mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-SCO-2830mimmun-2830Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSПространственное расположение нейтрофилов и эозинофилов в слизистой оболочке главного бронха при индуцированном аллергическом воспалении дыхательных путей у мышейSpatial characteristics of neutrophils and eosinophils in conducting airway mucosa of mice with induced allergic airway inflammationhttps://orcid.org/0000-0001-5278-9937ШевченкоМ. А.ShevchenkoM. A.

Шевченко Марина Александровна – кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела иммунологии

117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10

Marina A. Shevchenko, PhD (Biology), Research Associate, Department of Immunology

16/10 Miklukho-Maklay St Moscow 117997

mshevch@gmail.comМуроваД. Е.MurovaD. E.

Мурова Диана Евгеньевна – техник-лаборант отдела иммунологии ФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» Российской академии наук; студентка биологического факультета ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Москва

Dina E. Murova, Technician, Department of Immunology, Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences; Student, Biological Faculty, Lomonosov Moscow State University

Moscow

offcharge@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0838-1181СервулиЕ. А.ServuliE. A.

Сервули Екатерина Александровна – кандидат медицинских наук, младший научный сотрудник отдела иммунологии ФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» Российской академии наук; младший научный сотрудник лаборатории исследования костных и метаболических эффектов микрогравитации ФГБУН «Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико- биологических проблем» Российской академии наук

Москва

Ekaterina A. Servuli, PhD (Medicine), Junior Research Associate, Department of Immunology, Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences; Junior Research Associate, Laboratory of Studies of Bone and Metabolic Effects of Microgravity, Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Moscow

servuli@yandex.ruФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» Российской академии наукРоссияShemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesRussian FederationФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» Российской академии наук; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»РоссияShemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова» Российской академии наук; ФГБУН «Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем» Российской академии наукРоссияShemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences; Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of SciencesRussian Federation202301062023253625630Copyright © Шевченко М.А., Мурова Д.Е., Сервули Е.А., 20232023Шевченко М.А., Мурова Д.Е., Сервули Е.А.Shevchenko M.A., Murova D.E., Servuli E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2830

В ответ на антигены, ежедневно попадающие с током воздуха в респираторный тракт человека, в слизистой оболочке дыхательных путей формируется клеточных иммунный ответ. Аллергическое воспаление дыхательных путей характеризуется эозинофил-опосредованным иммунным ответом, однако, в случаях тяжелой астмы, в респираторном тракте также присутствуют нейтрофилы. Для исследования механизмов, регулирующих развитие воспаления по тому или иному пути, широко используют модели с использованием мышей. Данные о пространственном расположении нейтрофилов и эозинофилов в респираторном тракте необходимы как для понимания механизмов развития аллергической реакции в дыхательных путях, так и для оценки потенциала лекарственных препаратов, однако недостаточно изучены. В данной работе была разработана и охарактеризована модель, позволяющая наблюдать активацию аллергического воспаления в дыхательных путях в ответ на введение экстракта гриба Aspergillus fumigatus на ранней стадии. Адекватность модели была подтверждена путем оценки доли эозинофилов в крови и в бронхоальвеолярных смывах. С использованием иммуногистохимического окрашивания тотального препарата главного бронха мыши и лазерной сканирующей конфокальной микроскопии было охарактеризовано пространственное расположение нейтрофилов и эозинофилов: на обращенной в просвет дыхательного пути стороне эпителиального барьера, в стенке главного бронха или в подслизистом слое в непосредственной близости от гладкой мускулатуры. Активацию аллергического иммунного ответа определяли по достоверному увеличению эозинофилов в периферической крови мышей по сравнению с интактными мышами. В этот период времени количество эозинофилов в бронхоальвеолярном смыве было также достоверно выше, чем у интактных мышей. Как в бронхоальвеолярных смывах, так и в слизистой главного бронха в исследуемый интервал времени эозинофилы были преобладающей клеточной популяцией по сравнению с нейтрофилами. Анализ пространственного расположения клеток в слизистой главного бронха выявили преимущественное расположение эозинофилов в подслизистом слое, меньше в стенке главного бронха и еще меньше – на обращенной в просвет стороне эпителия. В то же время нейтрофилы были в основном обнаружены в просвете дыхательного пути и в подслизистом слое, но не в стенке дыхательного пути. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в ответ на последующие ингаляции аллергена мигрировать через стенку дыхательного пути в просвет будут с большей вероятностью эозинофилы, чем нейтрофилы. Таким образом, эозинофилы могут быть ответственны за повреждение эпителия в процессе развития аллергического воспаления дыхательных путей. При этом расположенные в непосредственной близости от клеток гладкой мускулатуры нейтрофилы наряду с эозинофилами могут быть вовлечены в индукцию бронхоспазма.

Daily inhaled antigens induce cellular immune response in the airways. In case of allergens, allergic airway inflammation is usually represented by eosinophils, however, neutrophil infiltration is also observed during severe asthma. Animal models contribute to investigation of the mechanisms that involve the switching to eosinophil- or neutrophil-mediated inflammation. Data about the spatial location of eosinophils and neutrophils in the airways are necessary for both the understanding of allergic airway inflammation mechanisms and the drag potential estimation, however, not completely investigated. In the present study, we characterized the model of Aspergillus fumigatus extract-induced allergic airway inflammation that allowed investigating the early stage of inflammation development. The model adequacy was confirmed according to the blood and bronchoalveolar lavage eosinophilia. Using immunohistochemical staining of conducting airway as a whole-mount and confocal laser scanning microscopy, we estimated neutrophil and eosinophil spatial location: in the luminal side of the epithelium, in the airway wall or in the submucosal compartment close to the smooth muscle layer. An allergic airway response activation was detected upon significant elevation of blood eosinophil percentage compared to intact mice. Simultaneously, the number of eosinophils in the bronchoalveolar lavage was also significantly increased compared to the intact mice. At this time point, eosinophils predominated both in bronchoalveolar lavages and in conducting airway mucosa compared to neutrophils. Spatial location of conducting airway mucosal cell analysis demonstrated that eosinophils mostly located in the submucosal compartment, in a lesser extent in the airway wall, and a few eosinophils were detected in the luminal side of the epithelium. Neutrophils mainly infiltrated the luminal side of the epithelium, and a few neutrophils were detected in the submucosal compartment, while no neutrophils were detected in the airway wall. The data suggests that in response to the further allergen challenge, evidently eosinophils but not neutrophils will migrate through the airway wall to the airway lumen. Thus, eosinophils can be expected to damage airway epithelium in allergic airway inflammation development. Simultaneously, neutrophils located in close proximity to the smooth muscle layer together with eosinophils can contribute to bronchoconstriction induction.

нейтрофилыэозинофилыаллергическое воспаление дыхательных путейслизистая оболочка дыхательных путейAspergillus fumigatusмодель на мышахneutrophilseosinophilsallergic airway inflammationairway mucosaAspergillus fumigatusmouse modelconfocal microscopyРоссийский научный фонд, проект 23-25-00258The study was funded by Russian Science Foundation, grant number 23-25-00258ReferencesAssaf S.M., Hanania N.A. Eosinophilic vs. Neutrophilic Asthma. Curr. Pulmonol. Rep., 2020, Vol. 9, pp. 28-35.A1. Assaf S.M., Hanania N.A. Eosinophilic vs. Neutrophilic Asthma. Curr. Pulmonol. Rep., 2020, Vol. 9, pp. 28-35.Bullone M., Carriero V., Bertolini F., Folino A., Mannelli A., Di Stefano A., Gnemmi I., Torchio R., Ricciardolo F.L.M. Elevated serum IgE, oral corticosteroid dependence and IL-17/22 expression in highly neutrophilic asthma. Eur. Respir. J., 2019, Vol. 54, no. 5, 1900068. doi: 10.1183/13993003.00068-2019.Bullone M., Carriero V., Bertolini F., Folino A., Mannelli A., Di Stefano A., Gnemmi I., Torchio R., Ricciardolo F.L.M. Elevated serum IgE, oral corticosteroid dependence and IL-17/22 expression in highly neutrophilic asthma. Eur. Respir. J., 2019, Vol. 54, no. 5, 1900068. doi: 10.1183/13993003.00068-2019.Daines M., Pereira R., Cunningham A., Pryor B., Besselsen D.G., Liu Y., Luo Q., Chen Y. Novel mouse models of fungal asthma. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2021, Vol. 11, 683194. doi: 10.3389/fcimb.2021.683194.Daines M., Pereira R., Cunningham A., Pryor B., Besselsen D.G., Liu Y., Luo Q., Chen Y. Novel mouse models of fungal asthma. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2021, Vol. 11, 683194. doi: 10.3389/fcimb.2021.683194.Fahy J.V. Type 2 inflammation in asthma--present in most, absent in many. Nat. Rev. Immunol., 2015, Vol. 15, no. 1, pp. 57-65.Fahy J.V. Type 2 inflammation in asthma--present in most, absent in many. Nat. Rev. Immunol., 2015, Vol. 15, no. 1, pp. 57-65.Hammad H., Lambrecht B.N. The basic immunology of asthma. Cell, 2021, Vol. 184, no. 6, pp. 1469-1485.Hammad H., Lambrecht B.N. The basic immunology of asthma. Cell, 2021, Vol. 184, no. 6, pp. 1469-1485.Hor J.L., Germain R.N. Intravital and high-content multiplex imaging of the immune system. Trends Cell Biol., 2022, Vol. 32, no. 5, pp. 406-420.Hor J.L., Germain R.N. Intravital and high-content multiplex imaging of the immune system. Trends Cell Biol., 2022, Vol. 32, no. 5, pp. 406-420.Krishack P.A., Hollinger M.K., Kuzel T.G., Decker T.S., Louviere T.J., Hrusch C.L., Sperling A.I., Verhoef P.A. IL-33-mediated Eosinophilia Protects against Acute Lung Injury. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2021, Vol. 64, no. 5, pp. 569-578.Krishack P.A., Hollinger M.K., Kuzel T.G., Decker T.S., Louviere T.J., Hrusch C.L., Sperling A.I., Verhoef P.A. IL-33-mediated Eosinophilia Protects against Acute Lung Injury. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2021, Vol. 64, no. 5, pp. 569-578.Kuruvilla M.E., Lee F.E., Lee G.B. Understanding asthma phenotypes, endotypes, and mechanisms of disease. Clin. Rev. Allergy Immunol., 2019, Vol. 56, no. 2, pp. 219-233.Kuruvilla M.E., Lee F.E., Lee G.B. Understanding asthma phenotypes, endotypes, and mechanisms of disease. Clin. Rev. Allergy Immunol., 2019, Vol. 56, no. 2, pp. 219-233.Porter P.C., Roberts L., Fields A., Knight M., Qian Y., Delclos G.L., Han S., Kheradmand F., Corry D.B. Necessary and sufficient role for T helper cells to prevent fungal dissemination in allergic lung disease. Infect. Immun., 2011, Vol. 79, no. 11, pp. 4459-4471.Porter P.C., Roberts L., Fields A., Knight M., Qian Y., Delclos G.L., Han S., Kheradmand F., Corry D.B. Necessary and sufficient role for T helper cells to prevent fungal dissemination in allergic lung disease. Infect. Immun., 2011, Vol. 79, no. 11, pp. 4459-4471.Ray A., Kolls J.K. Neutrophilic Inflammation in asthma and association with disease severity. Trends Immunol., 2017, Vol. 38, Iss. 12, pp. 942-954.Ray A., Kolls J.K. Neutrophilic Inflammation in asthma and association with disease severity. Trends Immunol., 2017, Vol. 38, Iss. 12, pp. 942-954.Shevchenko M.A., Bogorodskiy A.O., Troyanova N.I., Servuli E.A., Bolkhovitina E.L., Büldt G., Fahlke C., Gordeliy V.I., Gensch T., Borshchevskiy V.I., Sapozhnikov A.M. Aspergillus fumigatus infection-induced neutrophil recruitment and location in the conducting airway of immunocompetent, neutropenic, and immunosuppressed mice. J. Immunol. Res., 2018, Vol. 2018, 5379085. doi: 10.1155/2018/5379085.Shevchenko M.A., Bogorodskiy A.O., Troyanova N.I., Servuli E.A., Bolkhovitina E.L., Büldt G., Fahlke C., Gordeliy V.I., Gensch T., Borshchevskiy V.I., Sapozhnikov A.M. Aspergillus fumigatus infection-induced neutrophil recruitment and location in the conducting airway of immunocompetent, neutropenic, and immunosuppressed mice. J. Immunol. Res., 2018, Vol. 2018, 5379085. doi: 10.1155/2018/5379085.Shevchenko M.A., Bolkhovitina E.L., Servuli E.A., Sapozhnikov A.M. Elimination of Aspergillus fumigatus conidia from the airways of mice with allergic airway inflammation. Respir. Res., 2013, Vol. 14, no. 1, 78. doi: 10.1186/1465-9921-14-78.Shevchenko M.A., Bolkhovitina E.L., Servuli E.A., Sapozhnikov A.M. Elimination of Aspergillus fumigatus conidia from the airways of mice with allergic airway inflammation. Respir. Res., 2013, Vol. 14, no. 1, 78. doi: 10.1186/1465-9921-14-78.van Nevel S., van Ovost J., Holtappels G., de Ruyck N., Zhang N., Braun H., Maes T., Bachert C., Krysko O. Neutrophils affect IL-33 processing in response to the respiratory allergen Alternaria alternata. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 677848. doi: 10.3389/fimmu.2021.677848.van Nevel S., van Ovost J., Holtappels G., de Ruyck N., Zhang N., Braun H., Maes T., Bachert C., Krysko O. Neutrophils affect IL-33 processing in response to the respiratory allergen Alternaria alternata. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 677848. doi: 10.3389/fimmu.2021.677848.Veres T.Z., Kopcsányi T., van Panhuys N., Gerner M.Y., Liu Z., Rantakari P., Dunkel J., Miyasaka M., Salmi M., Jalkanen S., Germain R.N. Allergen-Induced CD4+ T cell cytokine production within airway mucosal dendritic cell-T cell clusters drives the local recruitment of myeloid effector cells. J. Immunol., 2017, Vol. 198, no. 2, pp. 895-907.Veres T.Z., Kopcsányi T., van Panhuys N., Gerner M.Y., Liu Z., Rantakari P., Dunkel J., Miyasaka M., Salmi M., Jalkanen S., Germain R.N. Allergen-Induced CD4+ T cell cytokine production within airway mucosal dendritic cell-T cell clusters drives the local recruitment of myeloid effector cells. J. Immunol., 2017, Vol. 198, no. 2, pp. 895-907.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.