DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-025-04270-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41511522
تاريخ النشر: 2026-01-09
المؤلف: Katharina Hamburg وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات نقل الأدوية والمقاومة
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة الفعالية التفاضلية للمضادات الحيوية في الغرانولومات المهيمنة على M2، منسوبة إلى امتصاص غير مثالي للأدوية في البلعميات M2. تسلط الدراسة الضوء على أن هذا قد يتأثر بالتعبير المتغير ونشاط ناقلات الأدوية على غشاء الخلية، والتي تنظم تدفق الأدوية ودخولها وخروجها. أظهرت الأبحاث السابقة أن البلعميات M1 وM2 تظهر اختلافات في التعبير عن ناقلات الأدوية المحددة المدفوعة بـ ATP، مثل بروتين مقاومة سرطان الثدي (BCRP) وبروتين مقاومة الأدوية المتعددة 1 (MRP1). ومن الجدير بالذكر أن البلعميات M2 المشتقة من خط خلايا U937 قد وُجد أنها تعبر عن مستويات أعلى من بروتين P-glycoprotein (P-gp)، مما يعيق امتصاص الأدوية مثل لوبينافير مقارنة بالبلعميات M1.
تعتبر هذه الدراسة الأولى التي تستكشف التباين النسخي لمختلف ناقلات الأدوية، ونشاط P-gp، وحركية امتصاص الرفامبيسين في البلعميات M1 وM2 المستقطبة المشتقة من أحادية THP-1. تشير النتائج إلى أن الفعالية المنخفضة للرفامبيسين في السل المهيمن على M2 ترجع جزئيًا إلى زيادة تدفق الأدوية، مما يقلل من التوافر الحيوي داخل الخلايا للرفامبيسين. يُعزى ذلك إلى التغيرات المعتمدة على الاستقطاب في التعبير ووظيفة ناقلات الأدوية، وخاصة النشاط المعزز لـ P-gp في البلعميات M2.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الأدوار الحاسمة للبلعميات M1 المسببة للالتهابات وM2 المضادة للالتهابات في الاستجابة المناعية ضد المتفطرة السلية (Mtb)، العامل المسبب للسل. تشير إلى أنه خلال عدوى Mtb، تتعاون هذه الأنماط الظاهرية للبلعميات لتشكيل الغرانولومات، التي تعتبر ضرورية للسيطرة على تكاثر البكتيريا. ومن الجدير بالذكر أن الأبحاث السابقة قد أشارت إلى أنه في المرضى الذين يعانون من السل المقاوم للأدوية، تكون البلعميات M2 أكثر انتشارًا من البلعميات M1، مما قد يعيق إزالة البكتيريا بشكل فعال.
تعتبر هذه الدراسة الأولى التي تستكشف الاختلافات في التعبير عن ناقلات الأدوية بين البلعميات M1 وM2 المشتقة من خلايا THP-1، مع التركيز على 84 ناقل دواء متميز. يتم إعطاء اهتمام خاص لبروتين P-glycoprotein (P-gp)، وهو ناقل رئيسي للرفامبيسين، لتحديد ما إذا كانت نشاط تدفقه يزداد بعد استقطاب الأحادية إلى البلعميات M2. بالإضافة إلى ذلك، تقارن الأبحاث حركية امتصاص الرفامبيسين في البلعميات M1 وM2، مما يوفر رؤى قيمة حول تعبير mRNA لناقلات الأدوية، ووظائف P-gp، وديناميات امتصاص الرفامبيسين في هذه المجموعات المتميزة من البلعميات.
طرق البحث
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والطرق المستخدمة في أبحاثهم. تم الحصول على خلايا THP-1، وهي خط خلايا أحادية بشرية، من مجموعة الثقافة الأمريكية (ATCC)، وتم الحصول على وسط RPMI 1640 من PanBiotech. تم شراء مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية والمركبات الضرورية للتجارب، بما في ذلك الفوربول 12-ميريستات 13-أسيتات (PMA)، وإنترفيرون غاما (IFNγ)، والليبوبوليسكاريد (LPS) من E. coli، من Sigma-Aldrich. بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة عدة مجموعات لعزل RNA وPCR الكمي من Qiagen، بالإضافة إلى مواد كيميائية للاختبارات البروتينية وتخليق cDNA من Thermo Fisher.
شملت المنهجية أيضًا استخدام مثبطات ومواد كيميائية محددة، مثل الرفامبيسين ونظيره [2H8]-رفامبيسين، للتحقيق في آليات نقل الأدوية. تأكد المؤلفون من استخدام المذيبات والمواد الكيميائية عالية النقاء، بما في ذلك الأسيتونيتريل والميثانول من Merck، للحفاظ على نزاهة نتائجهم التجريبية. تؤكد هذه المجموعة الشاملة من المواد على صرامة ودقة التصميم التجريبي المستخدم في الدراسة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي أجريت. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة سابقًا في الدراسة. عادةً ما يتم توضيح النتائج من خلال أشكال مختلفة من تمثيل البيانات، مثل الجداول، والرسوم البيانية، أو المعادلات، والتي توفر تصورًا واضحًا للاتجاهات والعلاقات الملاحظة.
في هذا القسم، قد يناقش المؤلفون أيضًا الأهمية الإحصائية لنتائجهم، وغالبًا ما يستخدمون قيم p أو فترات الثقة للتحقق من نتائجهم. بالإضافة إلى ذلك، يتم تناول أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، مما يوفر فهمًا شاملاً لتداعيات البيانات. بشكل عام، تسهم النتائج في السياق الأوسع للبحث، مقدمة رؤى قد تفيد الدراسات أو التطبيقات المستقبلية في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في تأثيرات استقطاب أحادية THP-1 إلى البلعميات M1 وM2 على النسخ الجيني لناقلات الأدوية ونشاط تدفق P-glycoprotein (P-gp)، مع التركيز بشكل خاص على امتصاص الرفامبيسين. تضمنت بروتوكولات التمايز معالجة خلايا THP-1 بالفوربول 12-ميريستات 13-أسيتات (PMA) لتوليد البلعميات M0، تليها الاستقطاب باستخدام السيتوكينات المحددة. تم التحقق من نجاح الاستقطاب من خلال التعبير التفاضلي عن علامات mRNA، حيث أظهرت البلعميات M1 زيادة كبيرة في TNFα المسببة للالتهابات (42 ضعفًا) مقارنة بالبلعميات M2، التي أظهرت مستويات أعلى من CCL22 المضادة للالتهابات.
كشفت التحليلات أن التمايز من الأحادية إلى البلعميات زاد من التعبير عن 18 ناقل دواء، مع إظهار ABCB1 وSLCO2B1 أكبر الزيادات. زاد استقطاب M1 من التعبير عن 48 ناقل دواء، بينما أدى استقطاب M2 إلى زيادة التعبير عن 20 ناقلًا، بما في ذلك ABCG2 وSLCO2B1. ومن الجدير بالذكر أن نشاط P-gp كان أعلى بكثير في البلعميات M2 مقارنة بـ M1، وهو ما يتوافق مع انخفاض تركيزات الرفامبيسين داخل الخلايا في خلايا M2 بعد التعرض للدواء. يشير هذا إلى أن النشاط المعزز لتدفق P-gp في البلعميات M2 قد يسهم في تقليل فعالية الرفامبيسين في السل المهيمن على M2، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في الآليات التي تؤثر على امتصاص الأدوية في هذه البلعميات المستقطبة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-025-04270-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41511522
Publication Date: 2026-01-09
Author(s): Katharina Hamburg et al.
Primary Topic: Drug Transport and Resistance Mechanisms
Overview
This section discusses the differential efficacy of antibiotics in M2-dominant granuloma, attributing it to suboptimal drug uptake in M2 macrophages. The study highlights that this may be influenced by the variable expression and activity of drug transporters on the cell membrane, which regulate the influx and efflux of drugs. Previous research has shown that M1 and M2 macrophages exhibit differences in the expression of specific ATP-driven drug transporters, such as breast cancer resistance protein (BCRP) and multidrug resistance-related protein 1 (MRP1). Notably, M2 macrophages derived from the U937 cell line have been found to express higher levels of P-glycoprotein (P-gp), which impairs the uptake of drugs like lopinavir compared to M1 macrophages.
The study is the first to explore the transcriptomic variability of various drug transporters, P-gp activity, and rifampicin uptake kinetics in polarized M1 and M2 macrophages derived from THP-1 monocytes. The findings indicate that the reduced efficacy of rifampicin in M2-dominant tuberculosis is partially due to increased efflux transport, which diminishes the intracellular bioavailability of rifampicin. This is attributed to polarization-dependent changes in the expression and function of drug transporters, particularly the enhanced activity of P-gp in M2 macrophages.
Introduction
The introduction highlights the critical roles of pro-inflammatory M1 and anti-inflammatory M2 macrophages in the immune response against Mycobacterium tuberculosis (Mtb), the causative agent of tuberculosis. It notes that during Mtb infection, these macrophage phenotypes collaborate to form granulomas, which are essential for controlling bacterial replication. Notably, previous research has indicated that in patients with drug-resistant tuberculosis, M2 macrophages are more prevalent than M1 macrophages, which may hinder effective bacterial clearance.
This study is the first to explore the differences in drug transporter expression between THP-1 cell-derived M1 and M2 macrophages, focusing on 84 distinct drug transporters. Particular attention is given to P-glycoprotein (P-gp), a key transporter for rifampicin, to determine whether its efflux activity increases following the polarization of monocytes to M2 macrophages. Additionally, the research compares the uptake kinetics of rifampicin in M1 and M2 macrophages, providing valuable insights into drug transporter mRNA expression, P-gp functionality, and rifampicin uptake dynamics in these distinct macrophage populations.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research. THP-1 cells, a human monocytic cell line, were sourced from the American Type Culture Collection (ATCC), and RPMI 1640 Medium was obtained from PanBiotech. Various reagents and compounds critical for the experiments, including phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), interferon gamma (IFNγ), and lipopolysaccharides (LPS) from E. coli, were procured from Sigma-Aldrich. Additionally, the study employed several kits for RNA isolation and quantitative PCR from Qiagen, as well as reagents for protein assays and cDNA synthesis from Thermo Fisher.
The methodology also involved the use of specific inhibitors and reagents, such as rifampicin and its isotopologue [2H8]-rifampicin, to investigate drug transport mechanisms. The authors ensured the use of high-purity solvents and reagents, including acetonitrile and methanol from Merck, to maintain the integrity of their experimental results. This comprehensive selection of materials underscores the rigor and precision of the experimental design employed in the study.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed earlier in the study. The results are typically illustrated through various forms of data representation, such as tables, graphs, or equations, which provide a clear visualization of the trends and relationships observed.
In this section, the authors may also discuss the statistical significance of their findings, often employing p-values or confidence intervals to validate their results. Additionally, any unexpected outcomes or anomalies are addressed, providing a comprehensive understanding of the data’s implications. Overall, the results contribute to the broader context of the research, offering insights that may inform future studies or applications in the relevant field.
Discussion
In this study, the authors investigated the effects of THP-1 monocyte polarization into M1 and M2 macrophages on drug transporter transcriptomics and P-glycoprotein (P-gp) efflux activity, particularly focusing on rifampicin uptake. The differentiation protocol involved treating THP-1 cells with phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) to generate M0 macrophages, followed by polarization with specific cytokines. The successful polarization was validated through the differential expression of mRNA markers, with M1 macrophages showing a significant increase in pro-inflammatory TNFα (42-fold) compared to M2 macrophages, which exhibited higher levels of the anti-inflammatory CCL22.
The analysis revealed that monocyte-to-macrophage differentiation upregulated 18 drug transporters, with ABCB1 and SLCO2B1 showing the most substantial increases. M1 polarization further enhanced the expression of 48 drug transporters, while M2 polarization resulted in the upregulation of 20 transporters, including ABCG2 and SLCO2B1. Notably, P-gp activity was significantly higher in M2 macrophages compared to M1, which correlated with lower intracellular rifampicin concentrations in M2 cells after exposure to the drug. This suggests that the enhanced P-gp efflux activity in M2 macrophages may contribute to reduced rifampicin efficacy in M2-dominant tuberculosis, highlighting the need for further investigation into the mechanisms affecting drug uptake in these polarized macrophages.