炎症药理学。 2017; 25(6): 643–651.
布地奈德、丙酸氟替卡松和阿奇霉素在巨噬细胞感染期间不调节THP-1巨噬细胞和呼吸道病原体的膜泡释放 , 1 , 1 , 1 , 1, 2 和 1 夏洛特·沃尔格斯 1 荷兰马斯特里赫特P.Debyelaan 25,6229 HZ Maastricht大学医学中心营养与转化研究学院(NUTRIM)医学微生物学系
Gert E.Grauls公司 1 荷兰马斯特里赫特P.Debyelaan 25,6229 HZ Maastricht大学医学中心营养与转化研究学院(NUTRIM)医学微生物学系
波琳·海列布兰 1 荷兰马斯特里赫特P.Debyelaan 25,6229 HZ Maastricht大学医学中心营养与转化研究学院(NUTRIM)医学微生物学系
保罗·萨维尔 1 荷兰马斯特里赫特P.Debyelaan 25,6229 HZ Maastricht大学医学中心营养与转化研究学院(NUTRIM)医学微生物学系
2 荷兰阿姆斯特丹VU大学医学中心医学微生物学和感染控制系
弗兰克·斯塔森 1 荷兰马斯特里赫特P.Debyelaan 25,6229 HZ Maastricht大学医学中心营养与转化研究学院(NUTRIM)医学微生物学系
1 荷兰马斯特里赫特P.Debyelaan 25,6229 HZ Maastricht大学医学中心营养与转化研究学院(NUTRIM)医学微生物学系
2 荷兰阿姆斯特丹VU大学医学中心医学微生物学和感染控制系
通讯作者。 2017年3月14日收到; 2017年5月5日接受。
摘要 患有更严重慢性阻塞性肺病的患者经常会出现病情恶化,据估计,高达50%的病情恶化与细菌感染有关。 这些感染相关恶化的主要治疗方法是单独或联合使用糖皮质激素。 最近的一系列证据表明,包括类固醇倍氯米松在内的许多激素也可以直接影响细菌的生长、毒力和抗生素耐药性。 目前尚不清楚这些方案对潜在毒性和毒性膜泡(MV)释放的影响。 在本研究中,我们测定了几种药物对常见呼吸道病原体MVs释放和细菌生长的影响。 我们发现,无论是MVs的释放还是细菌的生长都不受糖皮质激素布地奈德和氟替卡松的影响。 大环内酯类抗生素阿奇霉素仅抑制 卡他莫拉菌 但是,在给药时上皮衬里局部达到的浓度下,未观察到对细菌MV释放的影响。 用布地奈德和氟替卡松治疗后,巨噬细胞对MVs的促炎反应显著降低,而用阿奇霉素治疗则没有。 我们的研究结果表明,尽管细菌生长和MV释放未受影响,但这些糖皮质激素可能对感染相关炎症有积极影响。
关键词: 膜泡,细菌感染,布地奈德,丙酸氟替卡松,阿奇霉素,非分型 流感嗜血杆菌 , 卡他莫拉菌 , 肺炎链球菌 , 铜绿假单胞菌
介绍 慢性阻塞性肺病(COPD)是一种进行性气道疾病,其特征是过度炎症导致气道受限和肺功能进行性下降(巴恩斯 2008 ). 此外,患有中度和重度疾病的患者通常会经历疾病恶化(O'Reilly等人。 2006 ). 这些恶化通常由感染性侮辱触发,据估计细菌感染占恶化的50%(Sethi和Murphy 2008 ).
急性加重患者的标准治疗包括单独或联合使用全身皮质类固醇或抗生素(Walters等人。 2009 ; 劳厄等人。 2015 ; Ram等人。 2016 ). 此外,几项大型随机试验表明,病情稳定的患者可以从吸入皮质类固醇(ICS)和抗生素的使用中受益,因为这些药物可以减少病情恶化的次数(Donath等人。 2013 ; Han等人。 2014 ; Kew等人。 2014 ). 除了抗菌作用外,大环内酯类抗生素也被证明可以减少炎症(库利奇等人。 2001 ; 布鲁塞尔和乔斯 2014 ). 另一方面,ICS在防御细菌方面可能有争议性的作用。尽管它们能够减少呼吸道病原体对上皮的侵袭,但这可能以抗感染为代价,因为ICS还抑制抗菌肽的释放并抑制炎症过程(Mitchell等人。 2007 ; Barbier等人。 2008 ; Wang等人。 2013 ). 或者,ICS也可能对细菌产生直接影响,因为最近的研究表明,儿茶酚胺和类固醇激素等激素也可以直接影响细菌的生长、毒力和基因表达(Freestone等人。 2013 ; Earl等人。 2015 ).
细菌膜泡(MV)是细菌在各种应激源的作用下释放出来的。 这些纳米大小(30-300nm)的MV不仅有助于提高细菌的毒力,而且还增加了对某些抗菌肽和抗生素的耐药性。 此外,它们可以产生强烈的促炎反应(Schwechheimer等人。 2014 ; 卡巴拉基斯·利亚斯科斯和费雷罗 2015 ). 因此,了解细菌在起泡方面的行为可能有助于改进治疗策略。 此外,已知宿主细胞也会释放MV(Koifman等人。 2017 )在感染和炎症的背景下释放的MV具有多种促炎症特性(Yáñez-Mó等人。 2015 ; 斯科里和哈丁 2016 ).
在本研究中,我们旨在探讨糖皮质激素布地奈德、氟替卡松和抗生素阿奇霉素治疗是否会影响细菌和巨噬细胞释放MV,以及(b)抑制几种常见呼吸道细菌病原体释放MV的促炎反应。
材料和方法 试剂和抗体 布地奈德(BUD)、丙酸氟替卡松(FLUT)和阿奇霉素(AZI)来自西格玛(西格玛奥德里奇,密苏里州圣路易斯,美国)。 反- 流感嗜血杆菌 b型(α-Hib;克隆1079/457)单克隆抗体来自Acris(Acris GmbH,Herford,Germany)。 兔血清抗 卡他莫拉菌 (Mrc,菌株A 1.39 N,1989年从荷兰纽瓦金一所小学的儿童中分离出来)由J.Hays博士(荷兰鹿特丹伊拉斯谟大学)提供。 抗 铜绿假单胞菌 (Psa)(OAMA02609)来自在线抗体(Aviva Systems Biology,San Diego,CA,USA)。 α-CD63(非结合的小鼠抗人克隆H5C6)和α-CD81(PE-结合的小鼠抗人克隆JS-81)来自BD(BD Bioscience,Franklin Lakes,NJ,USA)。 使用基于蛋白A的抗体血清纯化试剂盒(美国马萨诸塞州剑桥Abcam)从血清中纯化抗体。 根据制造商的说明(美国马萨诸塞州剑桥市),使用Abcam的PE-labeling试剂盒对用于流式细胞术分析检测的抗体进行PE-偶联。
细菌菌株和培养 选择了以下菌株: 流感嗜血杆菌 (NTHi,ATCC-49247), 铜绿假单胞菌 (Psa,ATCC-27853), 肺炎链球菌 (Spn,ATCC-49619)和临床 卡他莫拉菌 (Mrc)分离物(荷兰马斯特里赫特大学医学中心(MUMC+))。 ATCC菌株具有良好的特性,并被ATCC推荐用于质量控制和抗菌药物敏感性测试。 除NTHi外,所有细菌均在血平板上培养过夜,NTHi在5%CO中培养于补充维生素的巧克力琼脂平板(Oxoid,Wesel,Germany)上 2 37°C时。 过夜预培养后,细菌在0.5 McFarland(1.5×10 8 菌落形成单位(cfu)/ml),并用于感染或培养实验。 细菌培养时,使用的细菌为5×10 7 cfu/ml,在10 ml RPMI1640中培养6小时,不含或含BUD、FLUT或AZI。 接下来,通过1200×离心处理条件培养基 克 在室温下保持10分钟。 粒化细菌在PBS中清洗、稀释,并使用光学甲基丙烯酸盐一次性试管(美国北卡罗来纳州牛顿市萨斯特特)在600 nm处测定光密度。 上清液再次以1200× 克 持续10分钟,通过0.22µM过滤器过滤上清液。 此后,通过在4000× 克 使用Amicon Ultra-15 10-kDa离心过滤装置(Millipore,Billerica,MA,USA)过滤15分钟。
用于刺激THP1巨噬细胞的MV来自细菌培养物(密度为1×10 8 cfu/ml)在含有5%FCS的30ml完全囊泡贫化培养基中培养4小时后 细胞和培养基 “第节。 培养后,通过两个离心步骤在1200× 克 过滤10分钟和0.22µm。 然后通过超滤和尺寸排除色谱(SEC)进一步处理从细菌中清除的上清液,如下所述。
细胞和培养基 人类单核细胞系THP-1(ATCC-TIB202)保存在RPMI1640(Sigma,St.Louis,MO,USA)中,补充100 mM丙酮酸钠、22.5%葡萄糖、25 mMβ-巯基乙醇和10%胎牛血清(FCS)(比利时Lonza,Verviers),并在5%CO中培养 2 37°C时。 为了进行单核细胞分化,将细胞接种在一个24孔板中,浓度为0.5×10 6 细胞/孔或在1×10的96 well板中 4 细胞/孔,并用200 nM佛波醇12-肉豆蔻酸13-醋酸盐刺激72小时(PMA;Sigma,St.Louis,MO,USA)。 THP-1巨噬细胞刺激在含有5%FCS(完全囊泡缺失培养基)的囊泡缺失介质中进行。 该培养基是通过将囊泡缺失的RPMI1640培养基与30%FCS和无FCS培养基(均添加丙酮酸钠和葡萄糖)相结合获得的。 通过过夜离心以100000× 克 在Optima L-90K超离心机中使用70Ti-rot,κ-因子44(均为Beckman Coulter,Fullerton,CA,USA)。
用于膜泡分析的巨噬细胞感染 接种在24孔板中的THP-1巨噬细胞用PBS冲洗三次,并用完全囊泡缺失培养基替换培养基。 此后,用BUD(0.1µM)、FLUT(0.1μM)或AZI(3µg/ml)预处理细胞1 h,之前计算浓度以表示吸入给药后局部获得的浓度(Wagner等人。 2015 ; Olsen等人。 1996 ; Ek等人。 1999 ). 预处理后,巨噬细胞感染其中一种细菌,感染倍数为10,持续6小时。 感染后,收集培养基,在300× 克 和1200× 克 ,用0.22-µM微孔过滤器过滤,然后用流式细胞仪进行分析。
利用超滤和SEC从调节介质中浓缩和纯化MV 对从细菌培养物中获得的细菌净化条件培养基进行超滤(Lobb等人。 2015 )和证券交易委员会(Böing等人。 2014 ). 首先,以4000× 克 使用Amicon Ultra-15 10-kDa离心过滤装置在室温下保持15分钟(Millipore,Billerica,MA,USA)(Lobb等人。 2015 ). 然后,SEC使用Sepharose柱对浓缩物进行纯化,如Boíng等人所述,只需稍作修改(Böing等人。 2014 ). 为此,15 ml TELOS过滤柱(Kinesis Scientific Experts,St.Neots,Cambridgeshire,UK)与总共10 ml Sepharose CL-2B(GE Healthcare,Uppsala,Sweden)堆叠在一起。 将浓缩物装载到柱上,并使用PBS洗脱0.5 ml的馏分。将MVs高度富集且游离蛋白阴性的馏分(流式细胞术和Micro BCA、Pierce、Rockford、IL、USA测定的馏分7–11)合并并储存在−80°C下,直到进一步使用。
使用抗体包被的乳胶珠对MV进行流式细胞术分析 基于Volgers等人之前描述的方法的基于珠的流式细胞术分析( 2017 )用于细菌MV和CD63的半定量分析 + /CD81型 + 主机单元衍生MV。 将四个微米大小的醛-硫酸盐珠在MES缓冲液中洗涤,用α-CD63抗体或针对细菌囊泡的抗体包被(Spn除外,因为我们无法建立Spn的这种测定方法)。 在室温下以1000 rpm的恒定搅拌下,将抗体涂层珠与感染后获得的处理过的上清液(200µl)孵育过夜。 接下来,使用通过含有2%(w/v)牛血清白蛋白(BSA)的0.22-µM过滤器过滤的PBS清洗珠子两次,并在室温下连续搅拌下与PE结合检测抗体(宿主细胞囊泡的α-CD81-PE或PE结合的α-细菌抗体)孵育90分钟。 根据制造商的说明,使用PE结合试剂盒(美国马萨诸塞州剑桥市Abcam)对细菌抗体进行PE结合。 然后,清洗泡床复合物,将其悬浮在PBS(300µl)中,并使用FACSCanto™(BD Bioscience,Franklin Lakes,NJ,USA)进行流式细胞术分析。 根据PE阳性对照珠的百分比(基于培养基),检测下限设定为2%。 使用FACSDiva软件进行分析。 MVs的相对数量通过阳性小球百分比与中值荧光强度的乘积计算,并表示为相对于对照组的百分比(作为对照组的%)。
可调电阻脉冲传感MV分析 使用qNano Gold、Izon Control Suite Software v3.2和Izon(Izon Science Ltd.,Oxford,UK)提供的EV分析试剂盒(RK1型),使用可调电阻脉冲传感分析确定MV浓度。 使用NP150孔进行测量。 拉伸固定在47 mm,压力保持在6 mbar,基线电流保持在±100 nA。 将溶液G(10%)添加到在溶液Q(1:1)中稀释的上清液中,测量每个样品10分钟,并在发生系统不稳定时重复测量。 使用114-nm聚苯乙烯校准珠(CPC100,Izon Science Ltd.,Oxford,UK)以1×10的浓度校准样品 9 在培养基中稀释的颗粒/ml。
巨噬细胞刺激MV 使用接种在96个平板中的巨噬细胞用MV刺激THP-1巨噬细胞。 在刺激之前,用PBS冲洗细胞三次,然后用完全囊泡缺失培养基替换培养基。 然后用BUD(0.1µM)、FLUT(0.1μM)或AZI(3µg/ml)预处理细胞1小时。 接下来,再次清洗细胞,然后将其暴露于20µl含MV的SEC组分中,在完全囊泡完全培养基中,不含BUD、FLUT或AZI或在其存在下,暴露16小时。 此后,收集培养上清液并用于细胞因子测量。
细胞因子测量 使用人类Ready-Set-Go TNF-αELISA试剂盒eBioscience(美国加利福尼亚州圣克拉拉市Affymetrix eBioschience),通过酶联免疫吸附试验(ELISA)测定刺激实验上清液中的TNF-β水平。
统计分析 使用GraphPad Prism 5软件进行统计分析(美国加利福尼亚州圣地亚哥GraphPad)。 通过计算平均值的标准误差来确定统计离散度。 A Mann–惠特尼 t吨 对两组平均值之间的方差进行统计学分析。 P(P) 当<0.05时,值被认为是显著的。
结果 BUD、FLUT和AZI对感染期间细菌和宿主细胞膜泡释放的影响 首先,测定BUD、FLUT和AZI对细菌MV释放的影响。 这是通过基于抗体涂层珠的流式细胞术进行半定量的。 我们发现FLUT和BUD均未显著影响NTHi和Mrc的囊泡释放(图 a、 b)。 AZI治疗也不会影响MV释放(图 c) 。
流式细胞术分析在存在或不存在药物的情况下巨噬细胞感染期间细菌MV的释放。 巨噬细胞感染NTHi( 一 ),百万卢比( b条 ),或Psa( c(c) )在连续存在FLUT、BUD或AZI的情况下,以10的MOI持续4小时。 相对计数在这里表示为未处理对照条件的百分比( n个 = 3)
MVs的释放是高度保守的,除了细菌外,宿主细胞还可以释放膜泡。 因此,我们评估了BUD、FLUT和AZI治疗对CD63释放的影响 + /CD81型 + 在控制条件下和感染时巨噬细胞产生宿主细胞囊泡。 BUD和FLUT以及AZI治疗均未影响宿主细胞MV的释放(图 ).
CD63的流式细胞术分析 + /CD81型 + 在存在或不存在药物的情况下,巨噬细胞在感染期间释放MV。 在FLUT持续存在的情况下,巨噬细胞以10的MOI感染NTHi、Mrc、Spn或Psa 4小时( 一 )、BUD( b条 ),或AZI( c(c) ). 这里的数据表示为未处理对照条件的百分比( n个 = 3)
细菌MV释放对BUD、FLUT和AZI的反应 接下来,我们旨在确定在没有宿主细胞的情况下,细菌MV释放是如何受到BUD、FLUT和AZI的影响的。 不使用或使用这些药物培养6小时后,通过可调电阻脉冲传感分析测定囊泡释放。 我们观察到,FLUT、BUD和AZI治疗均不影响细菌MV的释放(图 a) ●●●●。
BUD、FLUT和AZI对培养过程中MV释放和细菌生长的影响。 在FLUT、BUD或AZI的持续存在下培养NTHi、Mrc、Spn或Psa 6小时。 通过TRPS分析确定MV释放( 一 )用细菌悬液在600nm处的光密度测定细菌的生长( b条 ) ( n个 = 3, * P(P) < 0.05)
接下来,我们确定FLUT、BUD或AZI是否对细菌生长有任何影响。 为了评估这一点,使用FLUT、BUD和AZI处理后,通过测量光密度来确定细菌的相对数量。 如图所示 b、 在AZI存在下进行细菌培养后,只有Mrc计数显著降低。
BUD、FLUT和AZI对TNF-α对免疫刺激细菌膜泡反应的影响 由于细菌MV可以具有强烈的促炎特性(Macdonald 2013 ; 埃利斯和奎恩 2010 ; Schaar等人。 2011年a ; Ren等人。 2012 ; Olaya-Abril等人。 2014 ),我们的下一个目标是确定BUD、FLUT和AZI是否影响幼稚巨噬细胞对细菌膜泡的反应中TNF-α的释放。 来自NTHi和Mrc的MVs诱导巨噬细胞释放TNF-α,而来自Psa和Spn的MVs的反应不太明显。 BUD和FLUT治疗显著减少巨噬细胞对NTHi和Mrc细菌MV的反应中TNF-α的释放(图 a、 b)。 相反,Spn和Psa MVs对TNF-α释放的反应不受BUD或FLUT的影响。 未发现AZI对TNF-α对NTHi-、Mrc-、Spn-或Psa衍生MV的反应有显著影响(图 c) ●●●●。
FLUT、BUD和AZI对新生巨噬细胞释放TNF-α以响应细菌MV的影响。 用FLUT预处理巨噬细胞1小时( 一 )、BUD( b条 ),或AZI( c(c) )在隔夜暴露于NTHi、Mrc、Spn或Psa培养过程中释放的纯化MV之前。 用ELISA法测定TNF-α的释放( n个 = 4, * P(P) < 0.05)
讨论 在本研究中,我们确定了糖皮质激素布地奈德(BUD)、丙酸氟替卡松(FLUT)和抗生素阿奇霉素(AZI)是否影响细菌MV的释放。 结果表明,任何药物都不会改变细菌和宿主细胞囊泡的释放。 此外,除了Mrc的生长被AZI显著降低外,细菌的生长不受任何药物的影响。 相反,糖皮质激素显著降低囊泡刺激巨噬细胞TNF-α的释放,而AZI则没有。
最近有研究表明,非类型化 流感嗜血杆菌 暴露于糖皮质激素倍氯米松导致的表型类似于 卢比 敲除表型,其特征是抗生素耐药性增强和生物膜形成(Earl等人。 2015 ). 激活此 可再生能源 基因,它是 σ
E类 应激反应途径与革兰氏阴性菌释放MV有关(Schwechheimer等人。 2014 ). 这启发了我们假设糖皮质激素可能抑制细菌MVs的释放。 然而,我们发现,吸入局部可达到的FLUT和BUD浓度均不会影响细菌MV的释放。
此外,一些抗生素也被证明可以诱导细菌MV的释放(Hakenbeck等人。 1983 ; 卡杜鲁加穆瓦和贝弗里奇 1995 ; Schaar等人。 2011年b ). 然而,在我们手中,无论是在感染期间还是在培养过程中,AZI在体内局部达到的浓度都不会影响MV的释放。 值得注意的是,只有Mrc的细菌生长被AZI显著降低。 我们还预计,NTHi和Spn的生长将受到抑制,因为使用阿奇霉素敏感性测试条测定这些细菌的最低抑制浓度(MIC)远低于我们实验中使用的AZI浓度:NTHi:0.125; Mrc:0.125,Spn:1.5µg/mL。对于Psa,我们获得了12µg/mL的MIC,这可以解释为什么AZI处理Psa时没有观察到细菌数量减少。 这些结果也与之前报告的NTHi(0.25–4µg/ml)、Mrc(0.25-0.5µg/ml)和8–512µg/m1(Psa)的MIC值一致,但与Spn(0.25-0.5ug/ml)不一致(Leclercq等人。 2013 ; Imperi等人。 2014 ). 这种差异的原因尚不清楚,因为已经证明阿奇霉素在早期就可以杀菌(Drago等人。 2005 ). 如前所述,MV可导致对某些抗生素的耐药性(Schwechheimer和Kuehn 2015 ),确定MV是否参与了阿奇霉素耐药性的增加将是一件有趣的事情。
由于这些药物以其免疫抑制特性而闻名,我们还测定了它们对幼稚巨噬细胞释放TNF-α以响应细菌MV的作用。 我们发现布地奈德和氟替卡松均抑制膜泡诱导的TNF-α释放。 这与之前的研究一致,这些研究表明BUD和FLUT具有抗炎作用(Khair等人。 1994 ; Fattal-German等人。 1996 ; Ek等人。 1999 ; 布鲁塞尔和乔斯 2014 ). 尽管一些研究已经确认AZI具有抗炎作用(乔利奇等人。 2001 ; 布鲁塞尔和乔斯 2014 ),我们没有观察到AZI治疗后细菌MV的促炎反应降低。
值得注意的是,在我们的研究中,我们使用了THP-1巨噬细胞模型。 这些PMA-分化的THP-1细胞在形态和行为上与单核细胞来源的巨噬细胞高度相似(Daigneault等人。 2010 ). 然而,不能排除他们对感染后MV释放的反应可能与肺泡巨噬细胞不同,肺泡巨噬细胞的表型可能因局部微环境的差异而略有不同(Hussell和Bell 2014 ). 几项研究表明,THP-1和肺泡巨噬细胞在炎症刺激(即LPS)下以类似方式释放MV(Eltom等人。 2014 ; Soni等人。 2016 ); 然而,在得出感染情况下囊泡释放的确切结论之前,应在未来的研究中使用肺泡巨噬细胞。 此外,我们还没有确定BUD、FLUT和AZI在更具生理相关性的条件下,即在存在促炎介质或香烟烟雾暴露期间,对小泡释放的影响。 不能排除这些条件会影响治疗敏感性。 最后,本研究仅量化了BUD、FLUT或AZI治疗后的MVs,但没有对MVs进行表征。 囊泡特征可以揭示这些药物是否能够影响囊泡的组成,从而可能影响这些囊泡的生理方面。 因此,这可能是进一步调查的主题。
总之,经常使用糖皮质激素和抗生素来治疗COPD患者,尤其是在COPD恶化期间(Walters等人。 2009 ; 劳厄等人。 2015 ; Ram等人。 2016 ). 糖皮质激素治疗被认为是COPD患者病情恶化的有效治疗方法,因为它能提高肺功能改善率和治疗成功率,主要是因为它能显著减少局部炎症(Walters等人。 2009 ; Jen等人。 2012 ). 关于抗生素的使用,高达50%的恶化与细菌感染有关(Wilkinson等人。 2006 ; 赫斯特等人。 2006 ; Papi等人。 2006 ; Bafadhel等人。 2011 ). 因此,本研究旨在确定这些药物如何影响在一定程度上可能决定感染过程的几个方面:细菌生长、囊泡释放和对这些MV的促炎反应。 我们的研究表明,细菌生长和MVs释放不受FLUT、BUD或AZI处理的影响。 然而,FLUT和BUD治疗可有效降低细菌MV的促炎反应。 这些发现对糖皮质激素对气道炎症和感染消退的影响需要进一步研究。
致谢 作者感谢荷兰鹿特丹伊拉斯谟大学医学中心的J.P.Hays博士,感谢他为 卡他莫拉菌 在本出版物中使用。
遵守道德标准 资金筹措信息 这项研究没有从公共、商业或非营利部门的任何资助机构获得任何具体资助。
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