Πλαστικότητα ουδετερόφιλου σε καταστάσεις άσηπτης και σηπτικής φλεγμονής

Abstract

Neutrophils are the most abundant leukocyte cell population in peripheral blood and a fundamental component of innate immunity. Traditionally, they were regarded as terminally differentiated cells with a short half-life, acting exclusively as a first line of defense against pathogens. Challenging this view, contemporary literature has highlighted neutrophils as cells with significant phenotypic and functional plasticity. The acquisition of their distinct phenotypic and functional characteristics is directly linked to the microenvironment they reside in. Of particular interest is their dual nature, which allows them to exert either beneficial or detrimental effects on the immune system. Neutrophils possess a wide range of mechanisms for participating in homeostasis maintenance and the development of pathological conditions, including inflammation, autoimmunity, and infections. One of the most important mechanisms of neutrophilic origin is the formation of neutrophil extracellular traps (NETs). Under pathological conditions, neutrophils produce NETs enriched with bioactive proteins. The protein profile of NETs is determined by the pathological microenvironment and largely reflects the broad spectrum of neutrophil plasticity. One of the most well-established roles of neutrophils is their participation in inflammation. In both sterile and septic inflammation, neutrophils are exposed to a multitude of stimuli derived from cytokines, damage-associated molecular patterns (DAMPs), pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), and disease-specific factors. In the presence of inflammatory stimuli, neutrophils are recruited to sites of inflammation and reprogrammed according to the pathological microenvironment. They become activated by inflammatory mediators and generate disease-specific NETs, thereby contributing to the shaping and progression of inflammation. At the crossroads of inflammation and fibrosis—more specifically in immunofibrosis—the presence of neutrophils is pivotal. Under the influence of inflammatory mediators, neutrophils are capable of “communicating” with fibroblasts. Through disease-specific NETs, neutrophils affect the transcriptional activity of fibroblasts, driving them towards acquiring a myofibroblast phenotype and enhanced extracellular matrix (ECM) production. At the same time, they enhance their fibrotic capacity, contributing to the development of fibrotic disease complications.Within the framework of this study, neutrophil plasticity in immunofibrotic manifestations of sterile and septic inflammation was investigated. Pediatric asthma and rheumatoid arthritis were utilized as sterile inflammation disease models, whereas hepatitis B was examined as a disease model of septic inflammation. In the context of the NETs mechanism, the disease-specific protein profile of NETs and their contribution to the neutrophil–fibroblast cross-talk in disease immunofibrotic complications were explored.Across all investigated disease models elevated levels of NETs were detected in the periphery of patients. The distinct protein profile of NETs was induced by the disease inflammatory microenvironment. In pediatric asthma, NETs were enriched with interleukin (IL)-17A, whereas in rheumatoid arthritis with IL-17A and tissue factor (TF). NETs observed in hepatitis B were decorated with bioactive interleukin (IL)-1β. In each of the three disease models, the protein profile of NETs was observed to induce fibroblast activation and enhance their fibrotic potential.Overall, the findings of this study highlight for the first time novel aspects of neutrophil plasticity in immunofibrosis associated with sterile and septic inflammation. The data provide encouraging evidence that neutrophils/NETs could serve as peripheral blood biomarkers for the early detection of emerging inflammation-dependent fibrotic lesions in childhood asthma exacerbation, rheumatoid arthritis-interstitial lung disease and early cirrhosis in hepatitis B. Furthermore, in the same disease models the neutrophil/NETs/fibroblast axis and the disease-specific protein cargo of NETs are proposed as potential add-on targets for more optimal therapeutic strategies in the battle against immunofibrotic complications.

Τα ουδετερόφιλα αποτελούν τον πολυπληθέστερο κυτταρικό τύπο λευκοκυττάρων του αίματος και βασικό συστατικό στοιχείο της έμφυτης ανοσίας. Παραδοσιακά αντιμετωπίστηκαν ως τελικώς διαφοροποιημένα κύτταρα με μικρό χρόνο ημιζωής, που δρουν αποκλειστικά ως πρώτη γραμμή άμυνας έναντι παθογόνων. Κόντρα σε αυτή την πεποίθηση, η σύγχρονη βιβλιογραφία έχει αναδείξει τα ουδετερόφιλα ως κύτταρα με αυξημένη φαινοτυπική και λειτουργική πλαστικότητα. Η απόκτηση των διακριτών φαινοτυπικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών τους είναι άμεσα συνυφασμένη με το μικροπεριβάλλον, στο οποίο εντοπίζονται. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει και η διττή τους φύση, η οποία καθιστά τη δράση τους άλλοτε ευεργετική και άλλοτε επιζήμια για το ανοσοποιητικό. Τα ουδετερόφιλα διαθέτουν στη φαρέτρα τους πληθώρα μηχανισμών, μέσω των οποίων όχι μόνο συμμετέχουν στη διατήρηση της ομοιόστασης αλλά και συνεισφέρουν στη διαμόρφωση παθολογικών καταστάσεων, συμπεριλαμβανομένης της φλεγμονής, της αυτοανοσίας και των λοιμώξεων. Ένας από τους σημαντικότερους μηχανισμούς των ουδετερόφιλων είναι η παραγωγή ουδετεροφιλικών εξωκυττάριων παγίδων (neutrophil extracellular traps, NETs). Κάτω από παθολογικές συνθήκες τα ουδετερόφιλα παράγουν NETs, τα οποία είναι εμπλουτισμένα με βιοδραστικές πρωτεΐνες. Το πρωτεϊνικό προφίλ των NETs καθορίζεται από το παθολογικό μικροπεριβάλλον και αντικατοπτρίζει σε μεγάλο βαθμό το εύρος της ουδετεροφιλικής πλαστικότητας.Ένας από τους καλύτερα εδραιωμένους ρόλους των ουδετερόφιλων είναι η συμμετοχή τους στη φλεγμονή. Τόσο στην άσηπτη όσο και στη σηπτική φλεγμονή τα ουδετερόφιλα γίνονται αποδέκτες πληθώρας ερεθισμάτων, προερχόμενων από κυτταροκίνες, μοτίβα DAMPs (damage-associated molecular patterns, μοριακά μοτίβα σχετιζόμενα με βλάβη) και PAMPs (pathogen-associated molecular patterns, μοριακά μοτίβα σχετιζόμενα με παθογόνο) και νοσο-ειδικούς παράγοντες. Παρουσία φλεγμονωδών ερεθισμάτων τα ουδετερόφιλα στρατολογούνται σε θέσεις φλεγμονής και επαναπρογραμματίζονται αναλόγως του παθολογικού μικροπεριβάλλοντος. Τα ουδετερόφιλα ενεργοποιούνται από φλεγμονώδεις παράγοντες και παράγουν νοσο-ειδικά NETs, συνεισφέροντας στη διαμόρφωση και την πρόοδο της φλεγμονής. Στο σταυροδρόμι φλεγμονής και ίνωσης και πιο συγκεκριμένα στην ανοσο-ίνωση η παρουσία των ουδετερόφιλων είναι καθοριστική. Τα ουδετερόφιλα υπό την επίδραση φλεγμονωδών μεσολαβητών δύνανται να «συνομιλούν» με τους ινοβλάστες. Μέσω των νοσο-ειδικών NETs, τα ουδετερόφιλα ενεργοποιούν μεταγραφικά τους ινοβλάστες και τους οδηγούν στην απόκτηση φαινοτύπου μυοϊνοβλάστη και την αυξημένη παραγωγή συστατικών εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας (extracellular matrix, ECM). Παράλληλα, ενισχύουν το ινωτικό τους δυναμικό, συνεισφέροντας στη δημιουργία ινωτικών επιπλοκών. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, μελετήθηκε η πλαστικότητα των ουδετερόφιλων στην ανοσο-ίνωση σε καταστάσεις άσηπτης και σηπτικής φλεγμονής. Το παιδικό άσθμα και η ρευματοειδής αρθρίτιδα αξιοποιήθηκαν ως νοσήματα μοντέλα άσηπτης φλεγμονής, ενώ η ηπατίτιδα Β μελετήθηκε ως σηπτική φλεγμονή. Υπό το πρίσμα του μηχανισμού των NETs, διερευνήθηκε το νοσο-ειδικό πρωτεϊνικό προφίλ των NETs και η συνεισφορά τους στην αλληλεπίδραση ουδετερόφιλων-ινοβλαστών στις ανοσο-ινωτικές επιπλοκές των υπό μελέτη νοσημάτων.Αυξημένα επίπεδα NETs εντοπίστηκαν στην περιφέρεια ασθενών και στα τρία νοσήματα μοντέλα. Το διακριτό πρωτεϊνικό προφίλ των NETs παρατηρήθηκε, ότι επάγεται από το εκάστοτε φλεγμονώδες μικροπεριβάλλον. Στο παιδικό άσθμα ανιχνεύτηκαν NETs εμπλουτισμένα με ιντερλευκίνη(IL)-17A, στη ρευματοειδή αρθρίτιδα NETs εμπλουτισμένα με IL-17A και ιστικό παράγοντα (tissue factor, TF) και στην ηπατίτιδα Β NETs εμπλουτισμένα με ιντερλευκίνη(IL)-1β. Και στα τρία μοντέλα νόσου το πρωτεϊνικό προφίλ των NETs παρατηρήθηκε, ότι επάγει την ενεργοποίηση των ινοβλαστών και την ενίσχυση του ινωτικού τους δυναμικού. Εν συνόλω, τα ευρήματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναδεικνύουν για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία νέες πτυχές της πλαστικότητας του ουδετερόφιλου στην ανοσο-ίνωση, που σχετίζεται με την άσηπτη και σηπτική φλεγμονή. Τα δεδομένα παρέχουν ενθαρρυντικές ενδείξεις, ότι τα ουδετερόφιλα/NETs θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν ως βιοδείκτες σε περιφερικό αίμα για την έγκαιρη ανίχνευση αρχόμενων ινωτικών βλαβών σε καταστάσεις φλεγμονής και πιο συγκεκριμένα στις εξάρσεις του παιδικού άσθματος, τη σχετιζόμενη με ρευματοειδή αρθρίτιδα διάμεση πνευμονοπάθεια και την αρχόμενη κίρρωση στην ηπατίτιδα Β. Παράλληλα, στα ίδια νοσήματα μοντέλα προτείνεται ο άξονας ουδετερόφιλο/NETs/ινοβλάστες και το νοσο-ειδικό πρωτεϊνικό φορτίο των NETs ως εν δυνάμει επιπρόσθετοι στόχοι για την αποτελεσματικότερη θεραπευτική διαχείριση ανοσο-ινωτικών επιπλοκών.