DOI: https://doi.org/10.1038/s41423-025-01301-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40461699
تاريخ النشر: 2025-06-03
المؤلف: JungHyub Hong وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات العدلات، الميالوبيروكسيداز والأكسدة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة دور مجموعة معينة من كريات الدم البيضاء المسببة للأمراض Siglec-F + في الالتهاب الهوائي الذي يتوسطه IL-17، وخاصة في سياق انتفاخ الرئة الناتج عن الإيلاستاز البنكرياسي الخنازي (PPE) في نموذج الفأر. تحدد الأبحاث أن هذه الكريات Siglec-F +، على عكس كريات الدم البيضاء التقليدية، تظهر نشاطًا بلعوميًا مرتفعًا، وزيادة في تكوين الفخاخ خارج الخلوية، وإنتاجًا مرتفعًا من السيتوكينات المسببة للالتهابات، وانخفاضًا في مستويات IL-10. تتميز المرحلة المبكرة من الالتهاب الحاد بعد حقن PPE بزيادة مستويات IL-17A، التي يقودها بشكل أساسي خلايا T γδ +، والتي تحفز بعد ذلك خلايا الظهارة الرئوية والخلايا الداعمة على إفراز عامل تحفيز مستعمرات الكريات البيضاء (G-CSF).
توضح الدراسة أيضًا أن G-CSF يعزز تمايز كريات الدم البيضاء Siglec-F + من خلال مسار JAK2/STAT3، وكذلك من خلال مسارات الإشارة PI3K المستقلة عن mTOR وp38 MAPK. من المهم أن يؤدي تحييد G-CSF أو تثبيط مسارات الإشارة المذكورة أعلاه إلى تقليل كبير في تطور كريات الدم البيضاء Siglec-F + وتخفيف أعراض الانتفاخ. تسلط هذه النتائج الضوء على المشاركة الحاسمة لكريات الدم البيضاء Siglec-F + في مسببات انتفاخ الرئة الناتج عن PPE وتقترح أن استهداف محور IL-17A/G-CSF أو مسارات الإشارة اللاحقة قد يقدم نهجًا علاجيًا جديدًا لعلاج الانتفاخ.
مقدمة
مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) هو قضية صحية عالمية هامة، حيث يحتل المرتبة الثالثة كأحد أسباب الوفاة، مع زيادة معدلات المرض والوفيات. يتميز هذا المرض الرئوي المعقد بالالتهاب المزمن وعرقلة تدفق الهواء، وغالبًا ما يرتبط بعوامل بيئية واستعدادات وراثية، وخاصة نقص ألفا-1 أنتيتريبسين (AAT). تركز العلاجات الحالية للانتفاخ على العلاج التكميلي للحفاظ على مستويات AAT وتخفيف تلف الرئة. يلعب إنترلوكين (IL)-17، وهو سيتوكين مسبب للالتهابات، دورًا مزدوجًا في مرض COPD من خلال تعزيز الالتهاب المحبب بينما يتم الإشارة أيضًا إلى دوره في تفاقم الأمراض المناعية الذاتية.
تشير النتائج الأخيرة إلى أن IL-17، الذي تنتجه خلايا T اللمفاوية، يشارك في العمليات المرضية لمرض COPD، وخاصة من خلال تحفيز تجنيد وتفعيل كريات الدم البيضاء. تشير المستويات المرتفعة من عامل تحفيز مستعمرات الكريات البيضاء (G-CSF) في مرضى COPD إلى إمكانيته كهدف علاجي وعلامة حيوية، على الرغم من أن دوره لا يزال مثيرًا للجدل. تحدد هذه الدراسة مجموعة متميزة من كريات الدم البيضاء المسببة للأمراض Siglec-F + في نموذج الفأر للانتفاخ، كاشفة أن IL-17A من خلايا T γδ + المقيمة في الرئة تحفز خلايا الظهارة الهوائية والخلايا الداعمة على إنتاج G-CSF. تفعّل هذه العملية مسارات إشارة محددة (JAK2/STAT3، mTOR، وp38 MAPK)، مما يساهم في تطوير كريات الدم البيضاء Siglec-F + وتفاقم أعراض الانتفاخ.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون فئران C57BL/6 J من النوع البري (WT) وسلالات معدلة وراثيًا مختلفة، بما في ذلك فئران IL-17A -/- وفئران Rag1 -/-(B6.129S7-Rag1tm1Mom/J)، للتحقيق في الآليات الكامنة وراء الانتفاخ. تم الحصول على الفئران WT من DBL (كوريا)، بينما تم توفير فئران IL-17A -/- من قبل البروفيسور يونسيك تشونغ من جامعة سيول الوطنية. تم الحفاظ على جميع الفئران في بيئة خالية من مسببات الأمراض في جامعة سونغكيوكوان، مع الالتزام بالإرشادات المؤسسية لرعاية الحيوانات.
لتحفيز الانتفاخ في النماذج التجريبية، تم تخدير الفئران باستخدام الإيزوفلوران، تلاه حقن داخل القصبة الهوائية للإيلاستاز البنكرياسي الخنازي (E1250؛ سيغما-ألدريتش) بجرعة 7.5 U/kg. هذه الطريقة تحاكي بشكل فعال التغيرات المرضية المرتبطة بالانتفاخ، مما يسمح بمزيد من التحقيق في آليات المرض والأهداف العلاجية المحتملة.
النتائج
تكشف نتائج هذه الدراسة عن تحديد مجموعة متميزة من كريات الدم البيضاء Siglec-F+ في رئات الفئران المصابة بالانتفاخ الناتج عن الإيلاستاز البنكرياسي الخنازي (PPE). تظهر هذه الكريات، التي تصل إلى ذروتها في العدد بعد أربعة أيام من حقن PPE، خصائص تميزها عن كريات الدم البيضاء التقليدية، بما في ذلك زيادة النشاط البلعومي وإنتاج مرتفع من السيتوكينات المسببة للالتهابات مثل TNF-α وIL-6 وIL-1β. من الجدير بالذكر أن وجود هذه الخلايا يرتبط بشدة الانتفاخ، كما يتضح من زيادة متوسط الفواصل الخطية (MLI) في الفئران المستقبلة التي تلقت كريات الدم البيضاء Siglec-F+ مقارنة بتلك التي تلقت كريات الدم البيضاء التقليدية أو محلول ملحي مخفف (PBS). تؤكد الدراسة أيضًا أن IL-17A ضروري لتطوير كريات الدم البيضاء Siglec-F+، حيث أظهرت الفئران التي تم حذف IL-17A انخفاضًا في عدد هذه الخلايا وانخفاضًا في MLI.
بالإضافة إلى ذلك، تحدد الأبحاث خلايا T γδ+ في الرئة كمصدر رئيسي لـ IL-17A في هذا النموذج، حيث يؤدي استنفادها إلى تقليل كبير في كريات الدم البيضاء Siglec-F+ وتخفيف أعراض الانتفاخ. تسلط الدراسة أيضًا الضوء على دور G-CSF، الذي تفرزه خلايا الظهارة الرئوية والخلايا الداعمة المحفزة بـ IL-17A، في تعزيز تمايز كريات الدم البيضاء إلى مجموعة Siglec-F+ المسببة للأمراض. أدى تحييد G-CSF إلى تقليل عدد كريات الدم البيضاء Siglec-F+ وتقليل تلف الرئة، مما يبرز أهميته في مسببات الانتفاخ الناتج عن PPE. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن كريات الدم البيضاء Siglec-F+ تلعب دورًا مسببًا هامًا في الانتفاخ، مدفوعة بإشارات IL-17A وG-CSF.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في مسارات الإشارة أسفل مستقبل عامل تحفيز مستعمرات الكريات البيضاء (G-CSFR) التي تشارك في تمايز كريات الدم البيضاء Siglec-F+ المسببة للأمراض في نموذج الانتفاخ. وجدوا أن محور إشارة JAK2/STAT3 ضروري لهذا التمايز، حيث أدى تثبيط JAK2 باستخدام AG490 وSTAT3 باستخدام HJC0152 إلى تقليل كبير في تمايز هذه الكريات المستحث بواسطة G-CSF. بالإضافة إلى ذلك، بينما تم تنشيط mTOR بواسطة PI3K، أدى مثبط mTOR الراباميسين أيضًا إلى تقليل تمايز كريات الدم البيضاء Siglec-F+، مما يشير إلى دور جزئي لـ mTOR مستقل عن PI3K. تم الإشارة أيضًا إلى مسار p38 MAPK، حيث أدى تثبيطه باستخدام adezmapimod إلى تثبيط كبير في تمايز كريات الدم البيضاء. بالمقابل، كان لتثبيط STAT5 تأثير ضئيل، مما يشير إلى أن المسارات الأساسية للتمايز هي JAK2/STAT3 وmTOR/p38.
استكشفت الأبحاث أيضًا الإمكانيات العلاجية لاستهداف كريات الدم البيضاء Siglec-F+ لتخفيف أعراض الانتفاخ. أدى استنفاد هذه الكريات أو حجب إشارة G-CSFR إلى تحسينات كبيرة في علم الأمراض الرئوية، كما تم قياسه بواسطة متوسط الفواصل الخطية (MLI). من الجدير بالذكر أنه بينما كان الاستنفاد المباشر لكريات الدم البيضاء Siglec-F+ فعالًا، قد يقدم استهداف مسارات التمايز استراتيجية أكثر كفاءة للتحكم في أعراض الانتفاخ. تسلط النتائج الضوء على الدور المسبب للأمراض لكريات الدم البيضاء Siglec-F+ في الانتفاخ وتقترح أن G-CSF، الذي يرتفع في مرضى COPD، قد يكون هدفًا علاجيًا واعدًا لإدارة هذه الحالة. بشكل عام، توضح الدراسة الآليات التي تحرك تمايز كريات الدم البيضاء المسببة للأمراض ومساهمتها في الانتفاخ، مما يمهد الطريق للتدخلات العلاجية المحتملة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41423-025-01301-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40461699
Publication Date: 2025-06-03
Author(s): JungHyub Hong et al.
Primary Topic: Neutrophil, Myeloperoxidase and Oxidative Mechanisms
Overview
This study investigates the role of a specific population of pathogenic Siglec-F + neutrophils in IL-17-mediated airway inflammation, particularly in the context of emphysema induced by porcine pancreatic elastase (PPE) in a mouse model. The research identifies that these Siglec-F + neutrophils, in contrast to conventional neutrophils, demonstrate heightened phagocytic activity, increased formation of extracellular traps, elevated production of proinflammatory cytokines, and diminished levels of IL-10. The early phase of acute inflammation post-PPE instillation is characterized by increased IL-17A levels, primarily driven by γδ + T cells, which subsequently stimulate lung epithelial and stromal cells to secrete granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF).
The study further elucidates that G-CSF promotes the differentiation of Siglec-F + neutrophils through the JAK2/STAT3 pathway, as well as through PI3K-independent mTOR and p38 MAPK signaling pathways. Importantly, neutralizing G-CSF or inhibiting the aforementioned signaling pathways significantly reduces the development of Siglec-F + neutrophils and alleviates emphysematous symptoms. These findings highlight the critical involvement of Siglec-F + neutrophils in the pathogenesis of PPE-induced emphysema and suggest that targeting the IL-17A/G-CSF axis or downstream signaling pathways may offer a novel therapeutic approach for emphysema treatment.
Introduction
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a significant global health issue, ranking as the third leading cause of death, with increasing morbidity and mortality rates. This complex lung condition is characterized by chronic inflammation and airflow obstruction, often linked to environmental factors and genetic predispositions, particularly alpha-1 antitrypsin (AAT) deficiency. Current treatments for emphysema focus on augmentation therapy to maintain AAT levels and mitigate lung damage. Interleukin (IL)-17, a proinflammatory cytokine, plays a dual role in COPD by promoting neutrophilic inflammation while also being implicated in the exacerbation of autoimmune diseases.
Recent findings indicate that IL-17, produced by T lymphocytes, is involved in the pathological processes of COPD, particularly through the stimulation of neutrophil recruitment and activation. Elevated levels of granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) in COPD patients suggest its potential as a therapeutic target and biomarker, although its role remains contentious. This study identifies a distinct population of pathogenic Siglec-F + neutrophils in a mouse model of emphysema, revealing that IL-17A from lung-resident γδ + T cells stimulates airway epithelial and stromal cells to produce G-CSF. This process activates specific signaling pathways (JAK2/STAT3, mTOR, and p38 MAPK), contributing to the development of Siglec-F + neutrophils and exacerbating emphysema symptoms.
Methods
In this study, the authors utilized wild-type (WT) C57BL/6 J mice and various genetically modified strains, including IL-17A -/- mice and Rag1 -/-(B6.129S7-Rag1tm1Mom/J) mice, to investigate the mechanisms underlying emphysema. The WT mice were sourced from DBL (Korea), while the IL-17A -/- mice were provided by Professor Yeonseok Chung from Seoul National University. All mice were maintained in a specific pathogen-free environment at Sungkyunkwan University, adhering to institutional guidelines for animal care.
To induce emphysema in the experimental models, the mice were anesthetized using isoflurane, followed by intratracheal instillation of porcine pancreas elastase (E1250; Sigma-Aldrich) at a dosage of 7.5 U/kg. This method effectively mimics the pathological changes associated with emphysema, allowing for further investigation into the disease mechanisms and potential therapeutic targets.
Results
The results of this study reveal the identification of a distinct population of Siglec-F+ neutrophils in the lungs of mice with emphysema induced by porcine pancreatic elastase (PPE). These neutrophils, which peak in number four days post-PPE instillation, exhibit characteristics differentiating them from conventional neutrophils, including increased phagocytic activity and elevated production of pro-inflammatory cytokines such as TNF-α, IL-6, and IL-1β. Notably, the presence of these cells correlates with the severity of emphysema, as evidenced by a greater mean linear intercept (MLI) in recipient mice that received Siglec-F+ neutrophils compared to those receiving conventional neutrophils or phosphate-buffered saline (PBS). The study further establishes that IL-17A is crucial for the development of Siglec-F+ neutrophils, as IL-17A knockout mice showed a reduced population of these cells and a lower MLI.
Additionally, the research identifies lung γδ+ T cells as the primary source of IL-17A in this model, with their depletion leading to a significant reduction in Siglec-F+ neutrophils and alleviation of emphysema symptoms. The study also highlights the role of G-CSF, secreted by IL-17A-stimulated lung epithelial and stromal cells, in promoting the differentiation of neutrophils into the pathogenic Siglec-F+ subset. G-CSF neutralization diminished the population of Siglec-F+ neutrophils and reduced lung damage, underscoring its importance in the pathogenesis of PPE-induced emphysema. Overall, these findings suggest that Siglec-F+ neutrophils play a significant pathogenic role in emphysema, driven by IL-17A and G-CSF signaling pathways.
Discussion
In this study, the authors investigated the signaling pathways downstream of the Granulocyte Colony-Stimulating Factor Receptor (G-CSFR) that are involved in the differentiation of pathogenic Siglec-F+ neutrophils in an emphysema model. They found that the JAK2/STAT3 signaling axis is crucial for this differentiation, as inhibition of JAK2 with AG490 and STAT3 with HJC0152 significantly reduced the G-CSF-induced differentiation of these neutrophils. Additionally, while mTOR was activated by PI3K, the mTOR inhibitor rapamycin also diminished the differentiation of Siglec-F+ neutrophils, indicating a partial role for mTOR independent of PI3K. The p38 MAPK pathway was similarly implicated, as its inhibition with adezmapimod significantly inhibited neutrophil differentiation. In contrast, blocking STAT5 had a minimal effect, suggesting that the primary pathways for differentiation are JAK2/STAT3 and mTOR/p38.
The research further explored the therapeutic potential of targeting Siglec-F+ neutrophils to alleviate emphysema symptoms. Depletion of these neutrophils or blockade of G-CSFR signaling led to significant improvements in lung pathology, as measured by the mean linear intercept (MLI). Notably, while direct depletion of Siglec-F+ neutrophils was effective, targeting the differentiation pathways may offer a more efficient strategy for controlling emphysema symptoms. The findings highlight the pathogenic role of Siglec-F+ neutrophils in emphysema and suggest that G-CSF, which is elevated in COPD patients, could be a promising therapeutic target for managing this condition. Overall, the study elucidates the mechanisms driving the differentiation of pathogenic neutrophils and their contribution to emphysema, paving the way for potential therapeutic interventions.