mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-FOT-16727mimmun-3101Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSОсобенности экспрессии генов противомикробных пептидов и микробиома на уровне слизистой оболочки верхних дыхательных путей при старенииFeatures of the expression of genes of antimicrobial peptides and the microbiome at the level of the mucous membrane of the upper respiratory tract during agingБурмакинаВ. В.BurmakinaV. V.

Бурмакина Валерия Владиславовна – аспирант, старший лаборант кафедры иммунологии МБФ.

117513, Москва, ул. Островитянова, 1, стр. 6

Тел.: 8 (999) 962-13-14

Valeria V. Burmakina - Postgraduate Student, Senior Laboratory Assistant, Department of Immunology, MBF, N. Pirogov Russian National Research Medical University.

1 Ostrovityanov St, Bldg 6 Moscow 117513

Phone: +7 (999) 962-13-14

burmakina_vv@rsmu.ruВартановаН. О.VartanovaN. O.

К.б.н., старший научный сотрудник лаборатории условно-патогенных бактерий.

Москва

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Microbiology of Opportunistic Bacteria, I. Mechnikov Research Institute for Vaccines and Sera.

Moscow

ХореваМ. В.KhorevaM. V.

Д.м.н., доцент, профессор кафедры иммунологии МБФ.

Москва

PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Immunology, MBF, N. Pirogov Russian National Research Medical University.

Moscow

ГородищенскаяС. В.GorodishchenskayaS. V.

Лаборант кафедры иммунологии МБФ.

Москва

Laboratory Assistant, Department of Immunology, MBF, N. Pirogov Russian National Research Medical University.

Moscow

АвагянА. С.AvagyanA. S.

Младший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии.

Москва

Junior Research Associate, Laboratory of Molecular Immunology, I. Mechnikov Research Institute for Vaccines and Sera.

Moscow

СвитичО. А.SvitichO. A.

Д.м.н., член-корр. РАН, директор ФГБНУ «НИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова».

Москва

PhD, MD (Medicine), Corresponding Member, Russian Academy of Sciences, Director, I. Mechnikov Research Institute for Vaccines and Sera.

Moscow

ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения РФРоссияN. Pirogov Russian National Research Medical UniversityRussian FederationФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова»РоссияI. Mechnikov Research Institute for Vaccines and SeraRussian Federation202421092024265961966Copyright © Бурмакина В.В., Вартанова Н.О., Хорева М.В., Городищенская С.В., Авагян А.С., Свитич О.А., 20242024Бурмакина В.В., Вартанова Н.О., Хорева М.В., Городищенская С.В., Авагян А.С., Свитич О.А.Burmakina V.V., Vartanova N.O., Khoreva M.V., Gorodishchenskaya S.V., Avagyan A.S., Svitich O.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/3101

На сегодняшний день во всем мире неуклонно растет доля лиц пожилого и старческого возраста. Важнейшими факторами первой линии иммунной защиты слизистых оболочек верхних дыхательных путей являются β-дефензины, представляющие группу секреторных белков с противомикробной активностью. Целью настоящего исследования явилось изучение экспрессии генов противомикробных пептидов β-дефензинов и состава микробиома слизистых оболочек верхних дыхательных путей у лиц старческого возраста и долгожителей при различных фенотипах старения. В основную группу исследования вошло 67 долгожителей и 49 человек старческого возраста, которые в дальнейшем были поделены на две подгруппы в зависимости от протекания старения (патологическое и успешное старение). Из соскобов носоглотки выделяли нуклеиновые кислоты и методом полимеразной цепной реакции в реальном времени определяли уровни экспрессии генов DEFB1 и DEFB4. Состав микробиоты в мазках носоглотки определяли методом MALDI-TOF масс-спектрометрии.

При анализе экспрессии гена DEFB1 у лиц старческого возраста и долгожителей с успешным и патологическим фенотипом старения не выявлено разницы между группами. Экспрессия гена DEFB4 была увеличена у долгожителей с патологическим старением по сравнению с долгожителями с успешным старением и с группой старческого возраста. Избыточная продукция противомикробных пептидов носит двойственный характер: с одной стороны, они обеспечивают первую линию защиты от микроорганизмов, а с другой – обладают цитотоксичностью в отношении собственных клеток. Повышение экспрессии гена DEFB4 при старении может быть обусловлено увеличением количества патоген-ассоциированных молекулярных паттернов, в качестве которых может выступать собственная микробиота и/или компоненты метаболизма микроорганизмов. При анализе состава микробиоты показано увеличение биоразнообразия у лиц с успешным фенотипом старения по сравнению с патологическим фенотипом. Особое внимание обращает на себя Staphylococcus spp., видовой состав которого зависит от фенотипа старения. В группе патологического старения частота высевания St. aureus достоверно выше, чем в группе успешного старения.

Таким образом, гиперэкспрессия гена DEFB4 и изменение состава микробиоты слизистых оболочек верхних дыхательных путей могут являться одними из механизмов, объясняющих повышение восприимчивости к инфекциям при различных фенотипах старения.

Today, the proportion of elderly and senile people is steadily growing throughout the world. The most important factors in the first line of immune defense of the mucous membranes of the upper respiratory tract are β-defensins, which are a group of secretory proteins with antimicrobial activity. The aim of this study was to study the expression of genes for antimicrobial peptides β-defensins and the composition of the microbiome of the mucous membranes of the upper respiratory tract in elderly people and long-livers with various aging phenotypes.

The main study group included 67 centenarians and 49 elderly people, who were further divided into two subgroups depending on the course of aging (pathological and successful aging). Nucleic acids were isolated from nasopharyngeal scrapings and the expression levels of the DEFB1 and DEFB4 genes were determined using real-time polymerase chain reaction. The composition of the microbiota in nasopharyngeal swabs was determined by MALDI-TOF mass spectrometry.

In analyzing the expression of the DEFB1 gene in elderly people and centenarians with successful and pathological aging phenotypes, no difference was revealed between the groups. Expression of the DEFB4 gene was increased in centenarians with pathological aging compared to centenarians with successful aging and in the elderly group. Excessive production of antimicrobial peptides is dual in nature; on the one hand, they provide the first line of defense against microorganisms, and on the other, they are cytotoxic to their own cells. An increase in the expression of the DEFB4 gene during aging may be due to an increase in the number of pathogen-associated molecular patterns, which can be one’s own microbiota and/or components of microbial metabolism. Analysis of the microbiota composition showed an increase in biodiversity in individuals with a successful aging phenotype compared to a pathological phenotype. Particular attention is paid to Staphylococcus spp., the species composition of which depends on the aging phenotype. In the pathological aging group, the frequency of St. aureus colonization is significantly higher than in the successful aging group.

Thus, overexpression of the DEFB4 gene and changes in the composition of the microbiota of the mucous membranes of the upper respiratory tract may be one of the mechanisms explaining the increased susceptibility to infections in various aging phenotypes.

врожденный иммунитетмукозальный иммунитетпротивомикробные пептиды HBD1противомикробные пептиды HBD2экспрессия геновмикробиомдолгожителипатологическое старениеinnate immunitymucosal immunityantimicrobial peptides HBD1antimicrobial peptides HBD2gene expressionmicrobiomelongevitypathological agingРабота выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда №23-15-00137, http://rscf.ru/project/23-15-00137/.ReferencesРебриков Д.В., Трофимов Д.Ю. ПЦР в реальном времени: обзор подходов к анализу данных // Прикладная биохимия и микробиология, 2006. Т. 42, № 5. С. 455-463.Rebrikov D.V., Trofimov D.Yu. Real-time PCR: a review of approaches to data analysis. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya = Applied Biochemistry and Microbiology, 2006, Vol. 42, no. 5, pp. 455-463. (In Russ.)Шамова О.В., Жаркова М.С., Чернов А.Н., Владимирова Е.В., Сухарева М.С., Комлев А.С., Коченда О.Л., Орлов Д.С. Антимикробные пептиды врожденного иммунитета как прототипы новых средств борьбы с антибиотикорезистентными бактериями // Российский журнал персонализированной медицины, 2021. Т. 1, № 1. С. 146-172.Shamova O.V., Zharkova M.S., Chernov A.N., Vladimirova E.V., Sukhareva M.S., Komlev A.S., Kochenda O.L., Orlov D.S. Antimicrobial peptides of innate immunity as prototypes of new agents to fight antibiotic-resistant bacteria. Rossiyskiy zhurnal personalizirovannoy meditsiny = Russian Journal for Personalized Medicine, 2021, Vol. 1, no. 1, pp. 146-172. (In Russ.)Alan P. Baptist, Sharmilee Nyenhuis. Rhinitis in the elderly. Immunol. Allergy Clin. North Am., 2016, Vol. 36, no. 2, pp. 343-357.Alan P. Baptist, Sharmilee Nyenhuis. Rhinitis in the elderly. Immunol. Allergy Clin. North Am., 2016, Vol. 36, no. 2, pp. 343-357.Arevalo-Rodriguez I., Smailagic N., Roqué-Figuls M., Ciapponi A., Sanchez-Perez E., Giannakou A., Pedraza O.L., Cosp X.B., Cullum S. Mini-Mental State Examination (MMSE) for the early detection of dementia in people with mild cognitive impairment (MCI). Cochrane Database Syst Rev., 2021, Vol. 7, no. 7, pp. 345-367.Arevalo-Rodriguez I., Smailagic N., Roqué-Figuls M., Ciapponi A., Sanchez-Perez E., Giannakou A., Pedraza O.L., Cosp X.B., Cullum S. Mini-Mental State Examination (MMSE) for the early detection of dementia in people with mild cognitive impairment (MCI). Cochrane Database Syst Rev., 2021, Vol. 7, no. 7, pp. 345-367.Bright J., Claydon M., Soufian M., Gordon D. Rapid typing of bacteria using matrix-assisted laser desorption ionisation time-of-flight mass spectrometry and pattern recognition software. J. Microbiol. Methods, 2002, Vol. 48, no. 2-3, pp. 127-138.Bright J., Claydon M., Soufian M., Gordon D. Rapid typing of bacteria using matrix-assisted laser desorption ionisation time-of-flight mass spectrometry and pattern recognition software. J. Microbiol. Methods, 2002, Vol. 48, no. 2-3, pp. 127-138.Castañeda-Delgado J.E., Frausto-Lujan I., González-Curiel I., Montoya-Rosales A., Serrano C.J., Torres-Juarez F., Enciso-Moreno J.A., Rivas-Santiago B. Differences in cytokine production during aging and its relationship with antimicrobial peptides production. Immunol. Investig., 2017, Vol. 46, no. 1, pp. 48-58.Castañeda-Delgado J.E., Frausto-Lujan I., González-Curiel I., Montoya-Rosales A., Serrano C.J., Torres-Juarez F., Enciso-Moreno J.A., Rivas-Santiago B. Differences in cytokine production during aging and its relationship with antimicrobial peptides production. Immunol. Investig., 2017, Vol. 46, no. 1, pp. 48-58.Charlson M., Carrozzino D., Guidi J., Chiara Patierno C. Charlson comorbidity index: a critical review of clinimetric properties. Psychother. Psychosom., 2022, Vol. 91, no. 1, pp. 8-35.Charlson M., Carrozzino D., Guidi J., Chiara Patierno C. Charlson comorbidity index: a critical review of clinimetric properties. Psychother. Psychosom., 2022, Vol. 91, no. 1, pp. 8-35.Hertz C.J., Wu Q., Porter E.M., Zhang Y.J., Weismüller K., Godowski P.J., Ganz T., Randell S.H., Modlin R.L. Activation of Toll-like receptor 2 on human tracheobronchial epithelial cells induces the antimicrobial peptide human β defensin-2. J. Immunol., 2003, Vol. 171, no. 12, pp. 6820-6826.Hertz C.J., Wu Q., Porter E.M., Zhang Y.J., Weismüller K., Godowski P.J., Ganz T., Randell S.H., Modlin R.L. Activation of Toll-like receptor 2 on human tracheobronchial epithelial cells induces the antimicrobial peptide human β defensin-2. J. Immunol., 2003, Vol. 171, no. 12, pp. 6820-6826.Ji S., Shin J.E., Kim Y.S., Oh J.E., Min B.M., Choi Y. Toll-like receptor 2 and NALP2 mediate induction of human beta-defensins by fusobacterium nucleatum in gingival epithelial cells. Infect. Immun., 2009, Vol. 77, no. 3, pp. 1044-1052.Ji S., Shin J.E., Kim Y.S., Oh J.E., Min B.M., Choi Y. Toll-like receptor 2 and NALP2 mediate induction of human beta-defensins by fusobacterium nucleatum in gingival epithelial cells. Infect. Immun., 2009, Vol. 77, no. 3, pp. 1044-1052.Kohtaro F., Hiroshi K. Mucosal immunosenescence: new developments and vaccines to control infectious diseases. Trends Immunol., 2009, Vol. 30, no. 7, pp. 334-343.Kohtaro F., Hiroshi K. Mucosal immunosenescence: new developments and vaccines to control infectious diseases. Trends Immunol., 2009, Vol. 30, no. 7, pp. 334-343.Kumar A., Zhang J., Yu F.S. Toll-like receptor 2-mediated expression of beta-defensin-2 in human corneal epithelial cells. Microbes Infect., 2006, Vol. 8, no. 2, pp. 380-389.Kumar A., Zhang J., Yu F.S. Toll-like receptor 2-mediated expression of beta-defensin-2 in human corneal epithelial cells. Microbes Infect., 2006, Vol. 8, no. 2, pp. 380-389.Ramírez-Vélez R., de Asteasu M.L.S., Morley J., Cano-Gutierrez C., Izquierdo M. Performance of the short physical performance battery in identifying the frailty phenotype and predicting geriatric syndromes in community-dwelling elderly. J. Nutr. Health Aging, 2020, Vol. 25, no. 2, pp. 209-217.Ramírez-Vélez R., de Asteasu M.L.S., Morley J., Cano-Gutierrez C., Izquierdo M. Performance of the short physical performance battery in identifying the frailty phenotype and predicting geriatric syndromes in community-dwelling elderly. J. Nutr. Health Aging, 2020, Vol. 25, no. 2, pp. 209-217.Takiishi T., Fenero C.I.M., Câmara N.O.S. Intestinal barrier and gut microbiota: Shaping our immune responses throughout life. Tissue Barriers, 2017, Vol. 5, no. 4, pp. 234-245.Takiishi T., Fenero C.I.M., Câmara N.O.S. Intestinal barrier and gut microbiota: Shaping our immune responses throughout life. Tissue Barriers, 2017, Vol. 5, no. 4, pp. 234-245.

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