DOI: https://doi.org/10.1172/jci172578
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38194294
تاريخ النشر: 2024-01-09
المؤلف: Yoshiyuki Nakamura وآخرون
الموضوع الرئيسي: الببتيدات المضادة للميكروبات والأنشطة
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث دور تصلب الشرايين، الذي يتميز بتراكم الدهون والالتهاب في جدران الشرايين، كعامل مساهم كبير في الأمراض القلبية الوعائية، بما في ذلك احتشاء عضلة القلب ومرض الشرايين المحيطية. يتم تسليط الضوء على خلايا الرغوة المشتقة من البلعميات كلاعبين مركزيين في تشكيل لويحات التصلب، مع وجود عوامل خطر معروفة مثل فرط كوليسترول الدم والسمنة وارتفاع ضغط الدم والتدخين. ومن الجدير بالذكر أن الاضطرابات الجلدية الالتهابية المزمنة مثل الصدفية والوردية تم تحديدها كعوامل خطر مستقلة للأمراض القلبية الوعائية، حيث ترتبط الصدفية الشديدة بزيادة خطر الوفاة القلبية الوعائية بمقدار 1.57 مرة مقارنة بعوامل الخطر التقليدية.
تركز الدراسة على LL37، وهو ببتيد كاثيليكيدين مرتفع في المرضى الذين يعانون من حالات التهابية مزمنة، والذي يظهر خصائص مضادة للميكروبات ومؤيدة للالتهابات. يظهر المؤلفون أن LL37 يعزز امتصاص البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL) في البلعميات من خلال التفاعلات مع مستقبلات مثل LDLR وSR-B1 وCD36، مما يؤدي إلى زيادة الكوليسترول السيتوزولي وتغيير تعبير جينات استقلاب الدهون. تكشف التجارب الحية في الفئران المعدلة وراثيًا البشرية أن LL37 يعزز امتصاص LDL، مما يساهم في تكوين لويحات تصلب أكبر. تشير هذه النتائج إلى آلية جديدة قد تزيد من خطر تصلب الشرايين والأمراض القلبية الوعائية بسبب ارتفاع مستويات LL37 في الاضطرابات الالتهابية المزمنة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام نماذج فئران مختلفة، بما في ذلك فئران C57BL/6 من النوع البري (WT) وفئران Apoe-knockout (Apoe-KO) وفئران cathelicidin-knockout (Camp-KO)، والتي تم إنتاجها داخليًا. تم تربية فئران معدلة وراثيًا من الكاثيليكيدين البشرية مع فئران Camp-KO لإنتاج فئران LL37 tg/tg وLL37 tg/tg Apoe-KO للتجارب اللاحقة. تم استخدام فئران تتراوح أعمارها بين 6 إلى 10 أسابيع لدراسات امتصاص البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL)، بينما تم وضع الفئران الذكور التي تبلغ من العمر 6 أسابيع على نظام غذائي مؤدي للتصلب لمدة 10 أسابيع للتحقيق في تصلب الشرايين.
شملت تقنيات زراعة الخلايا استخدام خلايا THP-1، خلايا EA.hy926، خلايا بطانة الوريد السري البشري (HUVECs)، وخلايا بطانة الشريان الأورطي البشري (HAoECs)، جميعها مأخوذة من مجموعة الثقافة الأمريكية (ATCC). تم تمايز خلايا THP-1 باستخدام فوسفاتيديل 12-ميستيرات 13-أسيتات (PMA) وتم تجويعها بعد ذلك قبل العلاج. تم الحفاظ على خلايا EA.hy926 وHUVECs في وسائط نمو بطانية محددة، بينما تم زراعة HAoECs في وسط بطاني مختلف. بالإضافة إلى ذلك، تم إنتاج البلعميات المشتقة من أحادية النواة البشرية (HMDMs) عن طريق عزل خلايا CD14+ من خلايا الدم المحيطية الأحادية النواة للمتبرعين الأصحاء، والتي تم زراعتها بعد ذلك مع عامل تحفيز مستعمرات البلعميات (M-CSF) للتمايز. تم إجراء جميع التجارب في وسط RPMI-1640 خالي من المصل مع إضافة المضادات الحيوية وM-CSF.
النتائج
تشير النتائج إلى أن LL37 يعزز بشكل كبير امتصاص البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL) بواسطة البلعميات، وهو عامل حاسم في تطور تصلب الشرايين. أظهرت الدراسة أن LL37 يسهل إدخال LDL وLDL المعدل من خلال مستقبلات الكنس، مع ملاحظة زيادة ملحوظة في تراكم LDL السيتوزولي في البلعميات THP-1 عند تعرضها لـ LL37. كان هذا التأثير يعتمد على التركيز، حيث يتطلب حد أدنى من تركيز LL37 يبلغ 78 نانومتر، وتم ملاحظته أيضًا في البلعميات المشتقة من أحادية النواة البشرية وفي خلايا بطانة مختلفة.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت تحليلات تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة (SAXS) أن LL37 يغير الخصائص الهيكلية لجزيئات LDL، مما يؤدي إلى زيادة في حجمها، كما يتضح من تحول في الميزات التذبذبية. بينما تم إظهار أن LL37 يشكل تجمعات مرئية من LDL مع مرور الوقت، لم يكن تشكيل هذه التجمعات مرتبطًا بكفاءة امتصاص LDL. ومن الجدير بالذكر أن الفوسفاتيديل كولين وُجد أنه يمنع تشكيل التجمعات دون التأثير على عملية الامتصاص، مما يبرز أهمية تفاعلات الجزيئات الفردية في امتصاص LDL الذي يتوسطه LL37.
المناقشة
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون دور الببتيد المضاد للميكروبات LL37 في تعزيز امتصاص البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL) في البلعميات، وخاصة خلايا THP-1 والبلعميات المشتقة من أحادية النواة البشرية (HMDMs). يظهرون أن LL37 يعزز امتصاص LDL من خلال الإندوسيتوز، الذي يتوسطه مستقبلات سطح الخلية مثل مستقبل LDL (LDLR) وعضو مستقبل الكنس من الفئة B 1 (SR-B1) وCD36. أكدت استخدام مثبطات الإندوسيتوز والأجسام المضادة المانعة للمستقبلات أن تأثير LL37 على امتصاص LDL يعتمد على المستقبلات. كشفت اختبارات الربط القريب أن LL37 يزيد من ارتباط LDL بهذه المستقبلات، مما يشير إلى أن LL37 يغير هندسة جزيئات LDL، مما يسهل تفاعلها مع المستقبلات والإدخال اللاحق.
تسلط الدراسة أيضًا الضوء على أن LL37 يعزز زيادة كبيرة في تراكم الدهون في البلعميات، والتي ترتبط بتغيرات في التعبير الجيني المتعلقة باستقلاب الكوليسترول. ومن الجدير بالذكر أن الفئران المعدلة وراثيًا لـ LL37 أظهرت زيادة في تشكيل لويحات تصلب الشرايين عند تزاوجها مع فئران ناقصة ApoE، مما يعزز الفكرة القائلة بأن LL37 يساهم في تطور تصلب الشرايين. تشير النتائج إلى أن ارتفاع مستويات LL37 في الحالات الالتهابية المزمنة قد يزيد من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية من خلال تعزيز امتصاص LDL وتراكم الدهون في البلعميات، وبالتالي ربط المناعة الفطرية باستقلاب الدهون وتصلب الشرايين. بشكل عام، توفر هذه الأبحاث رؤى حول الآليات التي يؤثر بها LL37 على ديناميات LDL وآثاره المحتملة على الأمراض القلبية الوعائية في الاضطرابات الالتهابية.
DOI: https://doi.org/10.1172/jci172578
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38194294
Publication Date: 2024-01-09
Author(s): Yoshiyuki Nakamura et al.
Primary Topic: Antimicrobial Peptides and Activities
Introduction
The introduction of the research paper discusses the role of atherosclerosis, characterized by lipid accumulation and inflammation in arterial walls, as a significant contributor to cardiovascular diseases, including myocardial infarction and peripheral arterial disease. Macrophage-derived foam cells are highlighted as central players in atheroma plaque formation, with established risk factors such as hypercholesterolemia, obesity, hypertension, and smoking. Notably, chronic inflammatory skin disorders like psoriasis and rosacea are identified as independent risk factors for cardiovascular comorbidities, with severe psoriasis correlating with a 1.57-fold increased risk of cardiovascular mortality compared to traditional risk factors.
The study focuses on LL37, a cathelicidin peptide elevated in patients with chronic inflammatory conditions, which exhibits both antimicrobial and proinflammatory properties. The authors demonstrate that LL37 enhances low-density lipoprotein (LDL) uptake in macrophages through interactions with receptors such as LDLR, SR-B1, and CD36, leading to increased cytosolic cholesterol and altered lipid metabolism gene expression. In vivo experiments in humanized transgenic mice reveal that LL37 promotes LDL uptake, contributing to larger atheroma plaques. These findings suggest a novel mechanism by which elevated LL37 levels in chronic inflammatory disorders may increase the risk of atherosclerosis and cardiovascular disease.
Methods
In this study, various mouse models were utilized, including C57BL/6 wild-type (WT) mice, Apoe-knockout (Apoe-KO) mice, and cathelicidin-knockout (Camp-KO) mice, which were generated in-house. Human cathelicidin-transgenic mice were bred with Camp-KO mice to produce LL37 tg/tg and LL37 tg/tg Apoe-KO mice for subsequent experiments. Mice aged 6 to 10 weeks were employed for low-density lipoprotein (LDL) uptake studies, while male mice aged 6 weeks were placed on an atherogenic diet for 10 weeks to investigate atherosclerosis.
Cell culture techniques involved the use of THP-1 cells, EA.hy926 cells, human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), and human aortic endothelial cells (HAoECs), all sourced from the American Type Culture Collection (ATCC). THP-1 cells were differentiated using phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) and subsequently starved prior to treatment. EA.hy926 cells and HUVECs were maintained in specific endothelial growth media, while HAoECs were cultured in a different endothelial medium. Additionally, human monocyte-derived macrophages (HMDMs) were generated by isolating CD14+ cells from healthy donors’ peripheral blood mononuclear cells, which were then cultured with macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) for differentiation. All experiments were conducted in serum-free RPMI-1640 medium supplemented with antibiotics and M-CSF.
Results
The results indicate that LL37 significantly enhances the uptake of low-density lipoprotein (LDL) by macrophages, a critical factor in atherosclerosis development. The study demonstrated that LL37 facilitates the internalization of LDL and modified LDL through scavenger receptors, with a marked increase in cytosolic LDL accumulation observed in THP-1 macrophages when exposed to LL37. This effect was concentration-dependent, requiring a minimum LL37 concentration of 78 nM, and was also noted in human monocyte-derived macrophages and various endothelial cells.
Additionally, small-angle X-ray scattering (SAXS) analysis revealed that LL37 alters the structural properties of LDL particles, leading to an increase in their size, as indicated by a shift in oscillatory features. While LL37 was shown to form visible aggregates of LDL over time, the formation of these aggregates did not correlate with the efficiency of LDL uptake. Notably, phosphatidylcholine was found to inhibit aggregate formation without affecting the uptake process, underscoring the significance of single particle interactions in LDL uptake mediated by LL37.
Discussion
In this study, the authors investigate the role of the antimicrobial peptide LL37 in promoting low-density lipoprotein (LDL) uptake in macrophages, specifically THP-1 cells and human monocyte-derived macrophages (HMDMs). They demonstrate that LL37 enhances LDL uptake through endocytosis, mediated by cell-surface receptors such as LDL receptor (LDLR), scavenger receptor class B member 1 (SR-B1), and CD36. The use of endocytosis inhibitors and receptor-blocking antibodies confirmed that LL37’s effect on LDL uptake is receptor-dependent. Proximity ligation assays revealed that LL37 increases the binding of LDL to these receptors, suggesting that LL37 alters the geometry of LDL particles, facilitating their interaction with receptors and subsequent internalization.
The study also highlights that LL37 promotes a significant increase in lipid accumulation in macrophages, which correlates with changes in gene expression related to cholesterol metabolism. Notably, LL37 transgenic mice exhibited increased atherosclerotic plaque formation when crossed with ApoE-deficient mice, reinforcing the notion that LL37 contributes to atherosclerosis development. The findings suggest that elevated LL37 levels in chronic inflammatory conditions may enhance cardiovascular risk by promoting LDL uptake and lipid accumulation in macrophages, thereby linking innate immunity to lipid metabolism and atherosclerosis. Overall, this research provides insights into the mechanisms by which LL37 influences LDL dynamics and its potential implications for cardiovascular disease in inflammatory disorders.