Пространственное расположение нейтрофилов и эозинофилов в слизистой оболочке главного бронха при индуцированном аллергическом воспалении дыхательных путей у мышей

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.

1. Assaf S.M., Hanania N.A. Eosinophilic vs. Neutrophilic Asthma. Curr. Pulmonol. Rep., 2020, Vol. 9, pp. 28-35.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Hammad H., Lambrecht B.N. The basic immunology of asthma. Cell, 2021, Vol. 184, no. 6, pp. 1469-1485.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Ray A., Kolls J.K. Neutrophilic Inflammation in asthma and association with disease severity. Trends Immunol., 2017, Vol. 38, Iss. 12, pp. 942-954.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.