The immune defense mechanisms of macrophages against pathogens in early life
Authors: Κολλινιάτη Ουρανία 
Published: December 2023

Η νεογνική σήψη είναι μια από τις βασικές αιτίες θνητότητας και θνησιμότητας βρεφών παγκοσμίως, τόσο στις αναπτυσσόμενες όσο και στις ανεπτυγμένες χώρες. Πλήθος μελετών έχουν αναδείξει τα παθογόνα E. coli και Streptococcus agalactiae (GBS) ως τους κύριους λοιμώδεις παράγοντες που προκαλούν σήψη σε αυτή την ευαίσθητη ηλικιακή ομάδα. Παρά το γεγονός ότι και τα δύο αυτά παθογόνα είναι αβλαβή για τους υγιείς ενήλικες οργανισμούς, οι λοιμώξεις αυτών των παθογόνων στα νεογνά έχουν σοβαρές επιπτώσεις τόσο για τους ίδιους τους ξενιστές όσο και για τις οικογένειές τους. Μέχρι στιγμής, η μόνη διαθέσιμη θεραπεία για τη διαχείριση της νεογνικής σήψης είναι η χορήγηση αντιβιοτικών. Ένας βασικός παράγοντας που καθιστά τα νεογνά επιρρεπή στην ανάπτυξη λοιμώξεων είναι η ανωριμότητα του νεογνικού ανοσοποιητικού συστήματος, τόσο της έμφυτης όσο και της επίκτητης ανοσίας. Σε αυτή τη τρυφερή περίοδο της ζωής, η γραμμή της επίκτητης ανοσίας δεν έχει αναπτυχθεί επαρκώς, ενώ οι έμφυτες ανοσολογικές αποκρίσεις παραμένουν μερικώς εκπαιδευμένες και ανεπαρκείς, σε σχέση με αυτές των ενήλικων οργανισμών. Καθώς οι μοριακοί και κυτταρικοί μηχανισμοί άμυνας της νεογνικής έμφυτης ανοσίας δεν είναι επαρκώς χαρακτηρισμένοι, η σε βάθος κατανόηση τους είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό νέων στοχευμένων και αποτελεσματικών θεραπευτικών προσεγγίσεων έναντι της νεογνικής σήψης. Η πρωτεΐνη DEL-1 είναι ένα μόριο με χαρακτηριστικές ανοσοτροποποιητικές και αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες, που διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη παθολογία φλεγμονωδών νόσων. Χρησιμοποιώντας αγρίου τύπου (WT) υγιή και σηπτικά, νεογνά και ενήλικα ποντίκια παρατηρήσαμε ότι έκφραση αυτού του παράγοντα είναι συστημικά αυξημένη στα νεογνά σε σχέση με τα ενήλικα ποντίκια, ενώ παρουσία σήψης αυξήθηκαν ακόμη περισσότερο σε αντίθεση με τα επίπεδα των σηπτικών ενήλικων ποντικών. Προκειμένου να διερευνήσουμε το ρόλο της πρωτεΐνης DEL-1 στο πλαίσιο της νεογνικής σήψης, χρησιμοποιήσαμε νεογνά WT και DEL-1 -/- γονοτύπου τα οποία υποβάλαμε σε πολυμικροβιακή σήψη. Παρατηρήσαμε ότι τα DEL-1 -/- νεογνά ποντίκια παρουσίασαν έντονη ουδετεροπενία, οξυμένη βακτηριαιμία και σημαντικά μειωμένη επιβίωση στη σήψη, συμπτώματα τα οποία αναστράφηκαν έπειτα από τη χορήγηση εξωγενούς DEL-1. Η βάση αυτών των συμπτωμάτων βρίσκεται στο μειωμένο αριθμό των μυελικών αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων και των πρόγονων ουδετερόφιλων στο μυελό των οστών των σηπτικών DEL-1 -/- νεογνών, αναδεικνύοντας τη σημασία της πρωτεΐνης DEL-1 ως αναπόσπαστο συστατικό του νεογνικού μυελού που διαμεσολαβεί τις προστατευτικές του ιδιότητες, στηρίζοντας την επείγουσα μυελοποίηση. Επιπλέον αναδεικνύουμε ότι η αυξημένη ιστική παραγωγή της DEL-1 στα σηπτικά νεογνά αποδίδεται στην αυξημένη αναλογία IL-10/IL-17A κυτταροκινών. Συγκεκριμένα, δείχνουμε ότι η κυτταροκίνη IL-10 ρυθμίζει θετικά την DEL-1, καθώς η παρεμπόδιση του σηματοδοτικού μονοπατιού της IL-10 μείωσε τόσο την έκφραση όσο και τις ευεργετικές δράσεις της DEL-1. Σε συμφωνία με τα δεδομένα μας από τα πειραματικά μας μοντέλα, τόσο η DEL-1 όσο και ο αριθμός των κυκλοφορόντων ουδετερόφιλων είναι αυξημένα στους σηπτικούς ασθενείς που χαρακτηρίζονται από υψηλή αναλογία IL-10/IL-17A. Επιπλέον, οι σηπτικοί ασθενείς με υψηλότερα επίπεδα DEL-1 παρουσιάζουν καλύτερη επιβίωση σε σχέση με τους ασθενείς με χαμηλά επίπεδα DEL-1. Συμπερασματικά, σε αυτή τη μελέτη αναδεικνύουμε του σηματοδοτικού άξονα IL-10–DEL-1 στη διατήρηση των αποθεμάτων ουδετερόφιλων στο μυελό των οστών, τα οποία είναι ανεπαρκή κατά τη νεογνική ηλικία, στηρίζοντας την επείγουσα μυελοποίηση και την επιβίωση των σηπτικών νεογνών. Έπειτα μελετήσαμε το ρόλο των ενήλικων και των νεογνικών μακροφάγων στην λοίμωξη με το Στρεπτόκοκκο Βήτα Ομάδας (GBS). Ο GBS είναι ένα ευκαιριακό παθογόνο για τους υγιείς ενήλικες οργανισμούς, όμως για τα νεογνά και να νεαρά βρέφη αποτελεί μία από τις κύριες αιτίες σήψης και μηνιγγίτιδας παγκοσμίως. Για να διερευνήσουμε τους μοριακούς μηχανισμούς άμυνας των μακροφάγων έναντι του GBS χρησιμοποιήσαμε περιτοναϊκά μακροφάγα από νεογνά και ενήλικα ποντίκια τα οποία στη συνέχεια μολύναμε με GBS. Σε αντίθεση με τα μακροφάγα των ενηλίκων, η λοίμωξη του GBS στα νεογνικά μακροφάγα οδήγησε σε αύξηση του ενδοκυττάριου βακτηριακού φορτίου, μεγαλύτερη κυτταροπλασματική διαφυγή των βακτηρίων και μειωμένη στόχευσή τους στα λυσοσώματα για καταστροφή. Με τη χρήση συνεστιακής μικροσκοπίας και μίας σειράς μορίων siRNA, αποδείξαμε ότι ο μηχανισμός της LC3 εξαρτώμενης φαγοκυττάρωσης (LAP) είναι ο βασικός διαμεσολαβητής της βακτηριοκτόνου δράσης των ενήλικων μακροφάγων κυττάρων έναντι του GBS. Ωστόσο, στα νεογνικά μακροφάγα ο μηχανισμός αυτός είναι μη λειτουργικός όπως καταδεικνύεται από τον μειωμένο συν εντοπισμό του GBS με την LC3. Κατά τη μόλυνσή τους με GBS τα νεογνικά μακροφάγα αποκτούν ένα διακριτό μεταβολικό και φλεγμονώδες προφίλ, το οποίο παρουσιάζει προφλεγμονώδη και αντιφλεγμονώδη χαρακτηριστικά. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της RNA-seq ανάλυσης, έπειτα από τη διέγερσή τους με τον GBS τα νεογνικά μακροφάγα παρουσιάζουν υπέρμετρη παραγωγή της κυτταροκίνης IL-6, η οποία έχει ανασταλτική δράση στο μονοπάτι της LAP. Πράγματι, η χορήγηση εξωγενούς IL-6 σε ενήλικα μακροφάγα κύτταρα, παρεμποδίζει τη βακτηριοκτόνο δράση τους. Αντιθέτως η στόχευση της IL-6 ή πιο συγκεκριμένα του trans σηματοδοτικού της μονοπατιού, ενισχύει την αντιβακτηριακή δραστηριότητα των νεογνικών μακροφάγων έναντι του GBS μέσω του μηχανισμού της LAP. Ομοίως, η παρεμπόδιση των κάτωθεν σηματοδοτικών μορίων της IL-6, JAK1/2 και STAT-3, μείωσε σημαντικά το ενδοκυττάριο βακτηριακό φορτίο και τη κυτταροπλασματική διαφυγή του GBS στα νεογνικά μακροφάγα, ενισχύοντας παράλληλα τον συν-εντοπισμό των ενδοκυττάριων βακτηρίων με την πρωτεΐνη LC3. Σε συμφωνία με τα μέχρι τώρα δεδομένα μας από το πειραματικό μοντέλο των ποντικών, η χημική αναστολή του IL-6R με τον παράγοντα Tocilizumab στα μακροφάγα ομφάλιου λώρου, βελτιώνει την ικανότητα τους να καταπολεμήσουν τον GBS. Τέλος, σε αυτή τη μελέτη παραθέτουμε στοιχεία ότι η στόχευση του σηματοδοτικού άξονα της IL-6 έχει τη δυνατότητα να παρατείνει την επιβίωση των μολυσμένων με GBS νεογνών ποντικών. Για το λόγο αυτό, η χορήγηση ανοσοτροποποιητικών θεραπειών που θα στοχεύσουν συγκεκριμένα τον άξονα IL-6/JAK1&2/STAT-3 θα μπορούσε να προστατεύσει τα νεογνά ενάντια λοιμώξεων από τον GBS, ενισχύοντας τους ενδοκυττάριους μηχανισμούς άμυνας των μακροφάγων έναντι των οπορτουνιστικών παθογόνων. Τα ευρήματα της παρούσας μελέτης θα μπορούσαν μελλοντικά να οδηγήσουν στην ανάπτυξη στοχευμένων θεραπευτικών προσεγγίσεων που θα συνεισφέρουν στη πρόγνωση και θεραπεία της νεογνικής σήψης που παραμένει πενιχρή.