DOI: https://doi.org/10.1186/s12917-024-03993-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38582846
تاريخ النشر: 2024-04-06
المؤلف: Jingyang Li وآخرون
الموضوع الرئيسي: البحوث حول العدوى الميكروبية والأمراض
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التأثيرات المثبطة للمناعة لـ *Glaesserella parasuis*، العامل المسبب لمرض غلاسر في الخنازير الصغيرة، من خلال إنشاء نموذج عدوى لتحليل استجابة الجهاز المناعي للمضيف. تم تقسيم عشرين خنزيرًا صغيرًا إلى مجموعتين: مجموعة العدوى، التي تلقت تحديًا داخل الصفاق بجرعة 2 × 10^8 CFU من *G. parasuis*، ومجموعة التحكم، التي تم حقنها بحجم مكافئ من TSB. بعد 72 ساعة، تم جمع أنسجة الطحال من كلا المجموعتين لتقييم تعبير PD-1/PD-L1 وعزل خلايا الطحال لتحليل تمايز مجموعات خلايا T المختلفة (CD3^+, CD3^+CD4^+, CD3^+CD8^+, و CD3^-CD21^+).
كشفت النتائج أن *G. parasuis* غيرت بشكل كبير تمايز مجموعات خلايا T وتعبير PD-1/PD-L1 في الطحال. حدد التحليل البروتيني باستخدام تقنية الاكتساب المستقل عن البيانات (DIA) 596 بروتينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEPs) في مجموعة العدوى، مع 301 بروتينًا تم تنظيمه لأعلى و295 تم تنظيمه لأسفل، مرتبطين بشكل أساسي بالاستجابات المناعية. تمثل هذه الأبحاث الاستكشاف الأول لتعبير PD-1/PD-L1 في سياق تثبيط المناعة في نموذج الخنازير الصغيرة، مما يبرز التغيرات البروتينية الكبيرة المتعلقة بوظيفة المناعة بعد العدوى.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التأثير الكبير لـ Glaesserella parasuis (G. parasuis) كعامل مسبب للأمراض التنفسية في الخنازير، مما يؤدي إلى مرض غلاسر، الذي يرتبط بمضاعفات نظامية شديدة مثل التهاب الغشاء المصلي المتعدد، التهاب المفاصل، والتهاب السحايا. على الرغم من الخسائر الاقتصادية المنسوبة إلى هذه العدوى، لا تزال الآليات الكامنة وراء ضراوة G. parasuis غير مفهومة جيدًا. تم تحديد عوامل virulence الرئيسية، بما في ذلك السكريات المتعددة الكبسولية التي تساعد في التهرب من استجابة الجهاز المناعي للمضيف، وجين htrA، الذي يرتبط ببقاء العامل المسبب وضراوته. أظهرت الدراسات السابقة أن عمليات الحذف الجيني المحددة يمكن أن تقلل من الضراوة، مما يبرز أهمية فهم تفاعلات العامل المسبب مع نظام المناعة للمضيف.
تهدف الدراسة إلى استكشاف تعديل استجابات خلايا الالتهاب الفطرية للمضيف في الطحال بعد عدوى G. parasuis باستخدام البروتيوميات. تعتبر هذه المقاربة حاسمة لتوضيح التغيرات في تعبير البروتين التي تحدث أثناء العدوى، والتي يمكن أن تؤدي إلى خلل في المناعة. تركز الأبحاث على أدوار خلايا T و B في الاستجابة المناعية التكيفية، خاصة في سياق ابتلاع البلعميات وتمايز هذه الخلايا المناعية بعد العدوى. من خلال التحقيق في التغيرات البروتينية ومسارات الإشارة الرئيسية في طحالات الخنازير الصغيرة المصابة، من المتوقع أن توفر النتائج رؤى حول الآليات الجزيئية لتثبيط المناعة الناتج عن G. parasuis وتحديد أهداف جزيئية محتملة للتحكم في العدوى.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم الحصول على عشرين خنزيرًا صغيرًا بعمر 21 يومًا تم فطامها مبكرًا بشكل طبيعي (NFEW)، من سلالة Duroc × Landrace × Large White وتزن بين 4-5 كجم، من جمعية ووهان فنغ لونغ شين للتربية المهنية في الصين. تم تخصيص الخنازير الصغيرة عشوائيًا إلى مجموعتين: مجموعة التحكم ومجموعة العدوى. تلقت مجموعة العدوى تحديًا داخل الصفاق بجرعة 2 × 10^8 CFU من *Glaesserella parasuis* في 2 مل من مرق الصويا التربتي (TSB)، بينما تم إعطاء مجموعة التحكم حجمًا مكافئًا من TSB بدون العامل المسبب.
بعد الإدارة، تم مراقبة كلا المجموعتين على مدى ثلاثة أيام لتقييم تأثيرات العدوى. يسمح هذا التصميم التجريبي بإجراء تحليل مقارن للاستجابات الفسيولوجية والمناعية بين الخنازير الصغيرة المصابة ومجموعة التحكم، مما يوفر رؤى حول ضراوة *G. parasuis*.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على الاتجاهات البيانية المهمة، والتحليلات الإحصائية، وأي ارتباطات أو أنماط تم ملاحظتها. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة بأشكال أو جداول أو معادلات ذات صلة توضح النتائج بوضوح.
قد يناقش القسم أيضًا تداعيات النتائج فيما يتعلق بالافتراضات المطروحة في بداية الدراسة. يتم ملاحظة أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، جنبًا إلى جنب مع تفسيرات أو اعتبارات محتملة للبحوث المستقبلية. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتقديم نظرة شاملة على الأدلة التجريبية التي تم جمعها، مما يدعم الاستنتاجات المستخلصة في الأقسام التالية من الورقة.
المناقشة
تبحث الدراسة في التأثيرات المناعية والبيوكيميائية لعدوى *Glaesserella parasuis* في الخنازير الصغيرة، كاشفة عن تغييرات كبيرة في معايير الدم، وإنتاج السيتوكينات الالتهابية، وسلامة أنسجة الطحال. بعد العدوى، لوحظت زيادات ملحوظة في مستويات البيليروبين الكلي (T-Bil)، والأسبارتات أمينوترانسفيراز (AST)، والبيليروبين المباشر (D-Bil)، بينما انخفضت مستويات الألبومين (ALB)، والكوليسترول الكلي (TC)، والجلوكوز (GLU) بشكل كبير (p < 0.05). أشارت اختبارات الدم الروتينية إلى انخفاض ملحوظ في كريات الدم البيضاء (WBC) وكريات الدم الحمراء (RBC)، إلى جانب زيادة في الخلايا الوحيدة (MONO) مع مرور الوقت (p < 0.001). أظهر تحليل السيتوكينات مستويات مرتفعة من mRNA والبروتين لـ IL-1β، IL-18، وTNF-α، مما يشير إلى استجابة التهابية قوية مرتبطة بتلف الطحال يتميز بالنزيف والتموت. علاوة على ذلك، أدت العدوى إلى عدم تنظيم مجموعات خلايا المناعة، مع انخفاض في نسب خلايا CD3+ T، وCD3+ CD4+ T، وCD3+ CD8+ T، مما يشير إلى ضعف تمايز خلايا T و B (p < 0.05). تسلط الدراسة أيضًا الضوء على تنشيط مسار PD-1/PD-L1، مع زيادة في تعبير PD-L1 وانخفاض في تعبير PD-1، مما قد يسهم في تثبيط المناعة في الخنازير الصغيرة المصابة. حدد التحليل البروتيني 596 بروتينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEPs)، مع زيادة كبيرة في المسارات المتعلقة بالاستجابة المناعية والالتهاب، وخاصة مسار إشارة PI3K/Akt/mTOR. توضح هذه النتائج الآليات الكامنة وراء تثبيط المناعة وتلف الأنسجة الناتج عن *G. parasuis*، مما يوفر رؤى حول الأهداف العلاجية المحتملة للتخفيف من آثار العدوى.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12917-024-03993-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38582846
Publication Date: 2024-04-06
Author(s): Jingyang Li et al.
Primary Topic: Microbial infections and disease research
Overview
This study investigates the immunosuppressive effects of *Glaesserella parasuis*, the causative agent of Glässer’s disease in piglets, by establishing an infection model to analyze the host immune response. Twenty piglets were divided into two groups: an infection group, which received an intraperitoneal challenge of 2 × 10^8 CFU of *G. parasuis*, and a control group, which was injected with an equivalent volume of TSB. After 72 hours, spleen tissues were collected from both groups to assess PD-1/PD-L1 expression and to isolate splenocytes for differentiation analysis of various T cell populations (CD3^+, CD3^+CD4^+, CD3^+CD8^+, and CD3^-CD21^+).
The findings revealed that *G. parasuis* significantly altered the differentiation of T cell populations and the expression of PD-1/PD-L1 in the spleen. Proteomic analysis using data-independent acquisition (DIA) identified 596 differentially expressed proteins (DEPs) in the infected group, with 301 proteins upregulated and 295 downregulated, primarily associated with immune responses. This research represents the first exploration of PD-1/PD-L1 expression in the context of immunosuppression in a piglet model, highlighting significant protein changes related to immune function following infection.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significant impact of Glaesserella parasuis (G. parasuis) as a respiratory pathogen in pigs, leading to Glässer’s disease, which is associated with severe systemic complications such as polyserositis, arthritis, and meningitis. Despite the economic losses attributed to this infection, the mechanisms underlying G. parasuis pathogenicity remain poorly understood. Key virulence factors have been identified, including capsular polysaccharides that aid in evading the host immune response, and the htrA gene, which is linked to the pathogen’s survival and pathogenicity. Previous studies have demonstrated that specific genetic deletions can attenuate virulence, highlighting the importance of understanding the pathogen’s interactions with the host immune system.
The study aims to explore the modulation of host innate inflammatory cell responses in the spleen following G. parasuis infection using proteomics. This approach is crucial for elucidating the changes in protein expression that occur during infection, which can lead to immune dysfunction. The research focuses on the roles of T and B cells in the adaptive immune response, particularly in the context of macrophage phagocytosis and the differentiation of these immune cells post-infection. By investigating protein changes and key signaling pathways in the spleens of infected piglets, the findings are expected to provide insights into the molecular mechanisms of immunosuppression induced by G. parasuis and identify potential molecular targets for controlling the infection.
Methods
In this study, twenty 21-day-old naturally farrowed early-weaned (NFEW) piglets, specifically of the Duroc × Landrace × Large White breed and weighing between 4-5 kg, were sourced from the Wuhan Fenglongxin Breeding Professional Cooperative in China. The piglets were randomly assigned to two groups: a control group and an infection group. The infection group received an intraperitoneal challenge of 2 × 10^8 CFU of *Glaesserella parasuis* in 2 mL of tryptic soy broth (TSB), while the control group was administered an equivalent volume of TSB without the pathogen.
Following the administration, both groups were monitored over a period of three days to assess the effects of the infection. This experimental design allows for a comparative analysis of the physiological and immunological responses between the infected and control piglets, providing insights into the pathogenicity of *G. parasuis*.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting significant data trends, statistical analyses, and any observed correlations or patterns. The results are typically accompanied by relevant figures, tables, or equations that illustrate the findings clearly.
The section may also discuss the implications of the results in relation to the hypotheses posed at the beginning of the study. Any unexpected outcomes or anomalies are noted, along with potential explanations or considerations for future research. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the empirical evidence gathered, supporting the conclusions drawn in the subsequent sections of the paper.
Discussion
The study investigates the immunological and biochemical effects of *Glaesserella parasuis* infection in piglets, revealing significant alterations in blood parameters, inflammatory cytokine production, and spleen tissue integrity. Following infection, notable increases in total bilirubin (T-Bil), aspartate aminotransferase (AST), and direct bilirubin (D-Bil) levels were observed, while albumin (ALB), total cholesterol (TC), and glucose (GLU) levels decreased significantly (p < 0.05). Routine blood tests indicated a marked reduction in white blood cells (WBC) and red blood cells (RBC), alongside an increase in monocytes (MONO) over time (p < 0.001). Cytokine analysis demonstrated elevated mRNA and protein levels of IL-1β, IL-18, and TNF-α, suggesting a robust inflammatory response associated with spleen damage characterized by hemorrhage and necrosis. Furthermore, the infection led to dysregulation of immune cell populations, with decreased proportions of CD3+ T, CD3+ CD4+ T, and CD3+ CD8+ T cells, indicating impaired T and B cell differentiation (p < 0.05). The study also highlights the activation of the PD-1/PD-L1 pathway, with increased PD-L1 and decreased PD-1 expression, which may contribute to immunosuppression in the infected piglets. Proteomic analysis identified 596 differentially expressed proteins (DEPs), with significant enrichment in pathways related to immune response and inflammation, particularly the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway. These findings elucidate the mechanisms underlying *G. parasuis*-induced immunosuppression and tissue damage, providing insights for potential therapeutic targets to mitigate infection effects.