Articles

The Role of RSV Infection in Asthma Initiation and Progression: Findings in a Mouse Model

Abstract

Respiratory syncytial virus (RSV) jest częstą przyczyną ciężkich chorób dolnych dróg oddechowych (bronchiolitis i zapalenie płuc) w okresie niemowlęcym i wczesnego dzieciństwa. Istnieje coraz więcej dowodów wskazujących, że ciężka choroba płuc spowodowana zakażeniem RSV w okresie niemowlęcym jest związana z nawracającym świszczącym oddechem i rozwojem astmy w późniejszym dzieciństwie. Jednak podstawowe mechanizmy łączące zakażenie RSV z trwałą nadreaktywnością i dysfunkcją dróg oddechowych nie są w pełni zdefiniowane. Aby zbadać te procesy w sposób niedostępny u ludzi, stworzono modele zwierzęce, które dostarczyły cennego wglądu w patofizjologię choroby wywołanej przez RSV. W tym artykule omawiamy eksperymentalne modele zakażenia RSV u myszy i podkreślamy nowe podejście badawcze, w którym myszy są początkowo zakażane jako noworodki, a następnie ponownie zakażane w późniejszym okresie życia. Odkrycia rzucają światło na mechanizmy leżące u podstaw związku między wczesną ciężką infekcją RSV a rozwojem astmy w późniejszym dzieciństwie.

1. Introduction

Respiratory syncytial virus (RSV) jest główną przyczyną wirusowych infekcji dolnych dróg oddechowych (bronchiolitis i zapalenie płuc) w okresie niemowlęcym i wczesnodziecięcym na całym świecie. Około 65% dzieci ulega zakażeniu RSV w ciągu pierwszego roku życia, a prawie wszystkie dzieci są zakażone przynajmniej raz do 2 roku życia. Zwraca uwagę fakt, że ponowne zakażenie jest częste w każdym wieku, jednak możliwości terapeutyczne są ograniczone i w pewnym stopniu nieskuteczne.

Niemowlęta hospitalizowane z RSV-associated bronchiolitis są na zwiększone ryzyko nawracającego świszczącego oddechu i astmy w późniejszym dzieciństwie . Jednak u pacjentów niehospitalizowanych związek ten jest mniej wyraźny i rzeczywiście inne wirusy, takie jak rhinowirusy, również wykazały cechy predysponujące. Podstawowe mechanizmy odpowiedzialne za interakcje między zakażeniem RSV a rozwojem astmy są kontrowersyjne. Ogólnie rzecz biorąc, zwierzęce modele choroby dają możliwość zajęcia się takimi kwestiami, jak mechanizmy leżące u podstaw choroby lub potencjalne interwencje terapeutyczne, które są niemożliwe do zbadania u ludzi, zwłaszcza gdy populacja docelowa jest bardzo młoda. Ze względu na zmienne konsekwencje zapalenia oskrzeli wywołanego RSV, szczególnie u predysponowanych atopowych i nieatopowych niemowląt, opracowano modele zwierzęce próbujące naśladować warunki kliniczne. Tutaj krótko omawiamy mysie modele zakażenia RSV i nowy model badawczy z noworodkowo zakażonymi myszami, który może wyjaśnić mechanizmy leżące u podstaw związku między wczesnym ciężkim zakażeniem RSV i rozwojem astmy w późniejszym dzieciństwie.

2. Zwierzęce modele choroby RSV

Wiele gatunków zostało wykorzystanych do opracowania zwierzęcych modeli ludzkiej choroby RSV, w tym szympansy, cielęta, szczury bawełniane, świnki morskie, fretki, chomiki i myszy. Każdy z tych modeli ma zarówno nieodłączne zalety, jak i wady. Żaden pojedynczy model zwierzęcy nie powiela wszystkich form choroby związanej z RSV u ludzi. Przy wyborze odpowiedniego modelu zwierzęcego należy wziąć pod uwagę dwa czynniki. Po pierwsze, gatunek zwierzęcia powinien być podatny na wirusa, umożliwiając zakażenie i replikację. Po drugie, model zwierzęcy powinien odzwierciedlać przynajmniej niektóre aspekty choroby ludzkiej. Modele zwierzęce przyczyniły się w pewnym stopniu do zrozumienia patogenezy zakażenia RSV i były najbardziej przydatne w testowaniu leków hamujących replikację wirusa. Modele mysie są najszerzej stosowane, ponieważ a) z immunologicznego punktu widzenia myszy są najlepiej scharakteryzowanymi zwierzętami i dostępna jest duża pula odczynników immunologicznych, b) rozmiar ich ciała jest niewielki, a okres hodowli krótki, więc eksperymenty mogą być przeprowadzane w sposób efektywny pod względem kosztów i czasu, (c) wygenerowano szeroki wachlarz myszy manipulowanych genami (transgeniczne lub nokautujące szczepy myszy), które pozwalają na bezpośrednią ocenę roli pojedynczych genów lub powiązanych białek w rozwoju choroby, i (d) modele mysie są szeroko stosowane do badania astmy, co jest zaletą w badaniu interakcji między infekcją RSV i alergiczną odpowiedzią dróg oddechowych.

RSV jest ujemnie-sensownym, jednoniciowym wirusem RNA z podrodziny paramyxovirus pneumovirinae. Pojedynczą największą wadą stosowania modeli mysich do badań nad ludzkim patogenem RSV jest to, że pneumowirusy są bardzo ograniczone do swoich naturalnych gospodarzy. Ludzki RSV nie jest naturalnym patogenem gryzoni; dlatego też, aby osiągnąć nawet umiarkowany stopień replikacji wirusa, wymagane jest duże inokulum wirusa. U najbardziej tolerancyjnych szczepów myszy, takich jak BALB/c, do uzyskania produktywnego zakażenia wymagane jest zakażenie przy użyciu inokulum (1-10 milionów jednostek tworzących płytki (pfu)) ludzkiego RSV typu dzikiego (WT) szczepu A2 lub szczepu długiego WT. Wysoka dawka (107-108 pfu) może spowodować ciężkie zapalenie pęcherzyków płucnych z zapaleniem płuc, podczas gdy niższa dawka (105-106 pfu) powoduje głównie zapalenie oskrzeli, bez zapalenia pęcherzyków płucnych lub zapalenia płuc. Z tych powodów niektóre grupy używają pneumonia virus of mice (PVM), mysiego odpowiednika ludzkiego RSV. Ponieważ PVM jest naturalnym patogenem gryzoni, do wywołania infekcji potrzebna jest znacznie mniejsza liczba wirionów. PVM replikuje się do wysokiego miana w płucach myszy, ale może wywołać ciężką chorobę ze znaczną śmiertelnością u immunokompetentnych gospodarzy, co jest rzadko spotykane u ludzi. Już 2 pfu wywołuje zakażenie dróg oddechowych, ~30 pfu wywołuje produktywne zakażenie z ciężkim zapaleniem oskrzeli, a 300 pfu prowadzi do szybkiej śmierci. Jednak terapie przeciwwirusowe specyficzne dla wirusów ludzkich (np. przeciwciała neutralizujące) nie mogą być testowane w tych modelach wykorzystujących wirusy inne niż ludzkie.

Większość badań z modelami mysimi została zainicjowana przez inokulację donosową ludzkiego RSV. Replikacja wirusa, zapalenie dróg oddechowych, odporność wrodzona i adaptacyjna oraz reaktywność dróg oddechowych są mierzone w różnych punktach czasowych po zakażeniu RSV. Replikacja wirusa w płucach zwykle osiąga szczyt 3-4 dni po zakażeniu, a klirens jest zwykle osiągany przez 2-3 tygodnie po inokulacji. Ostatnio jednak wykazano, że RNA RSV utrzymywało się w homogenatach płuc przez 100 dni lub dłużej. Znaczenie takiego utrzymywania się wirusa nie jest jasne i nie wiadomo, czy utrzymujący się wirus może wywołać jakąkolwiek formę przewlekłej choroby dróg oddechowych. Ogólnie rzecz biorąc, zakażenie RSV może indukować wydzielanie cytokin, takich jak IFN-γ, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12, IL-13, oraz chemokin, takich jak CCL2, CCL3, CCL5, CXCL10 i KC . Infekcja RSV indukuje również wytwarzanie lipidowych mediatorów zapalenia, takich jak leukotrieny cysteinylowe. W ostrej infekcji RSV bierze udział wiele komórek odpornościowych i zapalnych, w tym neutrofile, komórki dendrytyczne (DCs), makrofagi, komórki NK (natural killer), komórki NKT (natural killer T), limfocyty T i eozynofile. Uznano, że odpowiedź immunologiczna gospodarza na RSV jest odpowiedzialna za znaczną część zmian patofizjologicznych wywołanych przez RSV. W kontekście tej dyskusji, infekcja RSV indukuje nadreaktywność dróg oddechowych (AHR) na wdychaną metacholinę (MCh). Schwarze i wsp. wykazali, że ostra infekcja RSV u myszy powoduje AHR oraz zapalenie neutrofilowe i eozynofilowe. Odpowiedź ta jest związana z dominującą produkcją cytokin typu Th1 z komórek węzłów chłonnych okołobronchialnych in vitro. Rozwój AHR na wziewną MCh osiągnął szczyt w 7 dniu po zakażeniu RSV, a 14-21 dni po zakażeniu RSV, AHR ustąpiła do poziomu wyjściowego. Wykazano, że uszkodzenie komórek nabłonka, zapalenie i szlaki neuronalne są zaangażowane w AHR wywołaną RSV u myszy .

Rozmiar i czas trwania histopatologii płuc może się różnić w zależności od wybranego modelu. Przy interpretacji danych z tych różnych modeli należy wziąć pod uwagę szereg czynników: (a) dawka inokulum wirusa, (b) szczep i czystość wirusa: preparat wirusa powinien być oczyszczony i inokulowany bez czynników pochodzących z hodowli (cytokin, chemokin, itp.), które mogłyby potencjalnie modyfikować odpowiedź gospodarza na wirusa. (c) Droga inokulacji: w większości badań RSV podawany jest donosowo, ale w niektórych modelach zwierzęcych RSV podawany jest dotchawiczo. Inokulacja dotchawicza może wymagać niższej dawki RSV w celu uzyskania podobnej histopatologii płuc. (d) Stosowany szczep myszy: Myszy BALB/c są najczęściej stosowanym szczepem, ponieważ wydają się być najbardziej tolerancyjne dla ludzkiego RSV. Myszy BALB/c są jednak zwykle bardziej biegłe w wytwarzaniu odpowiedzi Th2 niż inne szczepy, takie jak myszy C57BL/6 . (e) Ostatnim czynnikiem jest wiek myszy w momencie inokulacji wirusa.

3. mysie modele astmy

Astma jest złożonym zespołem o nieznanej etiologii. Modele mysie są najczęściej stosowanym modelem zwierzęcym do badania patogenezy astmy. Astma doświadczalna jest zwykle wywoływana przez wstępne ogólnoustrojowe uczulenie na alergen wraz z ałunem jako adiuwantem, po którym następuje prowokacja dróg oddechowych aerozolizowanym alergenem przez 1-9 dni w modelach ostrych i przez 5-9 tygodni w modelach przewlekłych. W modelach tych mogą być stosowane różne szczepy myszy (o różnej wrażliwości). Ponadto, sposób uczulania (z adiuwantem lub bez), droga uczulenia (uczulenie ogólnoustrojowe lub miejscowe w drogach oddechowych) oraz częstość i czas trwania prowokacji alergenem w drogach oddechowych mogą być różne, co prowadzi do identyfikacji różnych ścieżek i mechanizmów, które być może odzwierciedlają heterogeniczność astmy u ludzi.

Aby zbadać interakcję infekcji RSV i astmy, te eksperymentalne modele astmy są połączone z infekcją RSV, przed lub po wyzwoleniu alergenem, odkrywając mechanizmy, dzięki którym infekcje wirusowe mogą przyczynić się do patofizjologii astmy.

4. Efekty wcześniejszego narażenia na alergeny dróg oddechowych na odpowiedzi dróg oddechowych wywołane RSV

Po infekcji RSV, większość osób rozwija łagodne objawy, które są zwykle ograniczone do górnych dróg oddechowych. Jest to w przeciwieństwie do osób z chorobami podstawowymi, takimi jak astma, gdzie wirus może wykorzystać wadliwą odpowiedź przeciwwirusową i rozprzestrzeniać się do dolnych dróg oddechowych, gdzie pośredniczy w uszkodzeniu tkanek i zapaleniu. Może to skutkować przesadną reakcją zwężonych dróg oddechowych zarówno na alergeny, jak i na bodźce nieswoiste. Rzeczywiście, infekcja wirusowa jest najczęstszą przyczyną zaostrzenia astmy .

We wcześniejszych badaniach, gdy myszy BALB/c były wcześniej narażone na OVA przez drogi oddechowe, a następnie zakażenie RSV, stopień AHR był znacznie zwiększony i był związany ze zwiększonym odsetkiem limfocytów T produkujących cytokiny Th2 (IL-4, IL-5). Odpowiedź ta była również związana ze zwiększoną akumulacją eozynofilów, neutrofilów i komórek T CD8+ w płucach. Wyniki te sugerują, że ekspozycja na alergeny dróg oddechowych przed zakażeniem RSV może predysponować uczulonych gospodarzy do większego stopnia AHR indukowanego RSV i zapalenia dróg oddechowych. Podobnie, przy użyciu innego czynnika wyzwalającego, ultradrobnych cząstek sadzy (CB), Lambert i wsp. wykazali synergistyczny efekt ultradrobnych cząstek CB z infekcją RSV na rozwój zapalenia dróg oddechowych i AHR u myszy BALB/c . Dane te wskazują, że wcześniejsza ekspozycja na alergen u uczulonego gospodarza może prowadzić do nasilenia odpowiedzi immunologicznej zdominowanej przez Th2 przeciwko RSV. Wśród cytokin Th2 uwalnianych po zakażeniu RSV u zwierząt „alergicznych”, IL-4, IL-5 i IL-13 są zaangażowane w rozwój eozynofilii w drogach oddechowych i AHR.

5. Effects of Initial RSV Infection on Subsequent Airway Allergic Responses

Wydaje się, że zakażenie RSV, szczególnie u dzieci poniżej 1 roku życia z ciężkim zapaleniem oskrzeli wymagającym hospitalizacji, ma silny związek z rozwojem astmy alergicznej. Trwającą debatą, która pozostaje nierozstrzygnięta jest to, czy RSV może wywołać astmę i czy odpowiedź jest inna u atopowych w porównaniu do nieatopowych niemowląt. Z pewnością obecność przeciwciał IgE przeciwko RSV jest związana z cięższym przebiegiem choroby. Rozwój strategii klinicznych jest na wiele sposobów związany z naszym myśleniem. Na przykład, zapobieganie infekcji dolnych dróg oddechowych RSV, przy użyciu terapii przeciwciałami monoklonalnymi anty-RSV, wykazało pewne korzyści w „zapobieganiu” astmie w niektórych, ale nie wszystkich badaniach. Jeśli RSV jest rzeczywiście inicjatorem astmy, to interwencje prewencyjne RSV mogą zmniejszyć lub, co najmniej, opóźnić początek astmy. Takie interwencje mogą być najbardziej skuteczne wśród osób genetycznie predysponowanych do cięższej infekcji RSV i astmy. Ostatnie badania wykazały, że profilaktyka RSV u dzieci nieatopowych zmniejsza względne ryzyko nawracającego świszczącego oddechu aż o 80%, ale ma niewielki lub żaden efekt u niemowląt z atopowym wywiadem rodzinnym. Wyniki te, choć wymagają jeszcze potwierdzenia, sugerują, że RSV może predysponować do nawracającego świszczącego oddechu w sposób niezależny od atopii. Dwa ostatnie badania kliniczne dotyczące związku przyczynowego między infekcją RSV u niemowląt a astmą doszły do różnych wniosków. Wu i współpracownicy stwierdzili, że 4-miesięczne niemowlęta w szczycie zimowego wirusa, co oznacza, że prawdopodobnie były narażone na cały sezon RSV w wieku, w którym były najbardziej podatne na rozwój ciężkiej choroby związanej z RSV, miały zwiększone ryzyko zapalenia oskrzeli w niemowlęctwie, a następnie astmy w dzieciństwie. Z kolei Thomsen i współpracownicy, wykorzystując duży zbiór danych 8 280 par bliźniąt w Danii, stwierdzili, że związek między RSV a astmą był zasadniczo spowodowany wspólną predyspozycją genetyczną. Jednak oba badania ucierpiały z powodu nieodpowiedniej fenotypowej definicji zakażenia RSV i astmy i nie rzuciły więcej światła na toczącą się debatę.

Pomimo wielu ograniczeń badań na zwierzętach, można przeprowadzać kontrolowane eksperymenty w celu bezpośredniego określenia wzajemnego oddziaływania między RSV a uczuleniem alergicznym i rozwojem fenotypu astmopodobnego. Kiedy RSV jest podawany po ekspozycji na alergen, kombinacja ta powoduje rozwój AHR w większym stopniu, jak opisano powyżej. Barends i wsp. wykazali, że infekcja RSV podczas fazy prowokacji alergenem zwiększyła płucną ekspresję cytokin Th2, zmiany patologiczne płuc i AHR, ale nie odpowiedzi Th1. Ta sama grupa wykazała ponadto, że czas zakażenia RSV był krytyczny dla takich wzmocnionych RSV odpowiedzi alergicznych. Kiedy układ odpornościowy był stymulowany Th2 przez alergen (tj. OVA), zaszczepienie RSV wzmocniło reakcje alergiczne. Jest to zgodne z istotnymi klinicznymi i epidemiologicznymi dowodami, że infekcja RSV wywołuje zaostrzenia astmy. Silne powiązania między infekcją wirusową a ostrym zaostrzeniem astmy wykazano w około 80% przypadków u dzieci i 70% u dorosłych.

Jednakże, gdy infekcja RSV poprzedza ekspozycję na alergeny dróg oddechowych, wyniki eksperymentalne są niespójne. W metodzie, w której aerozolizacja OVA rozpoczęła się 10 dni po zakażeniu RSV u myszy BALB/c, Schwarze i wsp. wykazali, że u myszy uczulonych na OVA przez drogi oddechowe po zakażeniu RSV wystąpił zwiększony AHR oraz płucne zapalenie eozynofilowe i neutrofilowe, związane z dominującą produkcją cytokin typu Th2. Ponadto, leczenie przeciwciałem anty-IL-5 znosiło AHR i eozynofilowe, ale nie neutrofilowe zapalenie zarówno w grupie zakażonej RSV, jak i w grupie zakażonej RSV, po której nastąpiła ekspozycja na OVA. Freihorst i wsp. wykazali istotnie wyższe IgG swoiste dla OVA u myszy BALB/c zakażonych RSV i poddanych ekspozycji na alergen niż u myszy kontrolnych niezakażonych i poddanych ekspozycji na OVA. Podobne wyniki uzyskano u świnek morskich i cieląt. Z kolei Peebles i wsp. wykazali, że zakażenie RSV przed uczuleniem chroniło przed rozwojem indukowanego alergenem AHR i alergicznego zapalenia dróg oddechowych. Liu i Kimura zaobserwowali podobne wyniki przy użyciu pyłku cedru japońskiego (JCP) jako alergenu. Te rozbieżności mogą odzwierciedlać złożoność infekcji RSV, różnice między szczepami wirusa i podejście do infekcji, które mogą prowadzić do różnic w zakresie odpowiedzi Th1 i Th2. Tło genetyczne myszy, wiek w momencie infekcji lub ekspozycji na alergen, wcześniejsza ekspozycja na RSV lub infekcje alergenowe lub mikrobiologiczne mogą przyczyniać się do różnic w równowadze Th1/Th2. Łącznie dane te sugerują, że odpowiedź dróg oddechowych na alergen może zależeć od stanu immunologicznego gospodarza wywołanego wcześniejszym zakażeniem RSV.

Aby dokładniej naśladować sytuację kliniczną u ludzi, niektóre grupy zastosowały podejście, w którym myszy BALB/c były noworodkowo zakażone PVM, po czym nastąpiło uczulenie na OVA i wyzwanie, ale po tym, jak drogi oddechowe były w pełni wyleczone z zakażenia wirusem. W tym modelu stwierdzono, że zakażenie wirusem we wczesnym okresie życia lub uczulenie na alergen i wyzwanie były niezależnymi zmiennymi mogącymi przyczynić się do rozwoju astmy dziecięcej i że te interakcje między zakażeniem wirusem we wczesnym okresie życia i uczuleniem na alergen/wyzwaniem były niezbędne do pełnego rozwoju charakterystycznych cech astmy dziecięcej, w tym zapalenia eozynofilowego i odpowiedzi immunologicznej Th2. Może to wyjaśniać, w jaki sposób PVM, samodzielnie lub w połączeniu z uczuleniem alergicznym, wyzwala fenotyp astmopodobny.

Oprócz OVA, roztocze kurzu domowego (HDM), powszechny alergen w astmie, było używane do wywoływania eksperymentalnych modeli astmy u myszy. Badania badające skutki zakażenia RSV u zwierząt narażonych na HDM są mniej powszechne. W jednym z nich zakażenie RSV 3 dni przed uczuleniem na HDM zwiększyło produkcję przeciwciał swoistych dla Der f i zwiększyło liczbę eozynofilów we krwi. Podobnie jak w modelach OVA, zakażenie RSV zaostrzyło płucne odpowiedzi alergiczne na kolejne ekspozycje na HDM. Nawracające infekcje RSV po uczuleniu na HDM zwiększały syntezę cytokin Th2, całkowitego stężenia IgE w surowicy i MIP-1α, co powodowało utrzymujące się zapalenie dróg oddechowych i nadreaktywność dróg oddechowych.

6. Charakterystyka konsekwencji ponownej infekcji RSV

W porównaniu z innymi wirusami układu oddechowego, infekcje RSV występują częściej i często są poważniejsze we wczesnym okresie życia. RSV ma wpływ na śmiertelność u osób starszych. Szczyt hospitalizacji z RSV jest w wieku 2 miesięcy . Niemowlęta w tym młodym wieku mają węższe drogi oddechowe i są bardziej podatne na obturację, co jest główną cechą choroby RSV. Odpowiedź immunologiczna jest ogólnie mniejsza i potencjalnie mniej skuteczna u małych niemowląt niż u starszych dzieci lub dorosłych. Ponadto, w okresie noworodkowym występuje tendencja Th2 w odpowiedzi immunologicznej. W porównaniu z grupą kontrolną, u dzieci, które były hospitalizowane z powodu RSV bronchiolitis w okresie niemowlęcym, stwierdzono większą częstość limfocytów T produkujących IL-4, reagujących na antygeny RSV i kota. Zakażenie RSV w pierwszych 3 miesiącach życia wywołuje odpowiedź Th2-biased w porównaniu z zakażeniem u starszych niemowląt. Ponieważ okres niemowlęcy jest czasem szybkiego dojrzewania płuc, ciężkie zapalenie dróg oddechowych może trwale zmienić strukturę płuc i spowodować remodeling dróg oddechowych. Wszystkie te cechy razem wzięte wskazują na okres zwiększonej podatności na zakażenie we wczesnym niemowlęctwie. Co ciekawe, dotyczy to również innych wirusów, takich jak ludzki wirus parainfluenzy (HPIV) lub wirus grypy, a zatem może być bardziej związane z wiekiem gospodarza niż z jakąkolwiek szczególną cechą wirusa. Ponieważ jednak RSV zakaża niemowlęta na bardzo wczesnym etapie życia, ogólny wpływ wydaje się większy w przypadku RSV. Ten efekt wieku wydaje się być prawdziwy również w przypadku uczuleń alergicznych. W tym względzie, uczulenie na alergen w młodym wieku ustanawia długotrwałe odpowiedzi komórek T pamięci, które mogą być aktywowane po prowokacji alergenem dróg oddechowych powodując AHR miesiące po początkowym uczuleniu u myszy .

Ważnym aspektem zakażenia RSV jest to, że ponowne zakażenie jest powszechne u dzieci i wiąże się ze świszczącym oddechem i astmą po epizodzie zapalenia oskrzeli. Zakażenie w środowisku Th2-biased ma potencjał, aby wpłynąć na ogólną jakość i charakter zarówno pierwotnych i przypomnienia odpowiedzi. Gdy niemowlęta uwrażliwią się na RSV i w drogach oddechowych powstanie długotrwała odpowiedź immunologiczna typu 2, może dojść u nich do nawracających zaburzeń czynności dróg oddechowych (świszczący oddech i być może astma) przy ponownej ekspozycji na RSV. Ponowna infekcja RSV została zbadana u myszy. Culley i wsp. stwierdzili, że pierwotne zakażenie noworodków myszy (w pierwszym tygodniu życia) RSV było związane z obniżoną i opóźnioną odpowiedzią IFN-γ. Po ponownym zakażeniu myszy te rozwinęły poważniejszą utratę masy ciała z odpowiedzią limfocytów Th2 i eozynofilią w drogach oddechowych w porównaniu z myszami pierwotnie zakażonymi RSV w starszym wieku. Przyjęliśmy podobne podejście, aby zbadać konsekwencje ponownego zakażenia RSV i określić, jak różnią się odpowiedzi, jeśli początkowe zakażenie miało miejsce u noworodków lub zwierząt odsadzonych, w szczególności badając wpływ na reaktywność dróg oddechowych. Wykazaliśmy, że w obu grupach wiekowych może rozwinąć się znaczna AHR po pierwotnym zakażeniu RSV w 1 lub 3 tygodniu życia. Kiedy ponownie zakażono RSV 5 tygodni później, dwie grupy wiekowe rozwinęły bardzo różne odpowiedzi dróg oddechowych. Początkowe zakażenie RSV w wieku 3 tygodni wywołało ochronną odpowiedź dróg oddechowych po ponownym zakażeniu, charakteryzującą się zwiększoną odpowiedzią zapalną dróg oddechowych, składającą się głównie z limfocytów, ale bez rozwoju AHR, eozynofilii lub nadprodukcji śluzu. W przeciwieństwie do tego, początkowe zakażenie noworodków nie chroniło dróg oddechowych przy ponownej infekcji i powodowało nasilenie AHR, zwiększoną produkcję IL-13 związaną z nadprodukcją śluzu i eozynofilią w drogach oddechowych (Figura 1). Ponadto wykazano, że IL-13 jest krytyczna dla rozwoju fenotypu astmopodobnego po ponownej infekcji myszy pierwotnie zakażonych jako noworodki.


(a)

(b)


(a)
(b)

Rycina 1

Różnice związane z wiekiem w odpowiedzi dróg oddechowych. (a) zakażenie pierwotne, (b) zakażenie wtórne.

Mechanizmy leżące u podstaw tych znaczących różnic wiekowych nie są do końca określone. U niemowląt wykazano związek między ciężkością RSV bronchiolitis a niedoborem produkcji IFN-γ. Niemowlęta hospitalizowane z powodu ciężkiej choroby dolnych dróg oddechowych spowodowanej zakażeniem RSV miały niższą produkcję IFN-γ z komórek jednojądrzastych krwi w porównaniu z tymi z łagodniejszą chorobą. Ponadto, poziomy IFN-γ mierzone w aspiratach z jamy nosowo-gardłowej były niższe u niemowląt hospitalizowanych z powodu ciężkiego RSV zapalenia oskrzeli w porównaniu z tymi, u których choroba przebiegała łagodniej. Te badania kliniczne sugerują, że IFN-γ odgrywa ważną rolę w określaniu wyniku choroby wywołanej przez RSV. Podobnie, w modelach zwierzęcych, my i inni stwierdziliśmy, że noworodki wykazywały niższe odpowiedzi IFN-γ na początkowe zakażenie RSV w porównaniu z myszami odsadzonymi lub dorosłymi. Ochronna rola IFN-γ została potwierdzona w modelu reinfekcji RSV przy użyciu myszy pozbawionych IFN-γ. Tutaj, gdy początkowe zakażenie i ponowne zakażenie przeprowadzono u dorosłych myszy, myszy z niedoborem IFN-γ rozwinęły znacznie większe AHR, eozynofilię dróg oddechowych i nadprodukcję śluzu po ponownym zakażeniu w porównaniu z myszami WT, niezależnie od braku istotnych różnic w odpowiedzi na początkowe zakażenie. Podanie IFN-γ podczas pierwotnego zakażenia noworodków zapobiegło rozwojowi zwiększonej AHR i histopatologii płuc po ponownym zakażeniu RSV. Wyniki te wskazują na krytyczną rolę IFN-γ w początkowej fazie infekcji, która dyktuje późniejsze wyniki reinfekcji RSV. Może to być również prawdą u ludzi, tak że dostarczenie IFN-γ w niemowlęctwie może zakłócić rozwój zmienionych odpowiedzi dróg oddechowych przy ponownej infekcji w późniejszym wieku.

Specyficzne przeciwciała IgE przeciwko patogenom wirusowym zostały zidentyfikowane w badaniach klinicznych po różnych infekcjach wirusowych, w tym RSV . W większości przypadków rozwój IgE swoistych dla wirusa był związany z cięższym przebiegiem choroby. W modelu mysim, pierwotne zakażenie RSV może również prowadzić do wytwarzania IgE swoistych dla RSV, które mogą przyczyniać się do rozwoju przesadnych odpowiedzi dróg oddechowych przy ponownej infekcji. Tak więc istnieje pewne podobieństwo między świszczącym oddechem wywołanym przez RSV a astmą wywołaną przez alergeny. W modelu reinfekcji u myszy wykazaliśmy, że swoiste dla RSV IgE nasilają rozwój Th2-zależnej reaktywności dróg oddechowych przy ponownej infekcji myszy pierwotnie zakażonych jako noworodki. Nie jest jasne, w jaki sposób zakażenie RSV prowadzi do wzrostu produkcji specyficznej dla RSV IgE, cechy charakterystycznej odpowiedzi Th2, i wzmocnienia choroby. Ostatnie badania z wykorzystaniem infekcji mysim wirusem Sendai (SeV) rzucają nowe światło na potencjalne mechanizmy. Badania te wykazały, że zakażenie mysim wirusem SeV prowadziło do zwiększonej ekspresji receptora IgE o wysokim powinowactwie (FcεRI) na DC płuc, i było to zależne od receptora interferonu typu I. Usieciowanie FcεRI na DCs powodowało produkcję CCL28, a następnie rekrutację limfocytów T CD4+ produkujących IL-13 i rozwój metaplazji śluzu. Tak więc, rozwój IgE swoistych dla wirusa może odgrywać krytyczną rolę w reinfekcji alergicznego zapalenia dróg oddechowych i AHR.

7. Wnioski

Obecnie istnieją wystarczające dowody potwierdzające tezę, że ciężkie niemowlęce zakażenie RSV jest związane z nawracającym świszczącym oddechem i astmą w późniejszym dzieciństwie. Jednak mechanizmy leżące u podstaw tego zjawiska nie są w pełni zdefiniowane, a wyniki nie zawsze są spójne, co może sugerować, że genetyczne i środowiskowe czynniki ryzyka odgrywają rolę w dyktowaniu ostatecznych wyników. We wczesnym okresie życia tendencja do odpowiedzi Th2-zależnej jest prawdopodobnie ważną zmienną, szczególnie u osób atopowych lub predysponowanych do atopii. Zakażenie RSV u noworodków może wpływać zarówno na ogólnoustrojową odpowiedź immunologiczną, jak i na odpowiedź w płucach. To z kolei może prowadzić do rozwoju objawów podobnych do astmy przy ponownej ekspozycji na RSV. Ponadto, to Th2-biased ustawienie widziane z reinfekcją RSV i rozwój IgE-specyficznych przeciwciał może indukować pewne krzyżowe uczulenie lub obniżyć próg dla odpowiedzi wywołanych alergenami. Ta kombinacja może przejawiać się jako zwiększona podatność na astmę. Badania na myszach, chociaż nie są pełnym surogatem choroby ludzkiej, dostarczyły cennych informacji w zrozumieniu potencjalnych powiązań między zakażeniem RSV a astmą.

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.