Μελέτη του ρόλου της υπεροικογένειας του TGFβ κατά τη νεογνική ανάπτυξη και ομοιόσταση του πνεύμονα

Abstract

Activins are members of the Transforming Growth Factor β (TGFβ) superfamily and have been associated with the pathogenesis of numerous immuno-inflammatory conditions, having both proinflammatory and anti-inflammatory properties, while also possessing tissue remodeling functions. Understanding the role of Activins in the pathophysiology of the lung needs further research. Activin-A is found in tissues and circulation in abundance compared to other Activins and itslevels have been found strongly deregulated in stressful conditions. Initially, based on the fact that the main cellular source of Activin-A in the early stages of an inflammatory response is neutrophils, we used a transgenic mouse system, in which Activin-A was selectively depleted from this cell population, and the effects induced by Influenza A virus infection were evaluated. We showed that mice with Activin-A deficient neutrophils exhibited more severe pathology compared to wild-type mice and this was largely due to the extensive formation of Neutrophil Extracellular Traps (NETs). This happens to a certain extend through Activin-A signaling via the ALK-4 receptor in neutrophils, since selective elimination of this receptor from neutrophils leads to pathology of influenza-infected mice that is in-between the wild type controls and mice with Activin-A deficient neutrophils. Therefore, it seems that Activin- A that is produced by neutrophils and signals via ALK-4 (on neutrophils but also other as yet not identified inflammatory or tissue resident cells), acts protectively in pathological conditions characterized by neutrophilia as it suppresses processes in this specific cell population, such as NETosis,which potentially cause tissue damage. Based on previous studies where it was shown that overexpression of Activin-A in the lung causes pathology that mimics the basic features of COVID-19 (Corona Virus Disease 2019) caused by the coronavirus SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome (COronaVirus2), we hypothesized that Activins and their natural inhibitor, Follistatin, may be particularly important in the pathophysiology of COVID-19. Therefore, Activin-A, Activin-B, and Follistatin levels were analyzed in 574 serum samples from 263 COVID-19 patients hospitalized in 3 independent centers and compared with baseline demographic, clinical, and laboratory parameters to establish a model for predicting disease status. This study showed that the Activin/Follistatin axis was highly deregulated in patients with COVID-19, was associated with disease severity, and was independently associated with mortality. The FACTCLINYCoD rating system, which includes Follistatin, Activin-A, Activin-B, C-reactive protein, lactic dehydrogenase, ICU (Intensive Care Unit), neutrophil/lymphocyteratio, comorbidities and D-dimers have been shown to be particularly effective in predicting death. This study demonstrated a link between the Activin/Follistatin axis and mortality from COVID-19 and introduced FACT-CLINYCoD, a new pathophysiology-based tool that allows dynamic prediction of disease outcome, and could therefore facilitate clinical decision making.In conclusion, from these two independent but directly related studies, the complex nature of the Activin/Follistatin axis is clearly highlighted. Depending on the disease or the experimental model studied, or as shown for the first time in the current thesis, cellular the source of ActivinA, the A/F axis’ proteins sometimes have a protective and sometimes a harmful effect. These two studies therefore indicate the importance of the dynamic balance in signaling throughTGFβ superfamily molecules, and that possibly the selective inactivation (or activation) of A/F axis proteins by specific cell populations may be a better therapeutic strategy than their universal neutralization.

Οι Ακτιβίνες αποτελούν μέλη της υπεροικογένειας του αυξητικού παράγοντα μετασχηματισμού β (TGFβ – Transforming Growth Factor β) και έχουν συσχετισθεί με την παθογένεια πολυάριθμων ανοσοφλεγμονωδών καταστάσεων, έχοντας τόσο προφλεγμονώδεις όσο και αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες, ενώ διαθέτουν επίσης λειτουργίες ιστικής επιδιόρθωσης. Η κατανόηση του ρόλου των Ακτιβινών στην παθοφυσιολογία του πνεύμονα χρήζει περαιτέρω έρευνας. Η Ακτιβίνη-Α απαντάται στους ιστούς και στην κυκλοφορία σε αφθονία σε σχέση με τις άλλες Ακτιβίνες και έχει βρεθεί ότι τα επίπεδά της μεταβάλλονται έντονα σε καταστάσεις στρες. Βασιζόμενοι αρχικά στο γεγονός ότι κύρια κυτταρική πηγή προέλευσης της Ακτιβίνης-Α κατά τα πρώιμα στάδια μιας φλεγμονώδους αντιδράσεως είναι τα ουδετερόφιλα, χρησιμοποιήσαμε ένα διαγονιδιακό σύστημα μυών, στο οποίο απαλείφθηκε επιλεκτικά η Ακτιβίνη-Α από το συγκεκριμένο κυτταρικό πληθυσμό, και μελετήσαμε τις επιπτώσεις στην παθολογία που επάγεται έπειτα από μόλυνση με τον ιό της γρίπης Influenza A. Δείξαμε ότι οι μύες των οποίων τα ουδετερόφιλα δεν εκφράζουν Ακτιβίνη-Α παρουσιάζουν βαρύτερη παθολογία σε σχέση με τους μύες αγρίου τύπου, η οποία σε μεγάλο βαθμό οφειλόταν στην εκτεταμμένη δημιουργία εξωκυττάριων παγίδων ουδετερόφιλων (NETs – NeutrophilExtracellular Traps). Αυτό φαίνεται ότι συμβαίνει σε κάποιο βαθμό με τη σηματοδότηση της Ακτιβίνης-Α μέσω του υποδοχέα ALK-4 στα ουδετερόφιλα, μιας και η απαλοιφή του συγκεκριμένου υποδοχέα από τα ουδετερόφιλα οδηγεί σε παθολογία των μυών που μολύνθηκαν με ιό της γρίπης ενδιάμεσα στα ζώα ελέγχου και στα ζώα με έλλειψη Ακτιβίνης-Α από τα ουδετερόφιλα. Συνεπώς, φαίνεται ότι η Ακτιβίνη-Α που παράγεται από τα ουδετερόφιλα και σηματοδοτεί μέσω του ALK-4 (στα ουδετερόφιλα και σε άλλα, ακόμη μη ταυτοποιημένα, φλεγμονώδη κύτταρα ή εδράζοντα κύτταρα των ιστών), δρα προστατευτικά σε παθολογικές καταστάσεις που χαρακτηρίζονται από ουδετεροφιλία καθώς καταστέλλει διεργασίες του συγκεκριμένου κυτταρικού πληθυσμού, όπως η ΝΕΤωση, που δυνητικά προκαλούν ιστικές βλάβες.Bασιζόμενοι σε προηγούμενες μελέτες του εργαστηρίου όπου είχαν δείξει ότι η υπερέκφραση της Ακτιβίνης-Α στον πνεύμονα μυών προκαλεί παθολογία που προσομοιάζει βασικά χαρακτηριστικά της νόσου COVID-19 (Corona Virus Disease 2019) που προκαλεί οκορωνοϊός SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome COronaVirus 2), υποθέσαμε ότι οι Ακτιβίνες και ο φυσικός αναστολέας τους, η Φολλιστατίνη, μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντικές στην παθοφυσιολογία της COVID-19. Για το λόγο αυτό, τα επίπεδα της Ακτιβίνης-Α, της Ακτιβίνης-Β και της Φολλιστατίνης αναλύθηκαν σε 574 δείγματα ορού από263 ασθενείς με COVID-19 που νοσηλεύονταν σε 3 ανεξάρτητα κέντρα και συσχετίσθηκαν με βασικές δημογραφικές, κλινικές και εργαστηριακές παραμέτρους ώστε να δημιουργήσουμε ένα μοντέλο πρόβλεψης της κατάστασης της νόσου. Η μελέτη αυτή έδειξε ότι ο άξονας Ακτιβίνης/Φολλιστατίνης ήταν ιδιαίτερα απορρυθμισμένος στους ασθενείς μεCOVID-19, συσχετιζόταν με τη σοβαρότητα της νόσου και συνδέονταν ανεξάρτητα με τη θνητότητα. Το σύστημα βαθμολόγησης FACT-CLINYCoD, που περιλαμβάνει τη Φολλιστατίνη, την Ακτιβίνη-Α, την Ακτιβίνη-Β, τη C-αντιδρώσα πρωτεΐνη, τη γαλακτική αφυδρογονάση, την εισαγωγή στη ΜΕΘ (Μονάδα Εντατικής Θεραπείας), το λόγο ουδετερόφιλων/λεμφοκυττάρων, την ηλικία, τις συννοσηρότητες και τα D-διμερή αποδείχθηκε ιδιαιτέρως αποτελεσματικό ως προς την πρόβλεψη θανάτου. Η συγκεκριμένη μελέτη κατέδειξε μια σχέση μεταξύ του άξονα Ακτιβίνης/Φολλιστατίνης και της θνητότητας από την COVID-19 και εισήγαγε το FACT-CLINYCoD, ένα νέο εργαλείο βασισμένο στην παθοφυσιολογία που επιτρέπει τη δυναμική πρόβλεψη της έκβασης της νόσου, και συνεπώς θα μπορούσε να διευκολύνει την λήψη κλινικών αποφάσεων. Συμπερασματικά από τις δύο αυτές ανεξάρτητες αλλά άμεσα σχετιζόμενες μελέτες, αναδεικνύεται για άλλη μία φορά η πολύσυνθετη φύση του άξονα της Ακτιβίνης/Φολλιστατίνης, όπου ανάλογα με την ασθένεια ή το πειραματικό μοντέλο που εξετάζεται, μπορεί να έχει άλλοτε προστατευτική και άλλοτε επιβλαβή δράση. Επομένως από τις δύο αυτές μελέτες φαίνεται πόσο σημαντική είναι η δυναμική ισορροπία στη σηματοδότηση μέσω των μορίων της υπεροικογένειας του TGFβ, και πιθανώς η εκλεκτική απενεργοποίηση (ή ενεργοποίηση) των πρωτεϊνών του άξονα Α/Φ από συγκεκριμένους κυτταρικούς πληθυσμούς να αποτελεί καλύτερη θεραπευτική στρατηγική από την καθολική εξουδετέρωση τους.