文摘
基本原理严重的病毒性呼吸道感染通常的特点是广泛的骨髓细胞浸润和激活和持久的肺组织损伤。然而,免疫机制推动过度炎症肺仍然知之甚少。
目标识别机制,推动在肺部免疫细胞招聘病毒性呼吸道感染和确定新的药物靶点减少炎症和疾病严重程度。
方法临床流感病毒的小鼠模型和严重急性呼吸道冠状病毒2 (SARS-CoV-2)感染。
结果氧化胆固醇和oxysterol-sensing受体GPR183被当成司机monocyte-macrophage渗透在流感病毒(IAV)和肺SARS-CoV-2感染。IAV和调节酶胆固醇25-hydroxylase SARS-CoV-2感染(CH25H)和细胞色素P450的家庭7亚科成员B1 (CYP7B1)在肺部,导致当地生产的氧化胆固醇25-hydroxycholesterol (25-OHC)和7α,25-dihydroxycholesterol(7α,25-OHC)。GPR183功能丧失的突变,或与GPR183拮抗剂治疗,减少巨噬细胞浸润,肺的炎症细胞因子的生产IAV——或者SARS-CoV-2-infected老鼠。GPR183拮抗剂明显减毒的严重性SARS-CoV-2感染和病毒载量。数据分析单细胞RNASeq支气管肺泡灌洗健康对照组样本和COVID-19中度和重度患者疾病显示CH25H, CYP7B1和GPR183在巨噬细胞在COVID-19显著调节。
结论这项研究表明oxysterols驱动肺部炎症通过GPR183并提供针对GPR183首先治疗临床前证据的好处在严重的病毒性呼吸道感染。
介绍
严重的病毒性呼吸道感染包括流感和COVID-19与广泛的骨髓细胞招聘到肺,从而导致严重的组织损伤和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的发展(1]。肺巨噬细胞组成和功能的转变与COVID-19严重程度相关。> 600住院病人的一项研究发现,在严重的情况下居民肺泡巨噬细胞被耗尽,取而代之的是大量的炎性monocyte-derived巨噬细胞(2]。快速monocyte-macrophage渗透的肺在急性期严重急性呼吸道冠状病毒2 (SARS-CoV-2)感染是复制动物模型(3,4]。
氧化胆固醇最近成为肺部炎症的标志。Oxysterols增加在支气管肺泡灌洗液(BALF)过敏原后红肿的航空公司的挑战和与浸润白细胞(5]。他们也增加了患者的痰与疾病严重程度相关的慢性阻塞性肺疾病(6,7)后小鼠的肺中脂多糖(LPS)全身的肺部炎症(8]。然而,oxysterols的角色在病毒性呼吸道感染肺还没有调查。
Oxysterols有一系列受体共享一个共同的炎症作用[9]。一个oxysterol途径导致的生产7α,25-hydroxycholesterol(7α,25-OHC),通过胆固醇25-hydroxylase (CH25H)和细胞色素P450的家庭7亚B成员1 (CYP7B1) [9,10]。7α,25-OHC可以随后被hydroxy-delta-5-steroid脱氢酶代谢,3β,δisomerase7类固醇(HSD3B7) (图1一个)。7α,25-OHC内生高亲和力的受体激动剂oxysterol-sensing G protein-coupled受体GPR183 [11,12]。GPR183表达细胞的先天和适应性免疫系统,包括巨噬细胞、树突细胞,先天淋巴细胞、嗜酸性粒细胞和T和B淋巴细胞(5,13,14]。与其oxysterol配体GPR183促进免疫细胞的趋化现象的分布二级淋巴器官(9,11,13,15]。在体外GPR183协调人类和小鼠巨噬细胞的迁移对7α,25-OHC梯度(16,17]。
在这项研究中,我们提出,病毒性呼吸道感染导致肺生产oxysterols导致过度的免疫细胞浸润和炎症。我们表明,oxysterols开车GPR183-dependent monocyte-macrophage渗透IAV的临床前模型和SARS-CoV-2感染和识别GPR183大量目标治疗干预减轻病毒性呼吸道感染疾病严重程度。
方法
伦理和生物安全
所有实验动物伦理委员会批准(MRI-UQ / 596/18, AE000186)和机构昆士兰大学的生物安全委员会(IBC / 465 b / MRI /三/ AIBN / 2021)。
病毒株
奥克兰A / H1N1病毒股票/ / 1/2009 (H1N1),称为甲型流感病毒(IAV),在鸡胚蛋就做好了准备。一个mouse-adapted SARS-CoV-2应变是通过串行通道SARS-CoV-2 (B.1.351;加入hCoV-19 /澳大利亚/ QLD1520/2020 GISAID EPI_ISL_968081,收集2020年12月29日,请提供由昆士兰州卫生法医和科学服务)。的描述mouse-adaption SARS-CoV-2应变和基因组测序数据中可以发现补充方法(图S1)。IAV病毒滴定度测定斑块化验在Madin-Darby犬肾(MDCK)和SARS-CoV-2斑块化验州立E6细胞中描述补充。
小鼠模型
Gpr183tm1Lex从词汇获得药品(林地、美国),back-crossed C57BL / 6 j背景,培育内部。8 - 10周大C57BL / 6 jGpr183tm1Lex(Gpr183−−/)老鼠anesthetised 4%异氟烷和鼻内感染5500微升IAV /奥克兰/ 01/09 (H1N1)。SARS-CoV-2感染C57BL / 6 j和Gpr183−−/老鼠与氯胺酮和甲苯噻嗪(80 mg·anesthetised公斤−1/ 5毫克公斤−1与8×10)和鼻内感染4空斑形成单位的mouse-adapted SARS-CoV-2。肺被收集在指定的时间点为后续下游分析中描述的补充数据。GPR183拮抗剂NIBR189 (7.6 mg·公斤−1)汽车(0.5%羧甲基纤维素/ 0.5%渐变- 80)或车辆只被口头管理填喂法从1 dpi,每天两次每隔12小时直到实验结束。
RNA隔离和RT-qPCR
总RNA是使用隔离孤立II RNA迷你包(英国伦敦Bioline试剂有限公司)如前所述[18,19]。提供了引物列表表S1。每个基因的相对表达(重新)正常化的参考基因(Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase;产生Hprt2)确定使用−ΔCt方法。
Oxysterol提取和质谱定量
oxysterol提取和量化方法是改编自非政府组织等。(18中描述的补充信息。
细胞因子量化使用ELISA
细胞因子在肺匀浆测定DuoSet ELISA (IFNβ(DY8234-05) IFNγ(DY485) IFNλ(DY1789B)、il - 6 (DY406) TNFα(DY410) IL-1β(DY401), il - 10 (DY417)和CCL2 (DY479),研发系统)根据制造商的协议。
流式细胞术
流式细胞术进行单个细胞悬浮液从消化肺部和血液的详细描述补充。
免疫组织化学
免疫组织化学(包含IHC)上执行deparaffinised /患者肺部分通过与抗体immunolabelling SARS-CoV-2核衣壳蛋白(40143 - r040嘉汉生物),IBA1 (019 - 19741;NovaChem)、CH25H (bs - 6480 r, bios抗体),CYP7B1 (bs - 5052 r, bios抗体)和同形像控制(31235年兔免疫球蛋白,热费希尔科学)稀释在达芬奇绿色稀释剂(PD900 Biocare医疗)其次是孵化与辣根过氧化物酶(合)共轭山羊anti-rabbit Ig抗体(1:200)(ab6721 Abcam)。看到补充数据获取详细信息。同形像统计图控制所示(图S2)。
统计分析
数据分析GraphPad棱镜软件。数据是正常使用Shapiro-Wilk测试评估。斯皮尔曼等级相关分析相关性。两组比较,参数化学生的双尾t以及用于正态分布数据而非参数Mann-Whitney U测试是用于数据偏离常态。
结果
IAV感染增加CH25H CYP7B1表达式和肺oxysterol生产
调查是否IAV感染诱发的生产氧化胆固醇,老鼠感染IAV (图1 b)和mRNA的表达oxysterol-producing酶测定肺组织。Ch25h和Cyp7b1信使rna增加肺的IAV-infected老鼠和未受感染的动物相比,而Hsd3b7表达下调的肺部感染后的7天内(dpi) (图1 c,上半部分)。同样,CH25H和CYP7B1蛋白质也增加HSD3B7保持不变时,通过免疫组织化学标记的肺部分与抗体检测CH25H CYP7B1和HSD3B7 (图1 c,较低的面板)。oxysterol-producing酶的诱导与浓度的增加有关oxysterols 7α,25-OHC和25-OHC肺匀浆图1 d左面板)和支气管肺泡灌洗液(BALF) (图1 d右面板)IAV-infected动物3和7 dpi。在未受感染的肺部,7α,25-OHC察觉在大多数样品测试。Ch25h和Cyp7b1信使rna中增加支气管肺泡灌洗(BAL)细胞颗粒IAV-infected小鼠相比,未受感染的动物Hsd3b7保持不变(图S3a)。
符合oxysterols的增加,Gpr183信使rna增加3和7 dpi BAL细胞(图S3a)和肺组织(图S3b),建议增加表达和/或招聘GPR183-expressing免疫细胞的肺感染。Gpr183表达呈正相关,Ch25h和Cyp7b1(图S3c)。
Gpr183−−/小鼠巨噬细胞浸润减少IAV后进入肺部感染
调查是否oxysterol-mediated免疫细胞招聘依赖于oxysterol-sensing GPR183,我们进行了实验小鼠基因缺乏Gpr183(Gpr183−−/)。Gpr183−−/总值老鼠表现出正常的表型(20.),正常循环单核细胞数量和相当数量的巨噬细胞集落形成单位(CFU-M)在C57BL / 6小鼠的骨髓(图S4)建议同类monopoiesisGpr183−−/老鼠。然而,在感染IAVGpr183−−/老鼠IBA1较低+在肺巨噬细胞数量3和7 dpi相比,感染C57BL / 6 j控件(图2一个)。Gpr183信使rna表达呈正相关,促炎细胞因子的表达白介素、肿瘤坏死因子和Ccl2在C57BL / 6 j小鼠(图S5)和减少巨噬细胞浸润Gpr183−−/老鼠与减少有关白细胞介素6和肿瘤坏死因子,但不是Ccl27点dpi (图S6)。身体重量和病毒滴定度通过IAV感染过程中整个基因型(图S7)。这些结果说明缺乏GPR183减少巨噬细胞浸润的肺在IAV感染与减少促炎细胞因子的表达有关。
GPR183对抗减少巨噬细胞浸润
调查是否GPR183是公认的治疗目标,减少炎症,GPR183拮抗剂NIBR189 [11,17)是用于C57BL / 6 j小鼠每天两次从24小时感染后直到实验结束(图2 b)。就像Gpr183−−/小鼠C57BL / 6 j动物对待NIBR189显著降低巨噬细胞渗透到肺在3和7 dpi由包含IHC (图2 c)。
此外,流式细胞术分析进行肺细胞悬浊液和C57BL / 6 jGpr183−−/老鼠接受NIBR189和车辆,分别使用以前公布的控制策略21)(图S8)。NIBR189-treated C57BL / 6 j小鼠Gpr183−−/小鼠低百分比的招募/巨噬细胞渗透(F480高/ CD11b+/ Ly6G−/ SigF−)(图3一)相比,vehicle-treated C57BL / 6 j IAV后动物感染。NIBR189治疗并没有改变其他免疫细胞的百分比在肺子集,包括中性粒细胞(B220−/ CD3−/ Ly6G+/ CD11b+)(图3一),CD4+CD8 T细胞,+T细胞、B细胞、DCs和肺泡巨噬细胞(图S9, S10)。身体重量和肺病毒载量不受基因型或治疗(图S11)。
这些结果说明NIBR189显著降低巨噬细胞浸润,肺而不影响其他免疫细胞的招募子集。
GPR183对抗减少IAV-induced促炎细胞因子浓度
我们下一个决心,如果能减少由NIBR189导致巨噬细胞浸润减少肺部炎性细胞因子的生产。3 dpi、细胞因子无显著差异生产观察治疗组(图S12)。然而,IAV-Infected C57BL / 6 j小鼠接受NIBR189 il - 6浓度显著降低,TNF和IFNβ(图3 b在7 dpi)。这是与IAV-infected的表型Gpr183−−/老鼠,NIBR189治疗在老鼠缺乏GPR183没有额外的效果。此外,没有观察到显著差异在两个时间点(IFNλ图3 b和图S12)证明GPR183拮抗剂治疗不会产生负面影响的生产类型III干扰素是重要的病毒控制肺(22]。没有观察到治疗组之间的差异在计算蛋白质浓度IL-1β,CCL2或IFNγ治疗组之间图S12和向)。因此,可以抑制药物GPR183减少促炎细胞因子在IAV严重感染。
GPR183对抗减少SARS-CoV-2感染严重程度
过度的巨噬细胞浸润和激活是一个严重的标志COVID-19 [2,23]。评估是否抑制GPR183扩展SARS-CoV-2感染的好处,我们建立了一个mouse-adapted SARS-CoV-2应变通过使β的变体SARS-CoV-2 (B.1.351)在C57BL / 6 j小鼠四倍。这导致病毒包含NSP5的突变和引起临床症状(减肥)感染小鼠(图S1)。与IAV感染结果一致,mRNA的表达Ch25h和Cyp7b1显著调节肺部SARS-CoV-2感染的老鼠相比,未受感染的老鼠Hsd3b7保持不变(图4一)。这也证实了在蛋白质水平包含IHC (图4 bc)。此外,25-OHC和7α,25-OHC肺匀浆浓度(图4 d左面板)和BALF (图4 d,右面板)显著增加2 dpi,回到未感染水平5 dpi届时动物开始从感染中恢复过来。Ch25h Gpr183也增加SARS-CoV-2-infected BAL细胞的老鼠Hsd3b7保持不变(图S14系列)。NIBR189或车辆是C57BL / 6 j或管理Gpr183−−/老鼠每天两次从24 h post-SARS-CoV-2感染直到实验结束(图5一个)。NIBR189-treated C57BL / 6 j小鼠体重显著减少和恢复速度比汽车治疗小鼠(图5 b和图S15)。同样的,Gpr183−−/老鼠那么严重SARS-CoV-2感染。总的来说,这些数据表明oxysterols SARS-CoV-2后肺部感染和产生GPR183对抗显著降低SARS-CoV-2感染严重程度。
GPR183对抗减少巨噬细胞浸润,肺的炎症细胞因子表达SARS-CoV-2被感染的老鼠
接下来,我们调查是否GPR183对抗减少肺巨噬细胞浸润、炎性细胞因子。SARS-CoV-2-infected C57BL / 6 j小鼠接受NIBR189显著降低巨噬细胞渗透到肺2和5 dpi (图5 c)。NIBR189治疗与减少有关肿瘤坏死因子,Il10和Ifng在2 dpi (mRNA表达图6和图S16),减少肿瘤坏死因子,Il1b和白细胞介素6表达式在5 dpi (图6 b和图S16)。早期的干扰素反应不受NIBR189可比Ifnb和Ifnl表达在C57BL / 6 j小鼠2 dpi,但干扰素反应(dpi) 5日晚些时候在NIBR-treated动物相比显著降低控制(图6 b)。没有观察到治疗组之间的差异对mrna编码Ccl2, Il1b,或白细胞介素62 dpi和Ccl2,Il10和Ifng在5 dpi (图S16)。这些结果说明减少NIBR189-treated小鼠巨噬细胞浸润与减少促炎细胞因子表达的肺癌,而早期抗病毒干扰素反应保持不变。
GPR183对抗减少SARS-CoV-2负载
最后,我们调查是否NIBR189治疗与改变病毒载量。SARS-CoV-2核衣壳蛋白(Np)表达减少NIBR189-treated C57BL / 6 j小鼠相比管理车辆2 dpi (图7,b)。Np表达式没有检测到5 dpi,当动物从感染中恢复过来。然而,在mRNA水平,病毒MproRNA加载NIBR189-treated小鼠显著降低肺的dpi(5点图7 c)。确凿的,病毒空斑形成单位明显降低2和5 dpi NIBR-treated动物(图肌力)。总之,我们在这里展示,GPR183对抗降低病毒载量,巨噬细胞浸润和生产的促炎细胞因子SARS-CoV-2感染。
讨论
我们报告25-OHC和7α,25-OHC产生肺部IAV或者SARS-CoV-2感染吸引monocytes-macrophages GPR183-dependent的方式。减少巨噬细胞浸润和炎性细胞因子的生产Gpr183−−/老鼠和NIBR189-treated C57BL / 6 j小鼠,显著提高SARS-CoV-2感染严重程度。拮抗剂减毒SARS-CoV-2,但不是IAV负载。这是由于pathogen-specific是否影响或导致更严重的疾病IAV模型中观察到SARS-CoV-2模型相比,仍有待调查。然而,巨噬细胞浸润和炎性细胞因子的生产减少了在这两种病毒的模型。
IAV的动物模型和SARS-CoV-2髓细胞迅速渗透到肺部3,4,24]。严重COVID-19患者有更高比例的GPR183+激活巨噬细胞和巨噬细胞在BALF23)强烈暗示巨噬细胞作为主要贡献者COVID-19-associated hyperinflammation。严重COVID-19患者BALF中丰富趋化因子CCL2, CCL7招募单核细胞肺通过趋化因子受体CCR2 (25]。从历史上看,趋化因子被认为是免疫细胞迁移到肺的主要动力;然而,我们的工作表明,oxysterols非冗余作用monocyte-macrophage渗透。我们进一步证明COVID-19患者肺巨噬细胞表达高水平的oxysterol生产酶和GPR183表明这种机制在人类是守恒的。类似于我们的观察Gpr183−−/老鼠,老鼠缺乏CCR2已经推迟了在肺巨噬细胞浸润21),然而CCR2也是需要T细胞迁移。因此,动物缺乏CCR2推迟了T细胞浸润和更高的病毒滴定度(26]。尽管GPR183是T细胞上表达是不重要的T细胞迁移到肺(27)和激怒GPR183没有负面影响T细胞室和其他免疫细胞的子集。
我们最近在小鼠模型的显示结核分枝杆菌(Mtb)感染GPR183和7α,25-OHC-producing酶CYP7B1需要快速巨噬细胞渗透到肺在分枝杆菌感染(18]。在结核分枝杆菌的模型中,嗜酸性粒细胞浸润[所需GPR183也14]。我们确定了肺泡巨噬细胞和巨噬细胞浸润主要细胞类型表达结核分枝杆菌CH25H和CYP7B1感染(18)和证实这个scRNASeq COVID-19患者的数据。
删除Ch25h已被证明是保护小鼠模型的流感(28]。25-OHC增加模型的急性肺损伤(ALI),但是房子是减少尘螨引起的哮喘模型(8]。Intra-tracheal 25-OHC管理改善炎症标记物在ALI模型,而它恶化哮喘模型的特点。在这两种模型Gpr183表达不受影响。这表明25-OHC特定生产模型。
在这里,我们表明,减少巨噬细胞浸润Gpr183−−/老鼠和NIBR189-treated C57BL / 6 j小鼠与减少促炎细胞因子的生产,可能由于低数量的巨噬细胞存在于组织中。虽然我们没有观察NIBR189-mediated减少肿瘤坏死因子,白细胞介素6或Ifnb表达在IAV-infected或LPS-stimulated BMDMs (S18图美国),我们不能完全排除NIBR189的直接影响细胞因子的生产由其他免疫细胞。无论的确切机制,降低炎性细胞因子的生产NIBR189-treated动物可以解释,至少部分疾病预后越好。
虽然促炎细胞因子可能损害宿主(30.),早期的I型和III干扰素是至关重要的在控制病毒复制IAV [31日,32)和SARS-CoV-2感染(33,34]。第三NIBR189没有改变早期的I型或干扰素反应SARS-CoV-2-infected动物,这表明抗病毒反应是不损害的治疗。
几个oxysterols可以直接抗病毒效果(9]。CH25H / 25-OHC抑制SARS-CoV-2感染已被证明在体外通过阻断宿主细胞膜融合(36,37]。是否NIBR189 oxysterols结构不同,影响病毒入口/复制还有待阐明。
糖皮质激素等免疫抑制疗法用于严重COVID-19增加ACE2表达促进病毒入口/复制[38,39)和延迟SARS-CoV-2间隙(40]。NIBR189没有增加Ace2信使rna (图S19),但Ace2表达下调在NIBR189-treated较小程度上的动物,这是符合低病毒载量。
总之,我们提供的第一个临床前证据GPR183作为治疗干预的小说主机目标减少macrophage-mediated hyperinflammation, SARS-CoV-2负载和COVID-19严重性。
确认
本研究从母亲KR赠款支持的基础,澳大利亚呼吸,糖尿病的澳大利亚,澳大利亚传染病研究中心。某人是由早期职业种子从母亲基金会的资助。转化研究所是由澳大利亚政府的资助。丹麦独立研究我医学科学委员会支持MMR。乔丹,基米-雷克南和喷气推进实验室是由澳大利亚国家健康与医学研究委员会的调查员格兰特(1194406),研究员格兰特(2007919)和高级研究奖学金(1136130)。我们感谢昆士兰健康法医和科学服务,昆士兰州卫生部门提供SARS-CoV-2隔离。我们感谢教授/ Sumaira哈斯奈英分享抗体用于这项研究。我们承认的技术援助团队,运营和维护服务(澳大利亚星系https://usegalaxy.org.au/)。我们感谢教授大卫·休谟、马赫甘地和杰克Gratten博士板牙研究所——昆士兰大学的评论的手稿。
脚注
资助者:澳大利亚传染病研究中心;格兰特:NA;澳大利亚呼吸道委员会;DOI: http://dx.doi.org/10.13039/501100001031;格兰特:NA;丹麦Frie Forskningsfond;DOI: http://dx.doi.org/10.13039/501100004836;澳大利亚糖尿病;DOI: http://dx.doi.org/10.13039/501100000971;格兰特:NA; Mater Foundation; DOI: http://dx.doi.org/10.13039/100015471; Grant: NA; National Health and Medical Research Council; DOI: http://dx.doi.org/10.13039/501100000925.
作者的贡献:概念化:CXF,某人,乔丹、KR MMR, KR方法:KYC, HBO, BJA, BM, SR调查:CXF,某人,什么水平,MDN, HBO, BJA, BM, SR, RW, CS,磅,KB,党卫军,是的,RP, YY,喷气推进实验室AK原创作品草案:CXF,某人,基米-雷克南Writing-review和编辑:所有作者。资金收购:某人,基米-雷克南,MMR KR。
的利益冲突:斯泰西Bartlett报道早期职业生涯种子从母亲基金会的资助,支持本研究。
的利益冲突从范式生物制药:赫勒Bielefeldt-Ohmann报告咨询费,昆士兰大学,抛光工艺。科罗拉多州立大学;在提交工作。
的利益冲突:马修·j·甜蜜的报告从澳大利亚国家健康与医学研究理事会资助;在提交工作。
的利益冲突:从美国血液学学会Bisht报告奖助金的故事(灰)全球研究奖。、转化研究Institute-Mater研究林肯格兰特,板牙基金会;在提交工作。
的利益冲突杨:Yuanhao报告从板牙基金会赠款,支持本研究。
的利益冲突:jean - pierre几何报告赠款从国家卫生和医学研究委员会,美国国防部;从GlycoMimetics Inc .版税或许可证;在提交工作。
的利益冲突:玛丽·Rosenkilde Mette报告支持动物研究和育种在丹麦在这项研究中使用的鼠标应变从丹麦独立研究基金;授予独立研究基金丹麦诺和诺德基金会捐赠已故瓦尔特Alex Torbjørn Eichmuller(增值税Eichmuller) 2020 - 117043年,克里斯汀•和弗雷迪约翰森基金会(KFJ) - 2017 - 112697;版税Antag疗法和被生物技术专利在UCPH;旅游从2022年戈登研究会议的支持;是下面的生物技术公司的创始人之一:Antag疗法,被生物技术,Synklino;在提交工作。
的利益冲突:斯蒂·r·短报告从澳大利亚国家健康与医学研究理事会资助;赛诺菲安万特咨询费,诺和诺德公司、罗氏公司;在提交工作。
的利益冲突:凯瑟琳娜Ronacher报告从板牙基金会支持目前的手稿,糖尿病的澳大利亚,澳大利亚传染病研究中心、澳大利亚呼吸道委员会;赠款NIH R01 (5 r01ai116039);在提交工作。
的利益冲突:所有其他作者没有披露。
- 收到了2022年6月28日。
- 接受2022年10月20日。
- 版权©2022年作者。
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