Назад
В недавнем исследовании, опубликованном на сервере препринтов bioRxiv, ученые изучили роль гликопротеина CD98 в индуцировании воспалительного ответа на SARS-CoV-2 у пациентов с прогрессирующими фиброзно-интерстициальными заболеваниями легких (PFILDs), включая архетипичный PFILD, идиопатический легочный фиброз (IPF).
Несколько доказательств свидетельствуют о том, что CD98 модулирует функции интегринов; например, CD98 и β1-интегрины функционируют вместе во время ко-стимуляции Т-клеток. Данные in vitro также подтверждают связывание рецептор-связывающего домена (RBD) с β1-, β3- и β6-интегринами. CD98, благодаря своей способности модулировать функции β1- и β3-интегринов, может быть ко-рецептором для RBD шипа (S) SARS-CoV-2. Возможно, мутация K403R в RBD белка SARS-CoV-2 S создает доступный мотив аргинин-глицин-аспарагиновой кислоты (RGD) для облегчения взаимодействия с CD98.
Хроническое прогрессирование IPF обусловлено сигналом трансформирующего фактора роста-бета 1 (TGF-β1) и сопровождается воспалительными вспышками, известными как острые обострения (AE-IPF), которые вызывают значительную заболеваемость и смертность. Из-за COVID-19-индуцированной пневмонии у пациентов с PFILD риск летального исхода повышен на 60%.
Антифибротические препараты (например, нинтеданиб) замедляют прогрессирование хронического IPF. Однако клиническая терапия еще не доказала свою эффективность при их применении. Как только в легочной ткани возникает фиброз, повышенная механическая нагрузка на проксимальные паренхимальные ткани распространяет фиброз через вентиляцию. Поэтому повторное подострое повреждение альвеолярных эпителиальных клеток (AECs) вызывает AE-IPF.
Авторы предположили, что мультипротеиновый комплекс клеточной поверхности, называемый "gal-3-fibrosome", образованный галектином-3, может опосредовать молекулярные механизмы, управляющие хроническим фиброзом; поэтому они сосредоточились на изучении предполагаемого провоспалительного лиганда галектина-3 - комплекса CD98: интегрин. Таким образом, они оценили, может ли комплекс CD98: интегрин опосредовать профибротический путь TGF-β1, острый цитокиновый ответ на биохимические и механические стимулы, а также перекрестные связи между ними.
В настоящем исследовании ученые оценили взаимодействие предполагаемых компонентов gal-3-фибросомы при AE-IPF, особенно роль CD98. Они использовали ткани пораженных легких пациентов с IPF и применяли воздействие TGF-β1 для моделирования хронической прогрессии и обострений, наблюдаемых при IPF и COVID-19-индуцированной пневмонии.
Для изучения AECs 2-го типа группа использовала человеческие клетки A549, клеточную модель in vitro. Они оценивали клеточные лизаты с помощью додецилсульфат натрия-полиакриламидного гель-электрофореза (SDS-PAGE) и вестерн-блота с использованием соответствующих первичных и вторичных антител. Они также использовали те же антитела для исследований методом ко-иммунопреципитации.
Аналогичным образом, для изучения ex vivo легочных тканей человека исследователи собирали и культивировали легочные ткани человека, полученные при резекции легких, и вводили в эти ткани стимулятор TGF-b1. Та же система культуры ex vivo использовалась для оценки реакции цитокинов легких человека на стимуляцию липополисахаридом (LPS) с помощью иммуноферментного анализа (ELISA).
Проводились иммуногистохимические исследования для оценки совместной локализации галектина-3, тяжелой цепи CD98 (CD98hc), b1-интегрина и E-кадхерина. Авторы также оценивали ко-локализацию галектина-3, CD98hc и b1-интегрина в клетках A549 с помощью конфокальной микроскопии и ко-иммунопреципитации в отсутствие и в присутствии стимуляции 10 нг/мл TGF-b1.
Далее, для исследований in vivo на мышах, исследователи получили AECs от CD98-флоксированных мышей. Они культивировали AECs с аденовирусом-cre при кратности заражения (MOI) шесть в течение восьми часов, затем промывали и культивировали эти клетки в течение 40 часов до добавления TGF-b1. Они использовали модель интратрахеальной инстилляции LPS для изучения острого патоген-ассоциированного молекулярного паттерна (PAMP)-опосредованного повреждения легких в мышиных моделях. Исследовали четырех мышей в каждой экспериментальной временной точке, в каждом состоянии. После умерщвления извлеченные легкие мышей были изучены с помощью иммуногистохимического анализа, цитокиновых и клеточных анализов.
Результаты исследования показали, что легочная ткань IPF демонстрировала повышенный уровень гликопротеина CD98 и партнера по связыванию с интегрином по сравнению с контрольной легочной тканью (нефиброзной). Эти белки совместно локализуются на клеточном уровне с галектином-3 в эпителии IPF. Интересно, что в модели ex vivo раннего TGF-1- индуцированного фиброза легких на субклеточном уровне эти белки находились на уровне менее 40 нм.
Исследователи определили, что CD98 опосредует врожденные воспалительные реакции на многочисленные разнообразные стимулы повреждения в моделях мышей in vivo и в тканях легких человека ex vivo. Оказалось, что CD98 взаимодействует по принципу положительной обратной связи с активацией переходного рецепторного потенциала ванилоида 4 (TRPV4), притоком ионов кальция (Ca2+) и сигналом усилителя легкой цепи ядерного фактора каппы активированных B-клеток (NF-κB) для усиления секреции интерлейкина (IL)-6 и IL-8.
Данные, полученные на мышиной модели, подтвердили значимость таких реакций на уровне органов и терапевтический потенциал ингибирования этого пути. Кроме того, исследования in vitro подтвердили возможность того, что этот путь опосредует наблюдаемые цитокиновые ответы эпителиальных клеток легких при первом контакте с SARS-CoV-2. В целом, данные исследования показали, что это взаимодействие отличается от взаимодействия с участием белка ангиотензин-конвертирующего фермента 2 (ACE2), способствующего инфекционности SARS-CoV-2.
Данное исследование позволило установить молекулярный механизм, объясняющий повышенную тяжесть COVID-19-индуцированной пневмонии у лиц с IPF и другими PFILD. Учитывая участие CD98 в профибротических ответах на стимуляцию TGF-β1, этот механизм может также обеспечить возможность перекрестного взаимодействия, преобразующего провоспалительные ответы в профибротические.
Кроме того, исследование показало, что однократная острая презентация не обязательно вызывает профибротическое поведение в паренхиме легких, для этого, вероятно, необходимы последующие молекулярные события. Эти события возникают при хронической, низкоуровневой активации врожденных воспалительных путей, таких как эпителиальный цикл CD98-TRPV4-NFkB.
Тем не менее, галектин-3 тесно взаимодействует с CD98 и β1-интегрином, что согласуется с его предполагаемой ролью физиологического партнера по связыванию. Повышенный рекрутинг лигандов галектина-3 в галектин-3-фибросому может превратить ее в контрольную точку, объединяющую как провоспалительные, так и профибротические процессы, при этом перекрестные связи позволяют усилить оба процесса.
Stylianou, P. et al. CD98 имеет решающее значение для консервативного воспалительного ответа на различные стимулы повреждения, характерные для обострений IPF и COVID пневмонии (аннотация).
Прогрессирующие фиброзирующие интерстициальные заболевания легких (PFILDs) вызывают значительную заболеваемость и смертность. Антифибротические средства замедляют прогрессирование, но большая часть клинических потребностей остается неудовлетворенной. Архетипом PFILD является идиопатический легочный фиброз (IPF). Хроническое прогрессирование обусловлено сигналом трансформирующего фактора роста (TGF-)β1. Оно прерывается воспалительными вспышками, известными как острые обострения (AE-IPF), которые связаны с ускоренным ухудшением состояния и высокой летальностью.
Мы предположили, что реакция на острое повреждение, лежащая в основе обострений, и механизмы хронического фиброза пересекаются на молекулярном уровне с помощью агрегата клеточной поверхности, образованного галектином-3, который мы назвали "гал-3-фибросома". Мы сосредоточились на предполагаемом провоспалительном лиганде галектина-3 - комплекса CD98: интегрин.
Наши данные показывают, что CD98 и β1-интегрин совместно локализуются с галектином-3 внутри эпителиальных клеток в легочной ткани IPF, а также в пределах 40 нм в легочной ткани человека, обработанной TGF-β1, по сравнению с контролем. CD98 необходим для ответа интерлейкина (IL-)6 и IL-8 на биохимические и биофизические условия, имитирующие стимулы AE-IPF in vivo, ex vivo и в клетках, а также для интерстициального нейтрофильного ответа в мышиной модели.
Мы показали, что этот путь развивается через внутриклеточный приток Ca2+, опосредованный TRPV4, и активацию NF-κB, действующую по принципу положительной обратной связи. Наконец, мы показали CD98- и галектин-3-зависимость ответов IL-6 и IL-8 на домен связывания рецептора белка-шипа SARS-CoV-2 и сохранение этого паттерна ответа между эпителиальными клетками легких и моноцитарными макрофагами.
В целом наши результаты указывают на CD98 как на ключевой медиатор профибротического и острого воспалительного ответа в легких, что имеет отношение к AE- и хроническому прогрессированию IPF, а также к подготовке фиброзных легких к острому воспалительному ответу. Они также связывают CD98 и галектин-3 как медиаторы COVID пневмонии и худшего исхода у пациентов с ILD с COVID.
