Nature子刊：TLR7通过肥大细胞类胰蛋白酶活性促进烟雾诱导的实验性肺损伤

导读

Toll样受体7(TLR7)是已知的诱导对单链RNA病毒免疫的受体，在人类和香烟烟雾(CS)诱导的实验性慢性阻塞性肺疾病(COPD)中都会增加。在这里，我们表明，在TLR7缺乏的小鼠中，CS诱导的肺气肿和COPD的严重程度有所减轻，而吸入TLR7激动剂咪喹莫特可以在没有CS暴露的情况下诱导肺气肿。咪喹莫特引起的肺气肿在肥大细胞蛋白-6缺乏的小鼠中减少，或者在用肥大细胞稳定剂Cromolyn治疗野生型小鼠时减少。此外，抗TLR7单抗的治疗可抑制CSs诱导的肺气肿、实验性COPD和小鼠肺内肥大细胞的聚集。最后，在来自COPD患者的预先存在的数据集中，TLR7 mRNA增加，而在COPD肺中，TLR7+肥大细胞增加，并且与COPD的严重程度相关。因此，我们的结果支持TLR7通过肥大细胞活性在介导肺气肿和COPD中的作用，并可能暗示TLR7作为一个潜在的治疗靶点。

论文ID

题目：TLR7 promotes smoke-induced experimental lung damage through the activity of mast cell tryptase

译名：TLR7通过肥大细胞类胰蛋白酶活性促进烟雾诱导的实验性肺损伤

期刊：Nature Communications                                   

IF：16.60    

发表时间：2023.11.14

通讯作者单位: 悉尼科技大学

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42913-z

主要内容

在这项研究中，我们展示了TLR7的非病毒相关功能，并显示了在肺损伤中的致病作用和潜在的治疗靶向。我们发现TLR7在人类和实验性COPD中增加，并通过肥大细胞类胰蛋白酶活性促进肺泡破坏、肺气肿和实验性COPD。这是出乎意料的，因为已知TLR7的作用是在呼吸道疾病中抗病毒免疫和防止感染引起的恶化。TLR7COPD小鼠可减轻CS诱导的肺气肿和气道重塑，改善敲除小鼠的肺功能。这些都与肺部细胞凋亡减少有关。TLR7调控细胞凋亡的机制尚不清楚，caspase活性在确定细胞凋亡中的作用有待进一步研究。反之，咪喹莫特刺激TLR7可诱导小鼠肺内肺气肿和细胞凋亡，并随CS暴露而协同增加。其他研究表明，CS暴露的Unc93b1突变体(TLR3/7/9−/−)小鼠的肺泡扩大也显著减少，但TLR7的具体参与尚不清楚。咪喹莫特对某些癌细胞具有促凋亡作用，并可诱导人和小鼠细胞系的凋亡。因此，我们的研究旨在展示TLR7在肺、肺气肿和实验性COPD中的细胞凋亡中意想不到的作用。    

TLR7在人和实验性COPD中升高

我们的CS诱导的实验性COPD模型在该领域得到了很好的建立和广泛认可，被认为是人类暴露和疾病的代表。它是由吸入性暴露诱导的，与人类吸烟者的暴露方法相同，代表了一天一包的吸烟者的暴露，并具有与人类COPD相同的疾病特征和肺部mRNA表达特征。它不会因摄入烟雾残留物或颗粒而混淆，并在BALB/c和C57BL/6小鼠中引起类似的疾病特征。这项研究的另一个优势是，我们在这两个菌株中都显示了支持性的发现，在转基因小鼠和人类身上表明，这些发现不是小鼠或菌株特有的。之所以使用雌性小鼠，是因为女性更容易患上COPD(风险增加50%)，并遭受更严重的疾病和死亡率。在美国，女性占慢性阻塞性肺病死亡的53%，现在慢性阻塞性肺病是女性死亡的最常见原因。此外，在后勤方面，雌性老鼠更容易被集中安置。未来的研究也应该检查雄性小鼠。    

小剂量咪喹莫特(50微克)用于模拟CS暴露引起的反应，而不是病毒感染。急性病毒感染导致过度的炎性细胞渗透、细胞因子和趋化因子反应以及病毒诱导的组织破坏。CS暴露诱导的炎症反应是慢性和低度的，CS抑制某些免疫细胞中的抗病毒干扰素反应。我们和其他人之前表明，CS暴露抑制了干扰素反应，干扰素反应增加了肺部感染的易感性，肺部感染是COPD恶化的典型特征。鼻腔注射较高剂量(100微克)的另一种TLR7激动剂gardiquimod也不能在肺内诱导明显的I型干扰素反应。一些小鼠也接受了类似剂量的咪喹莫特(50微克)的鼻腔注射，但对肺I型干扰素反应的影响没有得到评估。    

TLR7促进实验性COPD肺气肿样肺泡扩大、气道重塑和细胞凋亡

相反，其他研究表明咪喹莫特可诱导其他组织中的干扰素表达。局部应用阿尔达拉(62.5 mg，5%咪喹莫特)可引起银屑病样皮肤炎症，并增加小鼠血清干扰素-α和-β水平。体外培养的健康人外周血单核细胞用咪喹莫特(10微克/毫升)刺激后，IFNa2的mRNA水平也被诱导。此外，口服咪喹莫特(30 mg/kg)可诱导小鼠胃肠黏膜中I型干扰素的表达。我们的研究与其他研究之间的差异可能部分是由于方案、剂量、给药途径和细胞/组织特异性效应的不同。在我们的实验研究中，我们发现TLR7−/−小鼠的干扰素应答没有改变，或者TLR7的抗体中和没有改变。因此，在COPD中靶向TLR7可能不会增加患者感染恶化的风险。    

肥大细胞类胰蛋白酶是一种丝氨酸蛋白酶，它通过蛋白酶激活的受体-2分解包括细胞外基质在内的细胞底物，以及封闭和claudin-5的紧密连接蛋白，从而可能导致肺气肿。所涉及的底物尚未完全阐明。它们还可以刺激成纤维细胞的增殖，并可能诱导呼吸道周围的胶原合成和纤维化，并增加基质金属蛋白酶(MMPs)的水平和活性，这些MMPs可以分解弹性蛋白，也会导致肺气肿。肥大细胞类胰蛋白酶还会引起白细胞的渗透，特别是巨噬细胞和中性粒细胞，当被激活时，它们会释放出细胞毒介质，从而进一步导致肺气肿。目前对肥大细胞类胰蛋白酶β2的研究较少。一项研究表明，与健康对照组相比，慢性阻塞性肺疾病患者痰中TPSB2mRNA的表达增加。

机制总结图

总结    

综上所述，我们发现TLR7通过肥大细胞特异性类胰蛋白酶活性在介导肺气肿和慢性阻塞性肺疾病中发挥了意想不到的作用。在COPD中，TLR7在肥大细胞表面和胞浆中的表达增加，并诱导肥大细胞内流、活化和脱颗粒。它还增加了肺上皮细胞和巨噬细胞。TLR7可检测和诱导对呼吸道和/或肺泡上皮细胞死亡释放的宿主来源RNA的炎症反应。这可能涉及到核转录因子-kB向细胞核的转运和刺激mRNA的表达，但这需要在未来的研究中加以阐明。肥大细胞脱颗粒释放类胰蛋白酶，分解细胞底物和紧密连接，导致呼吸道纤维化和MMPs，裂解弹性蛋白。它们还能诱导巨噬细胞内流、炎症反应和细胞毒性介质的释放。随着时间的推移和反复暴露，这些影响结合在一起，可能会导致COPD患者出现肺气肿和肺功能损害的慢性特征。CS和咪喹莫特诱导的肺气肿是TLR7和MyD88依赖的。抑制TLR7减少肥大细胞，其激活和介质释放抑制COPD的发展。我们的研究为TLR7如何通过肥大细胞增强组织特异性反应提供了新的见解和可能的机制，并表明预防和治疗靶向TLR7可以减少肺肥大细胞数量、肺气肿和实验性COPD。因此，我们的研究将TLR7定义为一个有前景的治疗靶点，并为开发新的治疗方法开辟了一条新的途径，以减轻或逆转肺气肿和COPD的严重程度，以及肥大细胞相关疾病。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42913-z

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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