DOI: https://doi.org/10.1186/s12865-024-00679-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39806304
تاريخ النشر: 2025-01-14
المؤلف: Song‐I Lee وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاستجابة المناعية والالتهاب
نظرة عامة
تبحث الدراسة في آثار الحصار المزدوج لإنترلوكين-6 (IL-6) وبروتين الموت المبرمج-1 (PD-1) في نموذج حيواني للإنتان الناتج عن ربط وثقب الزائدة الدودية (CLP). يرتبط IL-6 بالعاصفة السيتوكينية المرتبطة بالإنتان، بينما يرتبط PD-1 بالتحجيم المناعي وموت الخلايا اللمفاوية. تم إعطاء العلاج إما بحصار IL-6، أو حصار PD-1، أو مزيج من الاثنين بعد 24 ساعة من CLP وتم تقييم معايير مختلفة، بما في ذلك تعداد الدم المحيطي، مستويات السيتوكينات، موت الخلايا اللمفاوية، تسلل العدلات، ومعدلات البقاء.
أشارت النتائج إلى أن مجموعة العلاج المزدوج أظهرت معدل وفيات أقل (75.0%) مقارنةً بمجموعة التحكم CLP (91.7%)، على الرغم من أن هذا الفرق لم يكن ذا دلالة إحصائية (p = 0.164). ومن الجدير بالذكر أن مجموعة IL-6/PD-1 أظهرت انخفاضًا في نسب العدلات، وانخفاضًا في تعداد الصفائح الدموية، وانخفاضًا في موت الخلايا اللمفاوية T في الطحال، وانخفاضًا في تسلل العدلات في الكبد والرئتين. تشير هذه النتائج إلى أن الحصار المزدوج لـ IL-6 و PD-1 قد يخفف من اختلال التنظيم المناعي وإصابة الأنسجة في الإنتان، مما يعزز السيطرة على العدوى ويحافظ على سلامة الأنسجة، مما يجعل هذه الطريقة استراتيجية علاجية واعدة على الرغم من عدم وجود تحسين كبير في البقاء.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث القضية الحرجة للإنتان، الذي يتميز بأنه استجابة غير طبيعية من المضيف للعدوى والتي يمكن أن تؤدي إلى خلل كبير في الأعضاء ومعدلات وفيات عالية. في عام 2017، أثر الإنتان على حوالي 48.9 مليون فرد على مستوى العالم، مما أسفر عن 11 مليون وفاة، وهو ما يمثل 20% من إجمالي الوفيات العالمية. بينما شهدت أستراليا ونيوزيلندا انخفاضًا في وفيات الإنتان من 35.0% إلى 18.4% بين عامي 2000 و2012، لا تزال الحالة مروعة في مناطق مثل آسيا، حيث وصلت معدلات الوفيات إلى 44.5% في عام 2009. تسلط الورقة الضوء على الآليات المناعية المعقدة المشاركة في الإنتان، بما في ذلك دور إنترلوكين-6 (IL-6) في تفاقم الاستجابة الالتهابية والمساهمة في تلف الأعضاء، بالإضافة إلى التأثيرات المثبطة للمناعة التي يتوسطها بروتين الموت المبرمج 1 (PD-1) و ligand PD-L1.
يشير المؤلفون إلى أنه بينما استكشفت الدراسات السابقة آثار حصار IL-6 و PD-1/PD-L1 في نماذج حيوانية للإنتان، هناك نقص في الفهم الشامل بشأن العمليات المرتبطة بتسلل العدلات وموت الخلايا اللمفاوية. علاوة على ذلك، لم يتم التحقيق بشكل كافٍ في الفوائد المحتملة للحصار المزدوج لـ IL-6 و PD-1/PD-L1 في تحسين البقاء وتعديل الاستجابات المناعية أثناء الإنتان. تهدف هذه الدراسة إلى معالجة هذه الفجوات من خلال افتراض أن العلاج المركب مع الأجسام المضادة لحصار IL-6 و PD-1 سيعزز معدلات البقاء ويؤثر بشكل إيجابي على الاستجابات المناعية في نموذج حيواني للإنتان.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام ذكور بالغين من فئران C57BL/6 (من 8 إلى 10 أسابيع، 22-30 جرام) تحت ظروف بيئية محكومة (درجة الحرارة: 21 ± 2 °م؛ الرطوبة: 50%) مع دورة ضوء لمدة 14 ساعة وظلام لمدة 10 ساعات، وتم توفير الوصول الحر إلى الطعام والماء. تضمنت التصميم التجريبي تقسيم الفئران إلى خمس مجموعات (12 فأرًا لكل مجموعة): المجموعة 1 (إجراء وهمي)، المجموعة 2 (إنتان CLP)، المجموعة 3 (إنتان CLP + جسم مضاد مضاد لـ IL-6)، المجموعة 4 (إنتان CLP + جسم مضاد مضاد لـ PD-1)، والمجموعة 5 (إنتان CLP + أجسام مضادة مضادة لـ IL-6 و PD-1). بعد 24 ساعة من CLP، تم إعطاء الأجسام المضادة المعنية عن طريق الحقن داخل الصفاق بجرعات 1.33 ملغ/كغ لـ anti-IL-6 و 5 ملغ/كغ لـ anti-PD-1، بناءً على دراسات سابقة.
شملت النقاط النهائية الرئيسية للدراسة معدلات البقاء، والملفات الدموية، وعلامات الالتهاب، والتقييمات النسجية باستخدام صبغ H&E وصبغ المناعية الفلورية. لتعزيز قوة النتائج، تم إجراء تجربة متابعة مع أحجام مجموعات معدلة: وهمي (n = 6)، CLP (n = 20)، anti-IL-6 (n = 20)، anti-PD-1 (n = 20)، و anti-IL-6/PD-1 (n = 20). كانت هذه النسخة تهدف إلى التحقيق بشكل أعمق في علامات إصابة الأعضاء، والتحليلات الخلوية لسوائل الغسل البطني، وزرع من كل من الدم وسوائل الغسل البطني، مما يوسع نطاق البحث.
النتائج
أظهر التحليل النسجي للكبد والرئتين والطحال في الفئران المعالجة بـ anti-IL-6/PD-1 اختلافات كبيرة في الاستجابات الالتهابية مقارنةً بالمجموعات الضابطة. في الكبد، أظهرت الفئران الوهمية بنية طبيعية، بينما أظهرت فئران CLP تسللًا ملحوظًا للخلايا الالتهابية، وخاصة العدلات، حول الوريد المركزي. أظهرت كل من مجموعتي anti-IL-6 و anti-PD-1 تسللًا التهابيًا طفيفًا، لكن الفئران المعالجة بـ anti-IL-6/PD-1 أظهرت انخفاضًا ملحوظًا في هذا التسلل، مما يشير إلى تأثير علاجي محتمل للعلاج المركب.
في الرئتين، أظهرت الفئران الوهمية والفئران المعالجة بـ anti-IL-6/PD-1 تغييرات التهابية طفيفة، بينما قدمت فئران CLP و anti-IL-6 و anti-PD-1 درجات متفاوتة من الالتهاب وتثخن الجدران الحاجزية. كشف تحليل الطحال عن توزيع طبيعي للخلايا اللمفاوية في الفئران الوهمية، لكن لوحظ انخفاض كبير في الخلايا اللمفاوية في فئران CLP. أظهرت فئران anti-IL-6 انخفاضًا إضافيًا في عدد الخلايا اللمفاوية والميغاكاريوسايت، بينما حافظت فئران anti-PD-1 على مستويات الخلايا اللمفاوية. ومن الجدير بالذكر أن الفئران المعالجة بـ anti-IL-6/PD-1 أظهرت زيادة في كثافة الخلايا اللمفاوية وتغيرات تضخمية في منطقة اللب الأبيض، مما يشير إلى استجابة مناعية معززة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في الحصار المزدوج لـ IL-6 و PD-1 من أجل قدرته المحتملة على تخفيف اختلال التنظيم المناعي وتحسين النتائج في نموذج فأر للإنتان الناتج عن ربط وثقب الزائدة الدودية (CLP). بينما أظهرت معدلات البقاء لمدة 7 أيام اتجاهًا نحو التحسن في الفئران المعالجة بكلا الجسمين المضادين (25% مقابل 8.3%، p = 0.164)، لم يكن هذا الفرق ذا دلالة إحصائية. ومن الجدير بالذكر أن علاج anti-IL-6/PD-1 أدى إلى انخفاض كبير في تسلل العدلات في الكبد والرئتين، كما يتضح من انخفاض التعبير عن علامات myeloperoxidase (MPO) و Ly-6G. بالإضافة إلى ذلك، قلل هذا العلاج من موت الخلايا اللمفاوية في الطحال، مما يشير إلى الحفاظ على الوظيفة المناعية.
على الرغم من عدم وجود فوائد كبيرة في البقاء، إلا أن الحصار المزدوج قلل بشكل فعال من الأحمال البكتيرية في سوائل الغسل البطني وحسن سلامة الأنسجة، مما يشير إلى تعزيز السيطرة على العدوى. تؤكد النتائج على أهمية معالجة كل من المراحل الالتهابية المفرطة والمثبطة للمناعة للإنتان، حيث قد يكون توقيت إعطاء الأجسام المضادة (24 ساعة بعد CLP) قد قيد تأثيرها على الاستجابة الالتهابية الحادة. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانية الحصار المزدوج لـ IL-6/PD-1 كاستراتيجية علاجية في الإنتان، مما يتطلب مزيدًا من الاستكشاف لتوقيتها، وجرعاتها، ودمجها مع علاجات أخرى لتحسين النتائج السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12865-024-00679-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39806304
Publication Date: 2025-01-14
Author(s): Song‐I Lee et al.
Primary Topic: Immune Response and Inflammation
Overview
The research investigates the effects of dual blockade of Interleukin-6 (IL-6) and Programmed Death Protein-1 (PD-1) in a murine model of sepsis induced by cecal ligation and puncture (CLP). IL-6 is implicated in the cytokine storm associated with sepsis, while PD-1 is linked to immunosuppression and lymphocyte apoptosis. The study administered either IL-6 blockade, PD-1 blockade, or a combination of both 24 hours post-CLP and assessed various parameters, including peripheral blood counts, cytokine levels, lymphocyte apoptosis, neutrophil infiltration, and survival rates.
Results indicated that the combination treatment group exhibited a lower mortality rate (75.0%) compared to the CLP control (91.7%), although this difference was not statistically significant (p = 0.164). Notably, the IL-6/PD-1 group showed reduced neutrophil percentages, lower platelet counts, decreased T lymphocyte apoptosis in the spleen, and diminished neutrophil infiltration in the liver and lungs. These findings suggest that dual blockade of IL-6 and PD-1 may mitigate immune dysregulation and tissue injury in sepsis, thereby enhancing infection control and preserving tissue integrity, positioning this approach as a promising therapeutic strategy despite the lack of significant survival improvement.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the critical issue of sepsis, characterized as an abnormal host response to infections that can lead to significant organ dysfunction and high mortality rates. In 2017, sepsis affected approximately 48.9 million individuals globally, resulting in 11 million deaths, which represents 20% of total global mortality. While Australia and New Zealand have seen a decline in sepsis-related mortality from 35.0% to 18.4% between 2000 and 2012, the situation remains dire in regions like Asia, where mortality rates reached 44.5% in 2009. The paper highlights the complex immunological mechanisms involved in sepsis, including the role of interleukin-6 (IL-6) in exacerbating the inflammatory response and contributing to organ damage, as well as the immunosuppressive effects mediated by programmed cell death protein 1 (PD-1) and its ligand PD-L1.
The authors note that while previous studies have explored the effects of IL-6 and PD-1/PD-L1 blockade in murine models of sepsis, there is a lack of comprehensive understanding regarding the associated processes of neutrophil infiltration and lymphocyte apoptosis. Furthermore, the potential benefits of dual blockade of IL-6 and PD-1/PD-L1 in improving survival and modulating immune responses during sepsis have not been adequately investigated. This study aims to address these gaps by hypothesizing that combination therapy with IL-6 and PD-1 blocking antibodies will enhance survival rates and positively influence immune responses in a murine model of sepsis.
Methods
In this study, adult male C57BL/6 mice (8-10 weeks old, 22-30 g) were utilized under controlled environmental conditions (temperature: 21 ± 2 °C; humidity: 50%) with a 14-hour light and 10-hour dark cycle, and were provided with ad libitum access to food and water. The experimental design involved dividing the mice into five groups (12 mice each): Group 1 (sham procedure), Group 2 (CLP sepsis), Group 3 (CLP sepsis + anti-IL-6 antibody), Group 4 (CLP sepsis + anti-PD-1 antibody), and Group 5 (CLP sepsis + anti-IL-6 and anti-PD-1 antibodies). Twenty-four hours post-CLP, the respective antibodies were administered via intraperitoneal injection at doses of 1.33 mg/kg for anti-IL-6 and 5 mg/kg for anti-PD-1, based on prior studies.
The primary endpoints of the study included survival rates, hematological profiles, inflammatory biomarkers, and histopathological evaluations using H&E and immunofluorescence staining. To enhance the robustness of the findings, a follow-up experiment was conducted with adjusted group sizes: sham (n = 6), CLP (n = 20), anti-IL-6 (n = 20), anti-PD-1 (n = 20), and anti-IL-6/PD-1 (n = 20). This replication aimed to further investigate organ injury markers, cellular analyses of peritoneal lavage fluid, and cultures from both blood and peritoneal lavage, thereby broadening the scope of the research.
Results
The histopathological analysis of liver, lungs, and spleen in anti-IL-6/PD-1 mice revealed significant differences in inflammatory responses compared to control groups. In the liver, sham mice displayed normal architecture, while CLP mice exhibited pronounced inflammatory cell infiltration, particularly neutrophils, around the central vein. Both anti-IL-6 and anti-PD-1 groups showed slight inflammatory infiltration, but anti-IL-6/PD-1 mice demonstrated a marked reduction in such infiltration, indicating a potential therapeutic effect of the combined treatment.
In the lungs, sham and anti-IL-6/PD-1 mice showed minimal inflammatory changes, whereas CLP, anti-IL-6, and anti-PD-1 mice presented varying degrees of inflammation and septal wall thickening. Spleen analysis revealed normal lymphocyte distribution in sham mice, but a significant reduction in lymphocytes was noted in CLP mice. Anti-IL-6 mice exhibited a further decrease in lymphocyte and megakaryocyte counts, while anti-PD-1 mice maintained lymphocyte levels. Notably, anti-IL-6/PD-1 mice showed an increase in lymphocyte density and hyperplastic changes in the white pulp region, suggesting an enhanced immune response.
Discussion
In this study, the dual blockade of IL-6 and PD-1 was investigated for its potential to mitigate immune dysregulation and improve outcomes in a mouse model of sepsis induced by cecal ligation and puncture (CLP). While the 7-day survival rates showed a trend towards improvement in mice treated with both antibodies (25% vs. 8.3%, p = 0.164), this difference was not statistically significant. Notably, the anti-IL-6/PD-1 treatment resulted in a significant reduction in neutrophil infiltration in the liver and lungs, as evidenced by decreased expression of myeloperoxidase (MPO) and Ly-6G markers. Additionally, this treatment reduced lymphocyte apoptosis in the spleen, suggesting a preservation of immune function.
Despite the lack of significant survival benefits, the dual blockade effectively reduced bacterial loads in peritoneal lavage fluid and improved tissue integrity, indicating enhanced infection control. The findings underscore the importance of addressing both the hyperinflammatory and immunosuppressive phases of sepsis, as the timing of antibody administration (24 hours post-CLP) may have limited its impact on the acute inflammatory response. Overall, the study highlights the potential of IL-6/PD-1 dual blockade as a therapeutic strategy in sepsis, warranting further exploration of its timing, dosing, and combination with other therapies to optimize clinical outcomes.