Rezumat
Chitina, un potențial model molecular asociat agenților patogeni (PAMP) care promovează alergiile, este un polimer liniar compus din reziduuri de N-acetilglucozamină care sunt legate prin legături β-(1,4)-glicozidice. Mamiferele sunt gazde potențiale pentru protozoarele, ciupercile, artropodele și nematodele care conțin chitină; cu toate acestea, mamiferele însele nu sintetizează chitină și, prin urmare, aceasta este considerată o țintă potențială pentru recunoașterea de către sistemul imunitar al mamiferelor. Chitina este detectată în principal în plămâni sau în intestin, unde activează o varietate de celule imune înnăscute (eozinofile, macrofage) și adaptative (limfocite T helper de tip 2 care exprimă IL-4/IL-13). Chitina induce producția de citokine, recrutarea de leucocite și activarea alternativă a macrofagelor. Administrarea intranazală sau intraperitoneală de chitină (variind în funcție de dimensiune, grad de acetilare și puritate) la șoareci a fost aplicată ca o abordare de rutină pentru a investiga efectele de inițiere ale chitinei asupra imunității înnăscute și adaptative. Chitina structurală prezentă în microorganisme este degradată în mod activ de chitinazele adevărate ale gazdei, inclusiv chitinazele acide ale mamiferelor și chitotriosidaza, în fragmente mai mici care pot fi detectate de receptorii mamiferelor, cum ar fi FIBCD1, NKR-P1 și RegIIIc. Recunoașterea imunitară a chitinei implică, de asemenea, receptorii de recunoaștere a modelelor, în principal prin intermediul TLR-2 și Dectin-1, pentru a activa celulele imune pentru a induce producerea de citokine și crearea unei rețele imune care are ca rezultat răspunsuri inflamatorii și alergice. În această trecere în revistă, ne vom concentra asupra diferitelor aspecte imunologice ale interacțiunii dintre chitină și sistemul imunitar al gazdei, cum ar fi detectarea, interacțiunile cu celulele imune, chitinazele ca enzime de degradare a chitinei și aplicațiile imunologice ale chitinei.
Cuvinte-cheie: "Chitină": Chitină, chitinază, sistem imunitar, imunitate înnăscută, imunitate adaptivă
Mergeți la:
Introducere
Chitina este o poli(β-(1-4)-N-acetil-D-glucozamină) care a fost identificată pentru prima dată în 1884 și este o polizaharidă naturală de importanță biologică majoră [1]. Chitina este un polimer netoxic, biodegradabil și biocompatibil [2, 3] cu o solubilitate redusă la pH neutru [4]. Datorită proprietăților sale chimice, chitina a găsit numeroase aplicații în biomedicină și biotehnologie, cum ar fi imobilizatorul de enzime în industria alimentară [5], imobilizarea anticorpilor în prezența alginatului [6], pansarea și vindecarea rănilor [7], agent anticancerigen [8], inginerie tisulară și diagnosticarea cancerului [9]. S-a demonstrat că chitina și derivatul său deacetilat chitosanul posedă proprietăți imunostimulatoare la mamifere și plante [2]. Chitina este o componentă structurală în pereții celulari ai bacteriilor și ciupercilor, în exoscheletul crustaceelor [10], al insectelor [11] și în cojile de ouă ale nematozilor [12]. Într-adevăr, aceste organisme beneficiază de posesia chitinei în scopul protecției împotriva condițiilor de mediu dure sau a răspunsurilor imune antiparazitare/patogene ale gazdei [11]. Chitina poate fi detectată de sistemul imunitar înnăscut și are efecte imunomodulatoare asupra imunității adaptative, care vor fi discutate în această analiză.
Structură și proprietăți generale
Polimerii de chitină sunt sintetizați intracelular de către chitina-sintetază, translocați prin membrana plasmatică și se unesc pentru a forma cristalite rigide care, în cele din urmă, formează părțile chitinoase ale microorganismelor [13]. Chitina are trei alomorfe cristaline diferite, și anume α-chitina (forma cea mai răspândită), β-chitina și γ-chitina (care se găsește în ciuperci), care diferă toate prin orientarea microfibrilelor lor [14]. Chitinaza și β-N-acetilglucozaminidaza mediază hidroliza completă a chitinei în unități GlcNAc [15]. Ciupercile beneficiază de fibrele de chitină reticulate cu glucan pentru a-și consolida peretele celular. Miezul insolubil în alcalii al peretelui celular al Aspergillus fumigatus conține chitină asociată la β-1,3 glucani [16, 17], în timp ce insectele folosesc fibre reticulate de proteină-chitină în exoscheletul lor. Bacteriile și ciupercile secretă chitinaze și chitosanaze pentru a recicla cantități mari de chitină/chitosan în GlcNAc/GlcN [18]. Acarienii din praful de casă nu numai că beneficiază de chitină ca o componentă a peretelui lor celular, ci și eliberează chitină în mediul înconjurător, deoarece granulele lor fecale sunt acoperite cu materiale chitinoase [19]. Evitarea expunerii la chitină în mediul înconjurător este imposibilă din cauza cantităților mari de chitină produsă de microorganisme precum acarienii din praful de casă, care induc boli inflamatorii ale căilor respiratorii de tip T helper 2 (Th2), cum ar fi astmul la subiecții sensibilizați [20].
Sensibilizarea chitinei de către sistemul imunitar
Chitina/chitosanii sunt ținte potențiale de recunoaștere de către sistemul imunitar al mamiferelor, deoarece mamiferele nu dispun de astfel de biopolimeri în mod natural. Chitinazele de mamifere și proteinele asemănătoare chitinazelor (C/CLP), în urma expunerii la microbii purtători de chitină, se leagă de chitină, în timp ce chitinazele adevărate, cum ar fi chitinazele acide de mamifere și chitotriosidaza, pot, de asemenea, să degradeze activ chitina [21, 22]. FIBCD1, NKR-P1 și RegIIIc au fost identificați ca receptori de legare a chitinei la mamifere [18]. Mai mult, receptorul Toll-like (TLR) 2, dectin-1 (un receptor β-glucan care mediază dezvoltarea T helper de tip 17 (Th17) și, în consecință, recrutarea neutrofilelor) și receptorul de manoză participă, de asemenea, la medierea răspunsurilor imune la chitină [18, 23, 24]. Receptorul de mannoză (CD206) este cunoscut ca un receptor endocitar prezent în compartimentul endocitar de reciclare. Recunoașterea CD206 este dependentă de pH, în care, odată ce are loc o acidificare în compartimentul endosomal, receptorii de manoză se disociază de liganzii lor și receptorii goi se reciclează înapoi în membrana plasmatică [25] (Fig. 1). Semenuk și colegii săi au raportat NKR-P1, un receptor de suprafață din superfamilia C-lectinelor animale, prezent pe celulele natural killer (NK) care acționează ca receptor chito-oligomer [26].
[26].
Chitin-binding receptors from various superfamilies sense chitin fragments through different pathways and activate signaling. FIBCD1 binds chitin and directs acetylated components for degradation in the cytoplasmic endosomes through endocytosis. Dectin-1 through its signaling induces the respiratory burst and phagocytosis. TLR-2 signaling mediated by TIR domain results in inducing IL-12 and TNF production similar to Dectin-1. Mannose receptors participate in endocytosis of chitinous materials along with formation of endosomes. Mannose receptors in a pH-dependent manner dissociate from ligands and recycle back to the plasma membrane
Fig. 1
Receptorii de legare a chitinei din diferite superfamilii detectează fragmentele de chitină prin diferite căi și activează semnalizarea. FIBCD1 se leagă de chitină și direcționează componentele acetilate pentru degradare în endosomii citoplasmatici prin endocitoză. Dectin-1, prin semnalizarea sa, induce explozia respiratorie și fagocitoza. Semnalarea TLR-2 mediată de domeniul TIR are ca rezultat inducerea producției de IL-12 și TNF, similar cu Dectin-1. Receptorii de manoză participă la endocitoza materialelor chitinoase împreună cu formarea endosomilor. Receptorii de manoză se disociază de liganzi într-un mod dependent de pH și se reciclează înapoi în membrana plasmatică.
Activitatea de legare de chitină a RegIIIγ, o lectină de tip C secretată, și omologul său uman HIP/PAP sunt esențiale pentru funcția lor de proteine de recunoaștere a modelelor [27]. Schlosser și colab. au raportat că un receptor de chitină, FIBCD1, este structural ca o proteină transmembranară homotetramerică de tip II de 55 kDa. FIBCD1 este foarte bine exprimat în tractul gastrointestinal [28]. Descoperirile imunohistochimice au arătat că FIBCD1 are o localizare foarte polarizată pe suprafața apicală corespunzătoare marginii perii celulelor epiteliale ale intestinului subțire și gros. Acest grup a raportat, de asemenea, că FIBCD1 este o moleculă de legare a grupului acetil dependentă de calciu, capabilă să se lege de chitină, dar nu și de alte PAMP-uri [29]. La plante, CERK1 [30] și CEBiP (o proteină de legare a elicitorului de chitină) contribuie la semnalizarea chitinei [31]. În plus, s-a raportat că unele insecte, cum ar fi țânțarul Anopheles gambiae, posedă Sp22D, o protează modulară de legare a chitinei asociată cu hemococitele și hemolimfa [32].
Mai multe variabile fizice ale chitinei, inclusiv dimensiunea, forma, sursa și metoda de purificare, afectează recunoașterea imunitară, profilurile citokinelor și recrutarea celulelor inflamatorii [33, 34]. S-a raportat că tratarea prealabilă a șoarecilor cu particule purificate de chitină din C. albicans a îmbunătățit supraviețuirea acestora după infecția experimentală cu C. albicans. În acest experiment, activitatea candidacidală a macrofagelor peritoneale a fost îmbunătățită prin creșterea generării de specii reactive de oxigen [35]. Cu toate acestea, alte studii au raportat că chitina ultrapură din C. albicans nu a reușit să inducă un răspuns imunitar semnificativ atunci când a fost incubată cu celule mononucleare din sângele periferic uman [33]. Polimerii de chitină de dimensiuni mari (cum ar fi cei ai chitinei care conțin agenți patogeni) sunt inerți din punct de vedere biologic, în timp ce fragmentele mici de chitină s-au dovedit a induce în mod eficient răspunsuri imune. Răspunsurile antiparazitare din timpul expunerii au ca rezultat fragmentarea chitinei și inițierea răspunsurilor imune [11].
Chitina fungică ultrapurificată nu stimulează în mod direct producția de citokine din PBMC, dar fragmentele de chitină cu dimensiuni cuprinse între 40 și 70 μm au fost capabile să stimuleze producția de TNF-α printr-un mecanism independent de fagocitoză [36]. Fragmentele intermediare produse de activitatea catalitică a chitinazelor interacționează cu receptorii TLR-2, dectin-1 și mannoză de pe suprafața macrofagelor pentru a produce citokine proinflamatorii și mediatori care includ IL-17, IL-18, IL-23, TNF-α și LTB4, care la rândul lor stimulează producția de C/CLP. Mai mult, activitatea catalitică a AMCazei are ca rezultat producerea de fragmente mai mici care sunt detectate de Dectin-1 și care induc IL-10 și YKL-40 (cunoscute și sub numele de CHI3l1 și BRP-39) [11] (Fig. 2). Diferența în răspunsul inflamator provocat de fragmente de dimensiuni diferite s-ar putea datora utilizării unor combinații diferite de TLR2, dectin-1 și, într-o măsură mai mică, a receptorului de manoză și a fagocitozei pentru a activa căi de semnalizare distincte care reglează în mod diferențiat producția de TNF-α și IL-10 [37]. Da Silva et al. au studiat efectele stimulatoare ale expunerii la chitină asupra producției de IL-17 de către macrofage prin intermediul căii TLR [38]. Prin acest studiu asupra macrofagelor stimulate cu chitină de la șoareci de tip sălbatic și șoareci cu mutații nule ale MyD88, TLR-2 sau TLR-4, s-a arătat că MyD88 și TLR-2, dar nu TLR-4, au un rol esențial în capacitatea chitinei de a stimula IL-17AR [38].
Un fișier extern care conține o imagine, o ilustrație etc. Numele obiectului este nihms91212752f2.jpg
[38].
Large chitin polymers from chitin containing organisms are inert but under chitinolytic activity of AMCase produce intermediate fragments successfully sensed by chitin-binding receptors on the surface of macrophages. Each receptor depending on activation pathway induces specific cytokines
Fig. 2
Polimerii mari de chitină din organismele care conțin chitină sunt inerți, dar sub acțiunea chitinolitică a AMCase produc fragmente intermediare detectate cu succes de receptorii de legare a chitinei de pe suprafața macrofagelor. Fiecare receptor, în funcție de calea de activare, induce citokine specifice
Chitina și imunitatea înnăscută
Chitina este detectată de sistemul imunitar ca un PAMP prin intermediul unor receptori specifici legați de membrană și joacă un rol-cheie în apărarea împotriva agenților patogeni [39]. Exprimarea receptorilor de legare a chitinei pe suprafața celulelor imune înnăscute, cum ar fi macrofagele, le face pe acestea să fie celule principale în interacțiunile dintre chitină și sistemul imunitar. După ce celulele imune înnăscute detectează chitina ca PAMP, sunt declanșate diverse cascade de semnalizare moleculară pentru a modifica profilurile citokinelor și fenotipul celular. Peretele celular al A. fumigatus este format din β-glucan legat covalent (recunoscut de receptorul dectin-1 al lectinei de tip C), chitină, galactomanan și α-glucan, care sunt absente la mamifere și reprezintă ținte principale pentru recunoașterea ca PAMP de către PRR-urile din celulele gazdă. Activarea Dectin-1 promovează fagocitoza, producția de ROS și producția de citokine inflamatorii. Expunerea la chitină crește expresia de CCL2, IL-25, IL-33 și TLSP de către celulele epiteliale pulmonare pentru a induce celulele limfoide înnăscute de tip 2 (ILC2) să secrete citokine IL-5 și IL-13 care sunt esențiale pentru acumularea de eozinofile și macrofage activate alternativ sau M2 [40].
S-a raportat că secreția indusă de chitină a IL-17A și TNF-α de către macrofage este dependentă de calea TLR-2/MyD88 și, respectiv, dectin-1/TLR2 [34]. Administrarea intranazală de particule de chitină în plămân a activat macrofagele alveolare pentru a induce expresia citokinelor, inclusiv IL-12, factorul de necroză tumorală TNF-α și IL-18, ceea ce a dus la producerea de IFN-γ în principal de către celulele NK [11]. Mai mult, acest tratament cu chitină crește semnificativ explozia oxidativă a macrofagelor atunci când sunt stimulate ulterior in vitro cu acetat de miristat de forbol (PMA) [41]. Reese et al. au arătat capacitatea chitinei de a induce acumularea în țesuturi a celulelor imunitare înnăscute care exprimă IL-4, inclusiv eozinofile și bazofile, atunci când este administrată la șoareci. În aceste experimente, s-a raportat că chitina a mediat activarea alternativă a macrofagelor, sugerând că aceste celule ar putea reprezenta senzori pentru chitină în țesuturi. De asemenea, chitina poate spori funcțiile celulelor T, activitatea celulelor NK și producția de interferon (IFN-γ) de către celulele NK [2] .
Arginaza I (argI) este o genă semnătură indusă în macrofagele activate alternativ. Reese și colegii săi au generat șoareci care conțin un reporter de proteină fluorescentă galbenă îmbunătățită (eYFP) condus de IRES pentru a evalua capacitatea chitinei de a induce activarea alternativă a macrofagelor in vivo. În plămânii sau peritoneul șoarecilor raportori ArgI (șoareci YARG) nu au fost identificate macrofage pozitive eYFP în condiții de repaus, în timp ce în a 9-a zi după infecția cu N. brasiliensis, un număr mare de macrofage CD11b+, CD11c- și Gr1- pozitive eYFP au fost prezente în ambele țesuturi. Astfel, expunerea la chitină în timpul infecției parazitare determină acumularea de macrofage pozitive la arginază-I [42]. În urma expunerii la chitină, macrofagele exprimă adesea fenotipul activat alternativ sau markerii M2, caracterizați de Arg1, Ym1 (cunoscut și sub numele de chitinaza-like 3 sau Chil3 sau omologul factorului chemotactic al eozinofilelor), Fizz1, receptorul de mannoză, producția de IL-10 și chemokine precum CCL17 și CCL24 [43] și leucotrienul B4 care acționează ca chemoattractant al eozinofilelor [12]. Deși expunerea la chitină induce polarizarea M2 in vivo, macrofagele nu reușesc să dobândească un fenotip M2 in vitro atunci când sunt expuse la chitină și, în schimb, secretă TNF-α, sugerând că macrofagele au nevoie de un factor pentru polarizarea in vivo. Roy et al. au efectuat experimente in vivo și in vitro folosind linii celulare derivate din macrofage murine AMJ2-C11 și LA-4, precum și șoareci CCR2 și CCL2 knock-out (KO). Aceștia au raportat că celulele epiteliale CD326+ ale căilor respiratorii secretă CCL2 ca răspuns la chitină, care este un factor-cheie în activarea alternativă a macrofagelor și în inflamația alergică in vivo [44].
Celulele epiteliale alveolare de tip II (ATII), care sunt celule mici, de formă cuboidală, sunt esențiale pentru repararea alveolei lezate prin diferențierea în celule epiteliale alveolare de tip I [45]. Aceste celule ATII exprimă IL-33 în timpul infecției cu paraziți nematozi purtători de chitină, cum ar fi Strongyloides venezuelensis. IL-33 derivată din celulele ATII induce proliferarea ILC2 și le activează pentru a produce IL-5 și IL-13, care, în combinație, induc o inflamație eozinofilă în plămâni [46]. Citokinele epiteliale IL-25, IL-33 și TSLP activează celulele ILC2 pentru a produce niveluri ridicate de citokine Th2 IL-5 și IL-13. În plus, mastocitele și macrofagele eliberează PGD2 și leucotrien D4 (LTD4) și stimulează celulele ILC2 suplimentare [45]. IL-5 derivată din ILC2 stimulează activarea și supraviețuirea eozinofilelor, în timp ce IL-13 induce hiperreactivitatea căilor respiratorii și, împreună cu IL-9, promovează producția de mucus [47] (Fig. 3). Yasuda și colab. au demonstrat rolul IL-33 în inducerea eozinofiliei la administrarea de chitină la șoareci. Aceștia au demonstrat că numărul de celule ATII care exprimă IL-33 și nivelurile de proteine IL-33 au crescut în lichidul de lavaj bronhoalveolar al șoarecilor de tip sălbatic care se așteptau să dezvolte eozinofilie pulmonară după tratamentul cu chitină, în timp ce la șoarecii cu deficit de IL33 nu s-a observat nicio eozinofilie. Cercetătorii din acest studiu au investigat, de asemenea, dacă infecția cu S. venezuelensis a indus eozinofilie pulmonară fără ajutorul celulelor Th2, folosind șoareci WTși Rag2-/- (pentru a exclude contribuția celulelor T) infectați. Ambele tipuri de șoareci au prezentat în mod egal un număr crescut de celule ATII care exprimă IL-33 și au dezvoltat eozinofilie pulmonară; astfel, celulele imune adaptative nu sunt esențiale pentru acumularea de eozinofile indusă de IL-33 în plămâni [46].
46].
Infection by chitin-containing nematode results in the release of IL-33, IL-25, and TSLP from airway epithelium which activate ILC-2 cells. The later cells produce Th2 cytokines IL-4, IL-5, and IL-13 by which Th2 and eosinophil activation occur. Macrophage and mast cell contribute to further ILC2 activation by producing PGD2 and LTD4
Fig. 3
Infecția cu nematode care conțin chitină are ca rezultat eliberarea de IL-33, IL-25 și TSLP din epiteliul căilor respiratorii, care activează celulele ILC-2. Aceste din urmă celule produc citokine Th2 IL-4, IL-5 și IL-13 prin care are loc activarea Th2 și a eozinofilelor. Macrofagele și mastocitele contribuie la continuarea activării ILC2 prin producerea de PGD2 și LTD4.
Deoarece chitina este exprimată de microorganisme care sunt implicate în multe alergii cutanate, interacțiunile keratinocite-chitină pot fi importante în reglarea imunității epidermice. Koller și colegii săi au investigat bioactivitatea și răspunsurile de modulare a imunității înnăscute ale chitinei asupra keratinocitelor în urma expunerii la fragmente de chitină folosind atât linia celulară imortalizată de keratinocite HaCaT (care exprimă TLR1-5 și TLR10), cât și celulele HEK de keratinocite umane primare (care exprimă TLR2, TLR3, TLR5 și TLR9). Rezultatele lor au arătat că chitina induce secreția de CXCL8, IL-6 și TSLP într-un mod dependent de doză în ambele linii celulare de keratinocite. Blocarea TLR2 înainte de tratamentul cu chitină a abrogat producția de citokine inflamatorii induse de chitină. Evaluarea nivelurilor de expresie a genelor TLR sau NOD a arătat că chitina este un modulator puternic al receptorilor de recunoaștere a tiparelor, în special TLR4 [48] (Fig. 4). S-a demonstrat că macrofagele inițiază producția de IL-12, IL-18 și TNF-α, toate acestea fiind citokine de semnalizare extracelulară pentru producția de IFN-γ la fagocitarea bacteriilor, cum ar fi Mycobacterium bovis BCG ucis termic (HK) sau Propionibacterium parvum sau a produselor acestora, prin intermediul receptorilor de mannoză. Yoshimi et al. au utilizat fragmente de chitină de 1-10 μm pentru a imita proprietatea microbiologică a acesteia de a reduce inflamația alergică in vivo, care, în mod similar, ar putea fi recunoscute și ingerate de macrofage prin intermediul receptorilor de manoză. În modelele lor de șoareci, atât șoarecii BALB/c, cât și cei C57BL/6 au fost injectați cu alergen de ambrozie fără endotoxină, iar răspunsurile alergice au fost evaluate prin măsurarea nivelurilor de IgE și prin teste de stimulare a splenocitului ex vivo. S-a demonstrat că chitina stimulează celulele splinei de la șoarecii sensibilizați la ambrozie să producă IFN-γ și IL-10, dar nu IL-4 sau IL-5, ceea ce duce la o schimbare a răspunsurilor celulelor T helper în favoarea Th1. S-a demonstrat, de asemenea, că șoarecii tratați cu chitină au prezentat niveluri semnificativ reduse de IgE. Interesant este faptul că nivelurile IgE specifice ambroziei au fost, de asemenea, reduse semnificativ după tratamentul cu chitină, în timp ce nivelurile IgG2a specifice ambroziei au crescut. Provocarea alergenului de ambrozie la șoarecii imunizați la ambrozie a fost însoțită de migrarea limfocitelor, eozinofilelor și neutrofilelor în lichidul BAL, în timp ce tratamentul cu chitină a abrogat aceste efecte inflamatorii. Mai mult, în comparație cu grupul de control netratat cu chitină, inflamația peribronșică, perivasculară și totală a plămânilor a fost inhibată în grupul tratat cu chitină [49]. Wagener et al. au analizat în mod similar proprietățile imunologice ale chitinei purificate derivate din Candida albicans și au determinat că receptorul de manoză, NOD2 și TLR9 să recunoască chitina și să participe la medierea unui răspuns antiinflamator prin secreția citokinei IL-10 [50].
[50].
Expresia TLR și modelele de producție de citokine după expunerea la chitină pentru a evalua bioactivitatea chitinei
Chitosanul, cel mai studiat derivat de chitină, este capabil să activeze, de asemenea, inflammasomul NLRP3 în macrofagele derivate din măduva osoasă, ceea ce duce la inducerea unui răspuns robust la IL-1β. O astfel de proprietate de activare imunitară are implicații pentru chitosan în aplicațiile translaționale; de exemplu, utilizarea sa ca sistem de administrare a medicamentelor sau a vaccinurilor ar putea avea ca rezultat un răspuns inflamator puternic și țintit [51]. Chitina nu numai că activează celulele imunitare înnăscute, ci și sistemul complementar. Pentru a delimita mecanismul de activare a complementului indus de chitină, Roy et al. au adăugat chitină în ser în prezența anticorpului neutralizant împotriva C1q în scopul blocării căii clasice de activare sau împotriva factorului B pentru a bloca calea alternativă. În mod interesant, anticorpii neutralizanți împotriva factorului B, dar nu împotriva C1q, au blocat activarea complementului de către particulele de chitină din ser, sugerând că calea alternativă este mecanismul principal în activarea complementului în prezența chitinei [52].
Efectele imunomodulatoare ale chitinei alimentare asupra imunității înnăscute a doradei (Sparus aurata L.) au arătat că chitina este capabilă să crească activitatea de explozie respiratorie, activitatea complementului hemolitic natural și activitatea citotoxică, în timp ce nu a reușit să crească activitatea fagocitară și activitatea lizozimei serice [53]. Acarienii din praful de casă (HDM) sunt considerați ca fiind principala sursă de alergeni inhalați, cunoscuți pentru a induce boli inflamatorii ale căilor respiratorii de tip Th2, inclusiv astm la persoanele sensibilizate. S-a raportat că sensibilizarea căilor respiratorii cu chitină derivată din HDM plus OVA a intensificat inflamația căilor respiratorii indusă de OVA, fiind asociată cu o expresie crescută a citokinelor Th1, Th2 și Th17 în comparație cu OVA singur. Interesant, răspunsul celular Th2 specific OVA, intensificat de chitină, a fost abolit prin tratamentul cu chitinază. Se concluzionează, de asemenea, că chitina derivată din HDM sporește hipersensibilitatea căilor respiratorii la alergeni inhalați, prin intermediul căii dependente de TLR2. TNF-α indusă de chitină este, de asemenea, raportată ca un mediator cheie în dezvoltarea răspunsului celulelor Th2 la alergeni inhalați [20].
Chitina și imunitatea adaptivă
În timpul infecțiilor fungice, răspunsurile T helper de tip 1 (Th1) sunt în general protectoare, în timp ce răspunsurile Th2 duc la rezultate slabe ale bolii. O'Dea et al. au comparat răspunsurile T helper în aspergiloza experimentală folosind două izolate fungice cu conținut diferit de chitină, și anume Af293 și Af5517 (cu un conținut mai mare de chitină). Aceștia au constatat că celulele T CD4+ din lichidul de lavaj bronhoalveolar al șoarecilor aspiranți Af5517 au prezentat o secreție scăzută de IFN-γ, dar o creștere a interleukinei-4. Mai mult, recrutarea eozinofilelor a fost corelată cu nivelul de expunere la chitină în timpul germinării fungice și a fost diminuată de expresia constitutivă a chitinazei pulmonare [54]. Cel mai recent, Wiesner și colab. au studiat răspunsurile Th2 la infecția criptococică și au furnizat noi dovezi că chitina este implicată în imunitatea fungică pulmonară specifică. Ei au raportat că recunoașterea chitinei prin chitotriosidază duce la inițierea diferențierii celulelor Th2 dăunătoare prin contribuția celulelor dendritice CD11b + rezidente în plămâni ca răspuns la infecția fungică pulmonară. În timpul infecției lor experimentale criptococice la șoareci, activitatea chitinazei în omogenatele pulmonare a fost semnificativ crescută în comparație cu controalele.
Pentru a testa ipoteza că boala asociată celulelor Th2 depinde de chitinaze, acești cercetători au infectat șoareci de tip sălbatic, Chit1KO și AMCaseKO cu C. neoformans și au cuantificat răspunsul celulelor Th2. Aceștia au constatat că șoarecii Chit1KO infectați, în comparație cu martorii WT, aveau de zece ori mai puține celule Th2 în plămâni, în timp ce deficitul de AMCase nu a avut niciun impact asupra numărului de celule Th2 [55]. Microparticulele de chitină (CMP) au fost, de asemenea, raportate de Nagatani et al. ca având efecte pozitive în controlul inflamației intestinale. Aceștia au administrat CMP-uri (1,5 mg/zi/oral) sau PBS la modele de colită acută și cronică la fiecare 3 zile la șoareci C57Bl/6 WTși C57Bl/6 TCRαKO la vârsta de înțărcare. Acest grup a indus colita folosind dextran sulfat de sodiu (DSS) la șoarecii C57Bl/6 IL-10 reporter și ulterior a sacrificat șoarecii în ziua 12 după administrarea DSS pentru evaluarea histologică a țesuturilor intestinale. Celulele splenice, ale ganglionului limfatic mediastinal (MLN) și ale colonului au fost analizate prin citometrie în flux pentru producția de CD4 și IFN-γ. Celulele dendritice derivate din măduva osoasă de șoarece (JAWSII) au fost, de asemenea, incubate cu 100 μg de CMP și utilizate ca celule prezentatoare de antigen pentru testul de stimulare CD4+ in vitro. Aceștia au raportat că celulele T CD4+ derivate din ganglionul limfatic mediastinal (MLN) de la șoarecii TCRαKO tratați cu CMP au produs o cantitate de șapte ori mai mare de IFN-γ în prezența celulelor dendritice de șoarece (DC) și a CMP, în comparație cu șoarecii de control tratați cu PBS. Creșterea IFN-γ prin administrarea orală de CMPs a ameliorat colita acută indusă de DSS. Mai mult, a existat o producție de IL-10 în colonul inflamat [56].
Bae și colab. au investigat rolul chitinei și al chitosanului în inhibarea răspunsurilor alergice alimentare la arahide. Aceștia au tratat șoareci C3H/HeJ cu α-chitină, β-chitină și β-chitosan timp de 6 săptămâni, începând cu o săptămână înainte de sensibilizarea la arahide. Aceștia au evaluat simptomele alergice la 30-40 de minute după provocarea orală cu alune întregi măcinate (GWP) și au raportat capacitatea chitinei și a chitosanului de a suprima simptomele de anafilaxie din cauza hipersensibilității induse de alune. Mai mult, nivelurile de IgE specifice arahidelor au fost reduse la șoarecii tratați cu α-chitină și β-chitosan. Profilul citokinelor din splenocitele cultivate obținute de la șoareci a arătat că grupul de chitină și chitosan a produs niveluri mult mai scăzute de IL-5 și IL-10, citokine Th2 critice în infiltrarea și activarea eozinofilelor [57].
Chitina și chitinazele
Atât chitina, cât și chitinazele au fost raportate ca fiind implicate în răspunsurile imune ale gazdei împotriva microbilor într-o gamă largă de organisme, inclusiv plante, insecte și mamifere [58]. Mamiferele, inclusiv oamenii, în ciuda lipsei biosintezei chitinei, exprimă chitinaze, dintre care Chit1 și AMCase posedă activitate chitinolitică [59]. Chitinazele mamiferelor active din punct de vedere enzimatic (posedă activitate endo/exochitinază pentru a hidroliza legăturile β-1,4 din chitină) [60, 61] și CLP aparțin familiei 18 glicozilhidrolaze care conțin un domeniu de legare a chitinei [62]. CLP, spre deosebire de adevăratele chitinaze, nu posedă domeniul tipic de legare a chitinei care conține șase reziduuri de cisteină, dar totuși se pot lega de chitină cu o afinitate ridicată [63]. Chitinazele sunt, de asemenea, importante în modularea răspunsului imunitar. Secreția crescută de chitinaze este strâns asociată cu condițiile fiziopatologice dominate de celulele T-helper de tip 2 (Th2), inclusiv infecția, fibroza, alergia și astmul [64, 65]. Expunerea la chitină stimulează direct expresia mediatorilor pro-Th2 AMCase și eotaxina-3 în culturile de celule epiteliale sinuzale [66]. Datorită funcției lor enzimatice, sunt produse fragmente de chitină de diferite dimensiuni care declanșează receptorii de recunoaștere a tiparelor (PRR) ai imunității înnăscute pentru a induce factorul de necroză tumorală TNF-α, IL-17 și/sau IL-10 [21]. Cu toate acestea, unii paraziți fungici, cum ar fi Magnaporthe oryzae, eludează sistemul imunitar al plantelor prin mascarea chitinei cu β-1,3-glucan care interferează cu digestia enzimatică a chitinei [67]. Diferiți agenți patogeni fungici, cum ar fi Cladosporium fulvum, secretă efectorii LysM (proteine cu motive de lizină) pentru a curăța fragmentele de chitină și a evita astfel recunoașterea de către receptorii imuni ai gazdei [68].
Aplicație imunologică
Activitatea imunologică a derivaților de chitină și efectul lor ca adjuvant au fost evaluate cu aproape trei decenii în urmă [69, 70]. Ulterior, efectul adjuvant Th1 al microparticulelor de chitină în inducerea imunității specifice virale a fost raportat de Hamajima și colab. [64]. Da Silva et al. au studiat proprietățile adjuvante ale chitinei pentru a induce răspunsuri imune adaptative Th2, Th1 și Th17 folosind modele in vivo și in vitro. Aceștia au folosit cinci grupuri de șoareci, inclusiv șoareci cu deficiențe TLR2-, TLR4-, MyD88-, IL17A și șoareci C57BL/6 de tip sălbatic ca grup de control. Șoarecii au primit două injecții intraperitoneale de chitină plus ovalbumină (OVA) sau alun plus OVA pentru a compara activitatea adjuvantă a chitinei. Atât alunul, cât și chitina s-au dovedit a fi în mod similar adjuvanți pentru inflamația indusă de OVA în BAL și țesuturi, infiltrarea eozinofilică și inducerea de IgE specifice OVA. MyD88 și IL-17 au jucat un rol esențial în răspunsurile mediate de chitină, în timp ce TLR2 a avut un rol mai limitat, cu o scădere modestă a răspunsurilor legate de alun atunci când TLR2 nu era prezent. Cu toate acestea, efectele adjuvante ale chitinei în proliferarea celulelor T au fost mediate de TLR2. Producția indusă de IL-4, IL-5 și IL-13 a fost observată atât la celulele T cu OVA/chitină, cât și la cele cu OVA/alum. Interesant, capacitatea adjuvantă a chitinei a fost complet abrogată la șoarecii IL-17A null. Cercetările ulterioare au arătat, de asemenea, că calea dependentă de TLR2 care implică IL-17A mediază efectele adjuvante ale chitinei [71] (Fig. 5). Chitosanul a fost, de asemenea, studiat pe scară largă ca adjuvant în vaccinurile pe bază de ADN și proteine [72]. În acest sens, chitosanul beneficiază de multiple mecanisme care includ protecția antigenului, formarea de depozite, absorbția și prezentarea îmbunătățită a antigenului și modularea directă a răspunsurilor imune pentru capacitatea sa de adjuvant atunci când este utilizat în vaccinuri injectabile și mucoase [73].
[73].
Adjuvant property of chitin assessed using TLR2, TLR4, MyD88, IL-17A null mice, and control C57BL/6. In vivo and in vitro investigations were carried on each group after being exposed with alum or chitin fragments. MyD88 and IL-17 were found to have a key role in chitin responses. Further cytokine assays revealed that chitin possess a high capacity to act as adjuvant to induct adaptive Th2, Th1, and Th17 immune responses
Fig. 5
Proprietatea adjuvantă a chitinei evaluată folosind șoareci TLR2, TLR4, MyD88, șoareci IL-17A null și șoareci C57BL/6 de control. Investigațiile in vivo și in vitro au fost efectuate pe fiecare grup după ce a fost expus cu alun sau fragmente de chitină. S-a constatat că MyD88 și IL-17 au un rol esențial în răspunsurile la chitină. Alte teste de citokine au arătat că chitina are o capacitate ridicată de a acționa ca adjuvant pentru a induce răspunsuri imune adaptative Th2, Th1 și Th17.
Implicații clinice ale chitinei
O mare varietate de implicații medicale pentru chitină și derivatul său deacetilat chitosan au fost raportate în ultimele decenii [74]. S-a demonstrat că suturile realizate din chitină rezistă la atacul în bilă, urină și suc pancreatic. Mai mult, mai multe pansamente patentate pentru plăgi, inclusiv Beschitin W, compus din țesătură nețesută de chitină, au fost raportate ca fiind benefice în practica clinică [75]. Ingineria tisulară beneficiază de chitină sub diverse forme, inclusiv hidrogeluri, schele fibroase sau bureți poroși, în interiorul cărora ar putea fi cultivate tipurile de celule adecvate în scopul reparării părților lezate ale corpului [76]. Activitatea antimicrobiană a chitinei și a derivaților săi împotriva bacteriilor, drojdiilor și ciupercilor a primit o atenție considerabilă în ultimii ani. Printre mecanismele propuse pentru activitatea antimicrobiană se numără liza celulară, ruperea barierei membranei citoplasmatice și chelarea cationilor de oligoelemente metalice de către chitosan [77]. În plus, unii derivați de chitină au fost investigați pentru capacitatea lor de eliberare a medicamentelor. Nanoparticulele de carboximetilchitină (CMC), de exemplu, au fost aplicate cu succes în eliberarea susținută și controlată a 5-fluorouracilului la pH 6,8 [78]. În plus, caracterizarea biologică unică a chitinei și a derivaților săi a dus la găsirea de noi aplicații medicale. De exemplu, chitina și în special chitosanul acționează ca inhibitori ai enzimei de conversie a angiotensinei, enzima asociată cu hipertensiunea [79]. Este interesant faptul că chitosanul, datorită proprietății sale de legare a grăsimilor, interferează în mod activ cu absorbția lipidelor alimentare din tractul gastrointestinal. În plus, s-a raportat că acesta crește concentrațiile serice de leptină, scăzând în același timp proteina C reactivă (CRP), marker sensibil al inflamației [80].
Concluzie
Semnificația chitinei și a derivaților săi asupra răspunsurilor imune nu a fost pe deplin apreciată. Astfel de răspunsuri reflectă nu numai chitina, ci și chitinazele și proteinele asemănătoare chitinazei în timpul expunerii naturale sau experimentale, fiecare cu propriile mecanisme de inducere și de reglare a răspunsurilor imune. Există multe aspecte ale interacțiunilor dintre chitină și sistemul imunitar care nu sunt încă bine înțelese. Receptorii de chitină de pe celulele mieloide care induc un răspuns fagocitar nu au fost încă definitiv identificați. Mai mult, este posibil ca chitina insolubilă, în lungime completă, să nu fie recunoscută de receptori, dar subprodusele solubile ale digestiei chitinei pot fi recunoscute. Efectele diferențiate ale interacțiunii dintre chitină și receptorii de chitină asupra modulării imunitare necesită mai multă explorare. În majoritatea studiilor de imunologie a chitinei s-a utilizat chitina din crustaceele comerciale, iar cunoștințele noastre rămân incomplete în ceea ce privește alte surse de chitină, cum ar fi chitina fungică, în studii similare. Rezultatele obținute din fiecare sursă de chitină pot fi diferite de celelalte din cauza diferențelor structurale ale acestora, ca urmare a atașării variabile a chitinei la alte materiale active din punct de vedere imunologic. Chitina fungică este structural legată de glucani și proteine glicozilate care declanșează și modifică puternic răspunsurile înnăscute specifice. În mod natural, chitina din microorganisme este legată de alte componente ale peretelui celular, iar eliminarea acestora implică un proces dificil. Lipsa unor metode noi de purificare a chitinei poate explica datele contradictorii din literatura de specialitate privind răspunsurile imune la chitină. Distribuția largă a chitinei face ca expunerea la aceasta să fie inevitabilă; cu toate acestea, evitarea expunerii la chitină trebuie să fie investigată.
Mergeți la:
Abrevieri
PAMP Pathogen-associated molecular pattern (model molecular asociat cu agenții patogeni)
PBMC Celule mononucleare din sângele periferic
AMCase Chitinaza acidă de mamifere
Chit1 Chitotriosidază
CLP Proteine asemănătoare chitinazei
Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu
Rețineți: Numai membrii acestui blog pot posta comentarii.