s-a extins dincolo de laborator, întrucât munca sa a dus la dezvoltarea unor terapii eficiente pentru tulburările asociate inflamației și la stabilirea unui număr de studii clinice în curs de desfășurare. Descoperirea lui Tschopp a inflammasomului a ajutat la conectarea etiologiei sindroamelor periodice asociate criopirinei (CAPS) la mutațiile din NLRP3, ducând la terapia de succes a pacienților CAPS din clinică. 87 Descoperirea sa din 2006 că cristalele MSU depuse în articulațiile pacienților cu gută au activat inflammasomul 51 l-a determinat să efectueze un studiu clinic pilot la pacienții cu artrită gută tratați timp de 3 zile cu anakinra. 88 Rezultatele au fost spectaculoase prin faptul că toți pacienții au răspuns rapid la anakinra și au prezentat o îmbunătățire dramatică fără efecte adverse. Munca sa care leagă inflammasomul de bolile metabolice va avea un impact direct sau indirect asupra multor vieți care suferă de obezitate și T2D în anii următori. Domeniul nostru a pierdut cu siguranță un gigant, iar lui Jurg Tschopp îi va fi dor cu mare drag.